Новости партнеров

Значит ли поезд с водородом и аккумулятором конец тяги дизеля?

Автор: Kevin Smit
https://www.railjournal.com/in_depth/hydrogen-and-battery-trains-end-for-diesel-traction
В прошлом месяце Siemens заключил первый крупный контракт на аккумуляторные электрические блоки, и поставщик уверен в дальнейших заказах, поскольку операторы изучают альтернативы дизельной тяге.
БАДЕН-Вюртемберг - последнее немецкое государство, присоединившееся к революции, происходящей в железнодорожной тяге, которая обещает преодолеть разрыв между распространением дизельного топлива и электрической устойчивостью.
Государственная лизинговая компания Baden-Württemberg State Rail Vehicle Authority (SFBW) подтвердила 17 марта, что она покупает 20 аккумуляторных электрических блоков Mireo Plus B (BEMU) у Siemens для работы в сети 8 региональной системы Ортенау. Государство следует за Рейн-Майн, Шлезвиг-Гольштейн, Средняя Саксония и Нижняя Саксония в закупке альтернативных тяговых пассажирских транспортных средств для замены дизельных поездов в последние годы.
Решение Siemens BEMU дополняет поезд на топливных элементах, который он разрабатывает при поддержке поставщика топливных элементов Ballard Power Systems, Канада, и его платформы EMU. Действительно, производитель заявляет, что больше не занимается поставками дизельных агрегатов, так как рынок падает из-за растущих экологических проблем, связанных с выбросами при транспортировке.
Конкурент Alstom остается активным в этой области, выиграв контракты в Германии в 2019 году на поставку восьми DMU Coradia Lint для Восточно-немецкой железнодорожной компании (Odeg), 18 автомобилей для SFBW и 41 для Transdev для работы в Баварии.

Производитель также с гордостью заявляет, что теперь он обладает полным тяговым портфелем после заключения контракта на поставку 11 BEMU для Средней Саксонии в феврале.
Компания Alstom впервые разработала поезда на водородных топливных элементах с несколькими агрегатами Coradia iLint. Два прототипа поезда находятся в эксплуатации в сети Эльба-Везер в Нижней Саксонии с сентября 2018 года, в то время как поставщик заключил свой первый крупный контракт в ноябре 2017 года, когда Транспортное управление Нижней Саксонии (LNVG) разместило заказ на 14 поездов, которые войдут в эксплуатацию из 2021. За этим последовало в мае 2019 года соглашение с дочерней компанией Fahma, входящей в состав Рейн-Майнского транспортного управления (RMV), для 27 транспортных средств, которая вступит в строй с 2022 года. Поставщик также активно испытывает концепцию, чтобы повысить интерес к этой технологии. Это включало тур по германским штатам в течение 2019 года и по Нидерландам, где в прошлом месяце завершались  процессы легализации.Испытания должны начаться в Австрии в конце этого года после того, как в прошлом месяце Alstom выиграла тендер на эксплуатацию водородного пилота.
«Операторы ищут варианты больше не проводить тендеры на дизельные поезда»,

Г-жа Катрин Сигер, руководитель проекта по развитию бизнеса альтернативных систем привода для региональных поездов в Siemens
Stadler, Hitachi и CAF также активно работают на рынке альтернативных тяговых механизмов, поскольку спрос на подобные решения набирает обороты. Как и Германия, Франция должна начать ввод гибридных поездов в конце этого года и начать испытания с водородом в 2022 году, поскольку она нацелена на устранение тяги дизеля к 2035 году. Великобритания также испытывает водородные и аккумуляторные решения, в то время как Норвегия изучает замену дизелей. с поездами-батареями, а Австрия, а также испытания Coradia iLint в настоящее время тестируют Siemens Desiro ML BEMU в сфере обслуживания пассажиров.

Цели Европейского Союза по декарбонизации транспорта в рамках «Зеленого соглашения» усиливают это стремление изучить альтернативные возможности. Транспортная Белая книга ЕС 2011 года нацелена на 30% сокращение выбросов CO₂ к 2030 году, 50% к 2035 году и 90% к 2050 году. Электрификация и использование электроэнергии из устойчивых источников является предпочтительным решением. Тем не менее, континент находится далеко от повсеместной электрификации: примерно 54% ​​железнодорожной инфраструктуры в 27 странах ЕС плюс Великобритания были электрифицированы в конце 2017 года.

Во многих странах есть значительные программы электрификации, в частности, в Германии, которая к 2030 году нацелена на 70% электрификации по сравнению с 52% сегодня. Однако установка проводов стоит дорого и в зависимости от источника электричества не всегда зеленая. Кроме того, экономия на предоставлении полного покрытия часто не складывается, особенно для линий с низкой плотностью. Исполнение также оказалось проблематичным в последние годы, особенно в Великобритании, где дизель остается основной формой тяги на многих основных линиях. Планы дальнейших проектов электрификации в настоящее время, похоже, отошли на второй план, несмотря на то, что к 2040 году правительство планирует построить железную дорогу без дизельного топлива.

Другие европейские сети со значительными неэлектрифицированными участками и потенциалом для альтернативной тяги включают скандинавские страны, Бельгию, Нидерланды, Испанию, Ирландию и Италию.
В Северной Америке дизель - король. Несмотря на некоторые альтернативные тяговые испытания, особенно с использованием СПГ и КПГ, грузовые железные дороги класса 1 продолжают эксплуатировать дизельные поезда на огромных расстояниях. Северо-восточный коридор электрифицирован, как и некоторые пригородные линии, хотя в большинстве городов США и Канады используется дизельная тяга. Точно так же Австралия является страной дизельного топлива, как и Бразилия, в то время как большая часть российской сети зависит от тяги дизельного двигателя, как и сети в Азии, Латинской Америке и Африке.
Диверсификация
Г-н Юрген Блассманн, директор железнодорожной компании MTU Friedrichshafen, говорит, что стоимость - примерно 1 млн евро за км - означала, что перспектива полной электрификации, угрожающей дизельному тяговому бизнесу компании, никогда не была реалистичной. Однако поставщик использует альтернативные системы тяговых приводов с помощью решений, в том числе гибридных блоков питания MTU, в качестве средства диверсификации своего предложения в связи с изменяющимся спросом со стороны клиентов.


MTU Hybrid PowerPacks производство
Действительно, г-жа Катрин Сигер, менеджер проектов по развитию бизнеса альтернативных систем привода для региональных поездов в Siemens, говорит, что поставщик испытывает растущий интерес к своим альтернативным тяговым решениям со всего мира, включая операторов в Северной Америке и Австралии. В Европе, по ее словам, тендеры все чаще запрашивают определенный тип тяги, даже если это дороже.
«Операторы ищут варианты, чтобы больше не участвовать в тендерах на дизельные поезда», - говорит Сигер. «Большинство из них за пределами Европы находятся в начале этого - они еще не знают, насколько велика дальность действия аккумуляторной электрички или водородного поезда. Там все еще учатся делать на альтернативной тяге, но аппетит и желание уйти от дизеля очень, очень большие ».
«Германия является первой страной, заключившей крупные контракты на аккумуляторные электропоезда, но я уверен, что последует больше».

Катрин Сигер
Сигер говорит, что поставщик может предложить различные тяговые решения для удовлетворения спроса, будь то гибридное решение с батарейками и традиционное электрическое тяговое усилие, где батареи имеют радиус действия 100-120 км, или водородные топливные элементы, которые могут работать до 600 -1000km. Г-н Брахим Суа, вице-президент по региональным поездам в Alstom, предлагает аналогичные оценки для своих применений. Он говорит, что улучшения в способе хранения батареи помогли уменьшить вес устройства, в то время как диапазон работы увеличился.

«Технологии достаточно развиты для многих приложений, все зависит от модели, которую выбирает оператор», - говорит Сигер. «Германия является первой страной, заключившей крупные контракты на аккумуляторные электропоезда, но я уверен, что последует больше».

Затраты, однако, остаются препятствующим фактором для многих. Контракт RMV на 27 Coradia iLints стоит примерно 500 миллионов евро, а доля Alstom - 360 миллионов евро. Это сопоставимо с сделкой Transdev на 150 млн. Евро для 41 Lint DMU. Контракт на 11 BEMU с Mid Saxony стоит 100 миллионов евро.

Кроме того, многие из немецких альтернативных тяговых проектов получили поддержку от государственных субсидий. Так, например, Национальная инновационная программа федерального правительства в области технологии получения водорода и топливных элементов предоставила грант в размере 8,4 млн. Евро для поддержки строительства станции заправки водородом для проекта Coradia iLint в депо Elbe-Weser Transport Company (EVB) в Бремерверде. Хотя этот проект значительно дешевле, чем аналогичный проект по электрификации, он намного дороже, чем использование дизельного топлива.

Альтернативная тяга
Сигер говорит, что текущий разрыв в стоимости альтернативной тяги является результатом отсутствия эффекта масштаба в цепочке поставок. По мере того, как технология становится все более распространенной, она говорит, что это должно само исправить. Она добавляет, что если эти субсидии действительно исчезнут, правительство могло бы поддержать принятие чистой тяги, приняв законодательство, ограничивающее работу дизельных поездов в городских районах. «По крайней мере, они могут сделать их менее привлекательными, введя плату за доступ в зависимости от будущих выбросов», - говорит Сигер. «Общественные транспортные компании могут изменить свою схему оценки тендеров, чтобы сократить разрыв».

С учетом того, что субсидии еще не распространяются на другие страны, спрос на дизельные железнодорожные транспортные средства будет оставаться стабильным, особенно за пределами Европы.

Общий консенсус касается стабильного рынка в течение следующих 10-15 лет с альтернативной тягой, в настоящее время составляющей менее 2% всех заказов. Согласно данным IRJ Pro, за последние три года было размещено семь таких заказов, причем все из Германии, за исключением контракта, предоставленного Stadler в Соединенных Штатах транспортным управлением округа Сан-Бернардино на один водородный поезд Flirt H2 с четырьмя вагонами. Блассманн говорит, что рынок может оставаться относительно стабильным в течение следующих 30 лет, учитывая текущее внедрение проектов электрификации.

Кроме того, сама дизельная технология становится намного чище. Новые стандарты выбросов EU Stage V, которые применяются ко всем новым двигателям, должны вступить в силу 1 января 2021 года и предлагают существенно улучшенную производительность по сравнению с предыдущими стандартами. Двигатели стадии V ограничивают содержание твердых частиц до 0,015 г / кВтч на вагон, что на 40% меньше по сравнению с предыдущим пределом выбросов стадии IV, равным 0,025 г / кВтч. В некоторых сильно загрязненных районах воздух, который выходит из двигателя Stage V, чище, чем окружающая атмосфера.

«Существует неправильное понимание того, насколько чисты дизельные двигатели в настоящее время», - говорит д-р Гюнтер Цицлер, старший менеджер по проектированию рельсовых двигателей в Rolls-Royce Power Systems. «Мы провели исследование о замене двигателей UIC2 в поездах, работающих на берегу Боденского озера, на гибридные силовые агрегаты MTU, оснащенные двигателями Stage V, и было очень впечатляющим видеть, что сокращение количества твердых частиц составляет около 90%, а также NOx на 90%. Гибридные силовые агрегаты также помогают сократить расход топлива и, следовательно, выбросы CO₂ на 25% ».

В то время как это европейские стандарты, поставщики находят, что страны, в которых нет правил, запрашивают двигатели, отвечающие этим требованиям.

Voith теперь предлагает только свои двигатели EU Stage IIIB или Stage V, все из которых оснащены технологией селективного каталитического восстановления (SCR). «Растет осведомленность общественности об уровнях выбросов, поэтому мы хотим продвигать наилучшее из доступных на рынке дизельных решений», - говорит г-н Герт Текале, менеджер по продукции для железнодорожных приводов Voith. «Для текущих проектов в Бразилии мы участвуем в торгах с двигателями Stage V, и им это нравится, хотя особых требований нет».

Voith разработал свой двигатель Stage V в партнерстве с Liebherr. Поставщик заключил пятилетний контракт с Alstom на поставку блока питания, совместимого с RailPack 400DM Stage V, для DMU Coradia Lint. Текале говорит, что Войт рассчитывает начать испытания на выносливость во второй половине этого года, прежде чем коммерческая доступность в 2021 году.

«Мы провели испытание в Великобритании с Портербруком (Юго-Западная железная дорога), где мы заменили гидродинамическую коробку передач на нашу гидромеханическую коробку передач, и мы сэкономили более 20% топлива».

Г-н Маркус Гросс, директор ZF по системам железнодорожных приводов
Другие инновации также улучшают эффективность дизельного двигателя. Например, трансмиссионная система EcoWorld от ZF, которая передает реверсивный блок, ранее установленный в тележке, непосредственно на переключающую трансмиссию, может предложить режим выбега, отсоединяющий двигатель от системы тяги, помогающий снизить расход топлива до 5%. Это также облегчает переход гибридной системы MTU с двигателя на аккумулятор.


Система передачи ZW EcoWorld
Г-н Маркус Гросс, директор ZF по системам рельсовых приводов, говорит, что он видит значительный потенциал для этой технологии наряду со стабильным спросом на дизельные продукты в течение следующих 10-15 лет. Однако он говорит, что поставщик не предпочитает одну область другой. EcoWorld, новейшая шестиступенчатая трансмиссионная платформа поставщика, подходит для обычного дизеля - ZF является поставщиком для Coradia Lint DMU - и гибридных приложений, где он работает с MTU. ZF также поставила трансмиссию на Coradia iLint. Гросс добавляет, что существуют значительные возможности в модернизации существующих дизельных двигателей для повышения их эффективности.

«Мы провели испытание в Великобритании с Портербруком (Юго-Западная железная дорога), где мы заменили гидродинамическую коробку передач на нашу гидромеханическую коробку передач, и мы сэкономили более 20% топлива», - говорит Гросс. «Если вы видите большое количество дизельных парков, работающих по всему миру, у вас есть огромный потенциал для переоснащения».

«Лично я не могу себе представить, с точки зрения бизнеса, что имеет смысл создавать третью инфраструктуру».

Тим Болткен, технический управляющий директор Ineratec
Voith также активно работает в области гибридных технологий, предлагая дизель-электрические генераторные установки и сложные системы рекуперации энергии торможения. Тем не менее, Текале говорит, что желание основных производителей оборудования разрабатывать водород и BEMU является потенциально плохой новостью для субпоставщиков силовых установок, поскольку тенденция состоит в том, чтобы начать разработку аккумуляторов и водорода самостоятельно.

«Чем больше электрифицированных транспортных средств становится, тем больше они будут получать от OEM-поставщиков, - говорит Текале. «Если они используют сложную дизельную систему, они не обладают полным внутренним опытом. Электрическая силовая установка с батареями менее сложна, чем дизельная, и они обеспечивают этот опыт ».
Учитывая это, Voith и MTU уделяют пристальное внимание разработке альтернатив самому дизельному топливу, которые потенциально продлят срок службы двигателя внутреннего сгорания, а также будут использовать существующую инфраструктуру.

Биотопливо, где натуральные продукты, такие как этанол, смешивают с дизельным топливом, чтобы помочь снизить потребление дизельного топлива и загрязнение воздуха, существует уже несколько десятилетий. Однако проблемы с накоплением зубного налета на двигателях из-за более высокой температуры горения топлива, а также устойчивости этих видов топлива, особенно использования пальмового масла в некоторых районах и связи с обезлесением, ограничивают степень к которому они были приняты.

Тем не менее, Блассманн считает, что эти решения слишком долго игнорировались, и их обнадеживает начавшаяся работа по созданию альтернативных топливных решений, которые обещают углеродную нейтральность. Ineratec - одна из таких компаний, основанная в 2016 году как отделение от Технологического института Карлсруэ (KIT).

Технология Ineratec, по существу, объединяет водород и CO₂ в процессе, называемом Power-to-Liquid, для производства альтернативного топлива для бензина, керосина или жидкого масла. Топливо производится по принципу Power-to-X (или Power-to-liquid), согласно которому избыточная мощность от возобновляемой генерации используется для питания электролизера для выработки водорода, который комбинируется с CO 2, полученным из биомассы, окружающего воздуха или промышленных отходов. -газ для производства топлива с помощью химического процесса под названием Фишер-Тропш.

Конечный продукт представляет собой прозрачную жидкость, которая сгорает очень прозрачно, и при сгорании выделяет CO₂, введенный в начале процесса, что делает производство и использование топлива полностью углеродно-нейтральным, так как в атмосферу не выделяется дополнительный CO.. Производимая фракция дизельного топлива соответствует синтетической или парафиновой дизельной норме EN15940, принятой в 2016 году, и предусматривает, что топливо приемлемо для всех существующих дизельных двигателей.

«Это действительно похоже на воду, потому что вы производите ее только из водорода и CO₂», - говорит Тим ​​Бёльткен, технический директор Ineratec. «Там нет ядов, таких как сера или хлор, и уже существуют эквивалентные виды топлива, такие как синтетический компонент Shell Vpower, высокоэффективное топливо, которое представляет собой смесь существующего ископаемого топлива и синтетического топлива - но все же не возобновляемое. Вам не нужно заменять его на 100% в начале. Вы можете начать с 5 или 10%, и вы сразу же добьетесь сокращения выбросов на 5 или 10% ».

Болткен говорит, что преимущество системы Ineratec в том, что она модульная. Одна система обработки, использующая, например, 1 МВт электроэнергии, вводимой в электролизер, может производить 350 тонн топлива в год только из одного 40-футового транспортировочного контейнера. Затем клиенты могут легко увеличить производство в зависимости от своих требований на конкретном сайте, добавив дополнительные контейнеры. Большие модули также находятся в разработке.

«В Германии мы создаем новую инфраструктуру для электромобильности, которая стоит миллиарды, но у нас уже есть инфраструктура, основанная на нефти и газе», - говорит Бельткен. «Лично я не могу себе представить, с точки зрения бизнеса, что имеет смысл создавать третью инфраструктуру».

Экономически конкурентоспособный
В связи с резким падением цен на нефть в начале 2020 года синтетическое дизельное топливо сталкивается с проблемой конкурентоспособности затрат. Вместо стоимости нефти цена на электроэнергию является определяющим фактором, причем использование на рынках с низкими затратами на электроэнергию, таких как Норвегия, Чили, Ближний Восток и юг Испании, предпочтительнее, чем рынок с высокой энергией, такой как Германия.

Тем не менее, разработчики добились значительных успехов в снижении стоимости процесса в последние годы. Приблизительно с 10 евро за литр, когда Текале впервые познакомился с этой концепцией в Техническом университете Карлсруэ около десяти лет назад, стоимость теперь эквивалентна примерно 2 евро за литр.

«Если мы подождем до 2030 года, то вы не сможете достичь климатических целей, поставленных на 2050 год».

Тим Болткен
«Если цена снизится до 1,50 евро за литр, значит, он конкурентоспособен», - говорит Текале. «Тогда операторы, возможно, захотят потратить немного больше денег на топливо, но в результате получат лучший объем выбросов CO₂».

После завершения нескольких демонстрационных проектов, чтобы доказать жизнеспособность концепции, Böltken говорит, что Ineratec достиг демонстрационной стадии промышленного масштаба. «Мы хотим показать, что эти виды топлива не только могут производиться с определенным уровнем затрат, но и могут конкурировать с ископаемым топливом», - говорит Белткен. «Мы ищем момент для iPhone»

Железнодорожный отнюдь не единственный сектор, который мог бы извлечь выгоду из такой установки. Действительно, с ограниченным масштабом, он может бороться с авиационным, дорожным и химическим производством, если хочет обеспечить уровень усыновления, необходимый для изменения ситуации.
Болткен говорит, что он открыт для работы с любым сектором или партнером, готовым принять и развить технологию, в конечном счете оставляя на усмотрение рынка решение. Волнение вокруг решения Ineratec на мероприятиях, на которых он присутствовал, вселяет надежду, что такой партнер скоро будет найден. Однако время идет. «В ближайшие пять лет это действительно важно не только для нашей бизнес-модели, но и для всей проблемы климата», - говорит он. «Если мы подождем до 2030 года, то вы не сможете достичь климатических целей, поставленных на 2050 год».

На рынке дизельной тяги еще может быть жизнь.

УТОЧНЕНИЯ: