Добро пожаловать
в гибридное будущее

Момент настал

Михаил Анатольевич, подписанное в рамках ПМЭФ-2019 соглашение между АО «Трансмашхолдинг», ОАО «РЖД» и АО «Рос­нано» о создании экологически чистых маневровых локомотивов с использованием гибридного привода активно обсуждается в профессио­нальном сообществе. Поделитесь подробностями.

Михаил Рожков: Мы планируем реа­лизовать сразу два пилотных проекта и создать принципиально новые гиб­ридные локомотивы — четырехосный контакт­но-аккумуляторный электровоз ЭМКА2 и двухосный гибридный теп­ловоз ТЭМ5Х. Тяговые батареи на новый подвижной состав будет поставлять Роснано. Хотел бы подчеркнуть, что наша цель не просто разработать и произвести партию локомотивов под конкретный заказ. Этими проектами мы создаем новый рыночный сегмент — гибридные локомотивы с современными накопителями энергии и, естественно, планируем на этом рынке доминировать.

Попытки создания гибридов предпринимались производителями и ранее, но значительного распространения такие локомотивы пока не получили. Почему должно получиться сейчас?

Михаил Рожков:Технологии постоянно развиваются, и то, что было технически невозможно или экономически нецелесообразно еще 5–10 лет назад, сегодня может стать оптимальным решением для наших заказчиков. Аккумуляторный электротранспорт становится все более популярным. Гибридные автомобили, электробусы все больше теснят традиционный транспорт на улицах Москвы, Санкт-Петербурга и других городов.

Причина этого тренда — бурное развитие технологий хранения электрической энергии (в первую очередь литий-ионных аккумуляторных батарей). Батареи упали в цене в несколько раз. Их безопасность, надежность, плотность энергии и другие характеристики стали соответствовать жестким требованиям для применения на транспорте. Основываясь на наших технических разработках и экономических расчетах, мы можем с уверенностью сказать, что момент настал — для целого ряда задач гибридные локомотивы на базе современных решений становятся полноценными конкурентами традиционным тепловозам. Более того, по нашим прогнозам, самыми перспективными машинами являются легкий маневровый гибридный тепловоз и контактно-аккумуляторный маневровый электровоз средней мощности.

Сплав идей

Игорь Леонидович, в чем главные отличительные особенности ТЭМ5Х?

Игорь Селезнев: Это легкая двух­осная маневровая машина. Ее конструкция позволяет использовать аккумуляторы меньшей емкости и менее мощный, чем, например, в магистральных машинах, дизельный двигатель. Модульность конструкции обеспечивает новые возможности при обслуживании локомотива. Само понятие модульности для нас отличается от существовавших ранее подходов. Концепция ТМХ позволит не только изменять конфигурацию локомотива, но и при необходимости оперативно менять неисправный модуль.

Простой пример: гибридный локомотив за счет быстрой замены модуля может стать аккумуляторным электровозом или двухдизельным тепловозом, если заказчик посчитает это нужным. Это открывает широкие перспективы для конкретного эксплуатанта и обеспечивает гибкое управление парком.

Как подбирали дизель?

Игорь Селезнев: Мы сделали ставку на проверенную и доказавшую свою надежность дизель-генераторную установку мощностью всего 200 кВт. Без гибридной схемы использование такого дизеля на локомотиве было бы проблематичным. Однако за счет батареи, мощность которой в определенный момент сможет дополнять мощность дизеля, мы получаем необходимые тяговые характеристики при более высоком уровне экологичности. Кроме того, использование дизеля меньшей мощности удобно для заказчиков. Обслуживание такой техники многими предприятиями уже освоено на уровне автомобильного парка.

Не последняя роль в производстве подвижного состава сегодня отводится дизайну машин. Какие стилистические решения реализованы в новом гибриде?

Игорь Селезнев: Новый локомотив будет эксплуатироваться на железнодорожных вокзалах, а это работа среди большого количества людей. Поэтому мы решили сделать машину красивой, соответствующей сложившимся трендам в промышленном дизайне. Однако любой дизайн — это всегда компромисс. Помимо эстетики машина должна соответствовать жестким стандартам в области железнодорожного транспорта. В нашем случае совместный подход к проектированию — сплав идей тех, кто занимается дизайном, и тех, кто отвечает за технические характеристики и соблюдение стандартов, — позволил сделать нечто новое. Реализованные решения не только соответствуют современным эстетическим запросам, но и обеспечивают технологичность производства, позволяют упростить обслуживание локомотива.

Ищем выгоду

Какие возможности и преимущества в эксплуатации принесут своим владельцам гибриды?

Михаил Рожков: Наличие бортовых аккумуляторных батарей позволит экономить значительные ресурсы на жизненном цикле машины. По предварительным оценкам, ТЭМ5Х позволит сократить эксплуа­тационный расход топлива на 30% по сравнению с тепловозами с большим количеством осей. При эксплуатации контактно-аккумуляторного электровоза

ЭМКА2 этот параметр еще выше. Машина «заправляется» дешевой электроэнергией от железнодорожной контактной сети через свой штатный токоприемник и не требует затрат на экипировку дизельным топливом и маслом. Хотел бы отдельно отметить, что «сердца» обоих локомотивов — тяговые аккумуляторные батареи — будут построены на единой элементной базе, максимально унифицированы вплоть до взаимозаменяемости. В новых моделях будут системно интегрированы цифровые решения: системы предиктивной диагностики, компьютерного зрения, дистанционное управление.

Игорь Селезнев: Многие подобные технологии уже внедряется на железнодорожном транспорте. Но ТМХ станет первым, кто системно интегрирует эти решения в конструкции подвижного состава. Уверен, подобных машин в мире пока нет и новые гибридные локомотивы ждет коммерческий успех.

Хочу обратить внимание: мы используем инновационные решения не потому, что это некий тренд, а потому, что стремимся отвечать запросам потребителя. Например, предиктивная аналитика позволяет предсказывать возможные выходы из строя отдельных узлов и агрегатов локомотива и заблаговременно планировать его техническое обслуживание. Это заметно снижает ремонтную составляющую стоимости жизненного цикла, позволяя перейти к системе обслуживания и ремонтов по фактическому состоянию локомотива. В будущем планируется внедрение систем дистанционного управления, предотвращения столкновений, а в перспективе — беспилотного управления.

Как это работает?

Михаил Рожков: Дистанционное управление предоставляет заказчику возможность управлять одним или несколькими локомотивами из любой точки. Представьте, что вы играете в компьютерную игру: на мониторе отображается вся информация о пути следования, вы приводите машину в движение, реагируете на изменившуюся обстановку вокруг — ускоряете, тормозите или останавливаете. Затем можете привести в движение уже совершенно иной локомотив. И все это не вставая с места. При этом способность одновременно управлять из одной точки сразу несколькими машинами значительно оптимизирует временные и трудовые затраты в процессе эксплуатации. Сокращаются технологические простои локомотивов: переход из кабины одного локомотива в другой требует лишь переключения на пульте управления.

Беспилотное управление предполагает полностью автономное движение машины из пункта А в пункт Б. Для этого потребуется инфраструктура, обеспечивающая диспетчеризацию высокого уровня. Определенный набор систем анализирует, свободен ли путь, и дает разрешающий движение сигнал. При этом и сам локомотив едет не «вслепую»: с помощью компьютерного зрения, системы распознавания препятствий он наблюдает за оперативной обстановкой и способен остановиться в случае возникновения нештатных ситуаций или, напротив, продолжить движение после устранения препятствий.

Создание гибридов, видимо, сопровождается внедрением новых технологий и в сам процесс проектирования машин?

Игорь Селезнев: Совершенно верно. Еще одной инновацией для ТМХ станет создание цифровых двойников разрабатываемых локомотивов. Речь идет не просто о цифровом проектировании, но и о цифровом моделировании условий эксплуатации. Проигрывая определенные сценарии, в которых машине предстоит работать, мы сможем предусмотреть оптимальную конфигурацию ее систем. Применение цифровых двойников вкупе с элементами предиктивной аналитики дает значительный синергетический эффект. Уточняя условия эксплуатации для каждого потребителя, можно настраивать конфигурацию локомотива прежде всего с точки зрения использования гибридной силовой установки. Это позволит варьировать мощность, энергоемкость и в итоге стоимость энергоустановок. Фактически речь идет о кастомизации производства машин. Кроме того, модульность конструкции позволит модернизировать локомотивы в течение всего срока службы. Если в будущем емкость батарей значительно повысится, можно будет полностью отказаться от использования дизельного двигателя без изменения конструкции локомотива, а лишь заменив один модуль на другой.

Батарею можно будет использовать таким образом, чтобы обеспечить оптимальный режим работы дизельного двигателя или вообще отказаться от его запуска, если в этом нет необходимости. Она может отдавать энергию при стоянке и старте локомотива, а также подключаться в моменты пиковых нагрузок, позволяя их сглаживать и снижать потреб­ление топлива, особенно в переходных режимах. Когда необходимо кардинальным образом снизить выбросы, можно осуществлять движение только на батарее. Ее рабочее состояние будет поддерживаться за счет заблаговременного заряда от энергии дизельного двигателя или внешнего источника при наличии соответствующей инфраструктуры. Плюс, конечно, рекуперация — когда энергия, выработанная двигателями при торможении, будет возвращаться обратно в батарею.

Когда планируется запустить гиб­риды в серию?

Михаил Рожков: Трехстороннее соглашение на поставку маневровых локомотивов для пассажирских вокзалов мегаполисов уже подписано. В конце лета мы представим прототип ТЭМ5Х во время работы международного салона «PRO//Движение.Экспо» в Щербинке, завершить сертификацию и начать серийное производство тепловоза планируется в 2021 году, а электровоза ЭМКА2 — в 2022-м.

Беспилотники в России

По данным KPMG, Россия занимает 23-е место из 25 по готовности внедрения беспилотных автомобилей. Позади нас только Мексика и Индия. Такие данные были озвучены недавно в «Сколково». По утверждению экспертов, главной проблемой на пути развития беспилотных авто в России является непродуманное законодательство. В нем отсутствует даже само понятие беспилотного транспортного средства. Однако примеры их использования уже есть.

MATRЁSHKA — модульная система беспилотного коммерческого транспорта, позволяющая перевозить пассажиров и грузы, а также работать в качестве коммунальной техники. Из-за недостатка финансирования проект чуть не закрылся, но, по последним данным, он переживает период перезагрузки. Тем не менее разработчик — холдинг «Бакулин Моторс Групп» (торговая марка Volgabus) переориентировался на развитие газомоторных автобусов, а на ПМЭФ-2019 представил беспилотный автобус-вездеход.

КAMAZ-1221 ШАТЛ — автопилотируемый мини-электробус, совместная разработка научного центра НАМИ, КамАЗа и «Яндекса». Впервые был представлен в 2016 году и в отличие от MATRЁSHKA собирается участвовать в эксперименте по тестированию беспилотных автомобилей на дорогах общего пользования.

Беспилотные такси «Яндекса» уже курсируют по дорогам общего пользования в Тель-Авиве, Нью-Йорке, Москве, Татарстане. И если в России до недавнего времени машины с водителем на пассажирском сиденье подавались только на территории «Сколково» и «Иннополиса» , то в мае «Яндекс» анонсировал выход пяти таких экземпляров на дороги Москвы, еще несколько десятков дронов ждут разрешения.

В середине июля в «Сколково» прошли испытания новой российской разработки для управления беспилотным транспортом BaseTracK. Новая технология ведет автомобиль по виртуальным рельсам. Они представляют собой набор точек, по которым от одной к другой движется машина.

Гибриды на пространстве 1435

Прототипы гибридных машин появились в 1960-х, однако из-за низкой надежности и неприспособленности к тогдашней инфраструктуре железных дорог широкого распространения не получили.

Одну из первых удачных моделей, Railpower GG20B Green Goat's, создала канадская компания RailPower Technologies Corporation в 2004 году. По сравнению с аналогичными дизельными моделями «зеленые козлы» расходовали на 40–60% меньше топлива и сокращали выброс вредных веществ на 80–90%.

В 2010 году Toshiba представила гибридную модель JR Freight Class HD300. Тепловоз оказался настолько удачным, что на его основе было разработано несколько модификаций для различных климатических зон.

Гибридные маневровые локомотивы серии H3 производства Alstom для DB Regio потребляют на 50% меньше топлива. Кроме того, их работа характеризуется пониженным уровнем шума и сокращением выбросов на 70%. Это позволяет снизить экологические риски, избежав выбросов 400 т углекислого газа в год.

Несмотря на то что большинство гибридных машин являются маневровыми, в 2010 году Bombardier Transportation выпустила модель ALP-45DP, предназначенную для линий пригородного сообщения. Эти локомотивы и сейчас используются на пригородных маршрутах Нью-Йорка и Монреаля.

В 2011 году в Швейцарии запустили гибридные поезда Allegra на высокогорной железной дороге Rhatische Bahn в Альпах. Она характерна крутыми подъемами, кривыми малого радиуса, частыми обледенениями электропроводов и использованием разных систем тягового электроснабжения с переменным и постоянным током. Ряд инновационных решений, примененных в этой модели, позволили не только увеличить тяговую мощность локомотива, но и не менять подвижной состав на особо сложных участках.