НТС решил разработать технологию постоянной эксплуатации локомотивов на голубом топливе
Компания «РЖД» планирует расширить полигон эксплуатации локомотивов на газомоторном топливе. В связи с этим вопрос «Об экономической и эксплуатационной целесообразности внедрения на сети железных дорог ОАО «РЖД» магистральных газотурбовозов мощностью 8300 кВт» дважды в этом году становился темой обсуждения: в апреле – на заседании Научно-технического совета ОАО «РЖД» и в конце сентября – на Объединённом учёном совете ОАО «РЖД».
На первом совете было принято решение, что к концу года ОАО «РЖД» совместно с ПАО «Газпром», группой «Синара» и ЗАО «Трансмашхолдинг» должно разработать и согласовать программу, предусматривающую синхронизацию закупок газомоторных локомотивов с созданием инфраструктуры заправки и сервисного обслуживания таких локомотивов. Это очень важный шаг в развитии этого перспективного направления локомотивостроения.
Напомним, как оно зарождалось. Первый советский магистральный грузовой газотурбовоз Г1 был построен в декабре 1959 года. Затем, в 1964 году, были выпущены ещё два газотурбовоза ГП1 на базе серийного тепловоза ТЭП60. Газотурбовозами их называют потому, что в них использован газотурбинный двигатель авиационного типа. Кстати, и в современном газотурбовозе установлен двигатель стратегического сверхзвукового бомбардировщика Ту-160. Но если сейчас железнодорожники используют в нём сжиженный природный газ, то тогда ставка была сделана на дешёвый мазут. В то время целью было доказать практическую возможность создания автономных локомотивов гораздо большей, чем у тепловозов, мощности. На первых газотурбовозах низкий КПД газовых турбин (он составлял всего 15%) и в два раза более высокий расход топлива компенсировался низкой ценой мазута, который был в два раза дешевле обычного дизельного топлива. А вот расход масла, который у серийного тепловоза ТЭ3 тех лет был просто огромен, у газотурбовозов неожиданно оказался почти в 10 раз меньше.
Однако из-за использования дешёвых сортов нефтяного топлива быстро коксовались лопатки турбин, а низкий КПД становился ещё меньше при низкой нагрузке, что не позволило им конкурировать с тепловозными дизелями. В 1973 году Коломенский завод прекратил все работы по газотурбовозам.
Ситуация изменилась с появлением спустя четверть века новых экономичных газотурбинных двигателей (ГТД). На железных дорогах нашей страны есть целый ряд станций стыкования электрической и тепловозной тяги. Так как мощность современных тепловозов ниже, чем у электровозов, то тяжёлые и длинные составы там приходится расформировывать и вывозить по частям. Учитывая особенности ГТД – большая мощность при малом весе и габаритах, появилась возможность создания автономного локомотива, равноценного по тяге и конструкционной скорости перспективным электровозам, а по экономичности и надёжности не уступающего тепловозу.
Первый российский газотурбовоз ГТ1h-001 был построен в 2007 году, вторая готовая пойти в серию машина – в 2013-м, и с того же года началась подконтрольная эксплуатация газотурбовозов на Свердловской железной дороге. Эти машины используют в качестве топлива сжиженный метан. На локомотиве топливо хранится в специальных криогенных ёмкостях, сохраняющих низкую температуру топлива по принципу термоса.
«Переход на сжиженный газ даёт ряд серьёзных преимуществ, – отметил президент НП «ОПЖТ» Валентин Гапанович. – Прежде всего повышение удобства и безопасности эксплуатации газотурбовоза благодаря низкой пожароопасности жидкого топлива, меньшему рабочему давлению в резурвуарах, сокращению числа межсекционных соединений топливных трубопроводов и более высокой скорости заправки топливом локомотива».
Во время испытаний 2016 года газотурбовозы подтвердили экономическую выгоду их использования для вождения грузовых поездов повышенной длины и массы в условиях неэлектрифицированных железных дорог в районах Сибири и Крайнего Севера. Был зафиксирован даже рекорд: на Свердловской дороге ГТ1h-002 провёл состав массой около 9000 тонн на протяжении почти 700 км на одной заправке сжиженным природным газом.
Накопленный в холдинге «РЖД» опыт разработки и эксплуатации локомотивов на газомоторном топливе позволяет расширить использование природного газа в качестве моторного топлива. Это заложено и в Энергетическую стратегию ОАО «РЖД», которая предусматривает к 2030 году замещение 25% дизельного топлива, потребляемого тепловозами, на природный газ. Экономическая и эксплуатационная целесообразность внедрения газотурбовозов становится ключевым вопросом будущего развития локомотивной тяги.
Эксплуатация газотурбовозов на Свердловской дороге позволила учёным определить факторы, влияющие на внедрение газомоторной техники на железнодорожном транспорте. По словам заведующего отделением «Тяговый подвижной состав» АО «ВНИИЖТ» Андрея Заручейского, стимулирующими факторами следует считать доступность природного газа на всей территории России, а также развитие технологий сжижения газа и снижение уровня выбросов в атмосферу по сравнению с тепловозами.
Помимо этого, специалисты отмечают устойчивую тенденцию к сохранению разницы в среднем на 50% между ценами на дизельное топливо и на сжиженный природный газ. Дешёвый газ использовать экономически выгоднее. Кроме того, по их расчётам, в то время как пробег тепловоза на одной заправке примерно 19 тоннами дизтоплива составляет около 2600 км, пробег локомотива на СПГ при наличии запаса в 76 тонн в прицепном тендере составляет около 6100 км (в три раза больше!).
Сегодня сдерживают внедрение газотурбовозов следующие факторы: технологии их эксплуатации требуют совершенствования, да и разработка стандартов безопасности использования газомоторного топлива, а соответственно, и подвижного состава только начинается. Помимо этого, на сети дорог до сих пор отсутствует инфраструктура для заправки, перевозки и хранения СПГ, а создание её является делом дорогостоящим. Именно поэтому она пока создана только на полигоне работы газомоторных локомотивов. И развивать её никто не спешит. А нынешние решения учёных советов дадут толчок строительству сети газовых заправок.
Тем более что прогнозы Института экономики и развития транспорта оптимистичны: полигоны использования газотурбовозов будут расширяться. Результаты опытной эксплуатации ГТ1h-001 и ГТ1h-002 мощностью 8300 кВт показывают, что такие локомотивы эффективно использовать на полигоне Свердловской железной дороги с грузовыми поездами массой более 8000 тонн. Они могут водить тяжеловесные поезда массой 9000 тонн на участке Лимбей – Сургут – Войновка, заменив трёхсекционные тепловозы существующих серий. Для этого, по расчётам института, потребуется 24 газотурбовоза, при этом они заменят 24 тепловоза в трёхсекционном исполнении.
В связи с этим НТС счёл необходимым разработать и утвердить технологию эксплуатации газомоторных локомотивов на участках Войновка –Тобольск и Тобольск – Сургут – Коротчаево Свердловской железной дороги. А также совместно с АО «ВНИКТИ» и АО «Группа «Синара» провести испытания для определения критического веса и скорости для газотурбовозов серии ГТ1h на данных участках.
Сложнее прогнозировать сегодня применение газотурбовозов на участках Северного широтного хода. Здесь предполагается движение грузовых поездов массой 6000 тонн, и их вполне можно обеспечить и тепловозами. При использовании же газотурбовозов ГТ1h избыток мощности и силы тяги будет около 30%, что резко снизит их эффективность.
По мнению генерального директора Института экономики и развития транспорта Фёдора Пехтерева, для Северного широтного хода целесообразно создать менее мощные газотурбовозы до 6300 кВт, которые к тому же будут дешевле. Потребность в таких газотурбовозах для тягового обслуживания линии Лимбей – Коротчаево – Надым – Салехард – Обская на период до 2025 года оценивается в 57 единиц. А газотурбовозы серии ГТ1h, по мнению Фёдора Пехтерева, целесообразно использовать на тепловозном ходу Байкало-Амурской магистрали, где в перспективе предусмотрено увеличение веса грузовых поездов до 7100 тонн. Но тогда на БАМе тоже надо создавать заправочную инфраструктуру.
Машиностроители готовы уже сегодня начать серийное производство газотурбовозов. Но учёные ВНИИЖТа предлагают продолжить совершенствование конструкции газовой турбины с целью повышения КПД её работы. А вот президент НП «ОПЖТ» Валентин Гапанович, основываясь на своём опыте участия в испытаниях газотурбовозов, призывает не гоняться за цифрами чистой экономии топлива. «Газотурбовозы, – считает он, – показали совершенно фантастическое снижение эксплуатационных затрат – до 50%. Поэтому надо использовать тот производственный задел, который имеет изготовитель газовых турбин.
Кстати, ПАО «Кузнецов» – разработчик и производитель газотурбинного двигателя НК-361, который применяется сейчас на газотурбовозах, – продолжает совершенствовать его конструкцию и технологию изготовления, модернизируя отдельные агрегаты и системы. Всё это, по расчётам его специалистов, позволит снизить расход топлива ещё на 15%. Так что пожелания учёных будут выполнены.
Куда будет направлен вектор развития отечественного газотурбовозостроения, покажет время, поскольку серьёзные преобразования ожидают и сам научный комплекс железнодорожной отрасли. По словам председателя Объединённого учёного совета ОАО «РЖД» Бориса Лапидуса, центр компетенций по разработке, испытаниям и инжинирингу подвижного состава переходит из ВНИИЖТа во ВНИКТИ, специалистам последнего и предстоит решать дальнейшую судьбу перспективной отечественной разработки в области локомотивостроения.
Артур Берзин
