Канада: Журнал Progressive Railroading на основе интервью с вице-президентом перевозчика Canadian Pacific Kansas City (CPKC) Кайлом Маллиганом подготовил статью про проект перевода тепловозов на водородную тягу, который реализуется с начала 2020-х. В нем были подробно представлены этапы проведенных работ и его перспективы. Редакция ROLLINGSTOCK перевела, адаптировала и дополнила этот материал.
Выбор между водородной и аккумуляторной тягой
Перед началом программы модернизации CPKC провел исследование двух видов тяги, в результате которого определил, что аккумуляторные локомотивы ограничены в эксплуатации. Так, по данным перевозчика, батареи добавляют 25% веса и занимают значительное место в составе кузова. Кроме того, по оценкам CPKC, аккумуляторные локомотивы теряют до 40% мощности при низких температурах. Дополнительно они нуждаются в стационарной зарядной инфраструктуре и могут преодолеть лишь около 8% от запаса хода тепловоза.
В свою очередь локомотивы с водородными топливными элементами без тендера могут преодолеть до 30% дальности хода тепловоза. При этом небольшое количество батарей, которое также устанавливается при внедрении водородной тяги, может возвращать энергию от рекуперативного торможения, экономя сам водород и увеличивая запас хода. Более того, плотность энергии у водорода выше, чем у накопителей. Время заправки водородом локомотивов без тендера составляет 45 минут, тогда как на зарядку аккумуляторных машин с сопоставимыми параметрами уходит более 14 часов.
При этом в CPKC признают, что водород как вид тяги пока не совершенен. Так, нужно решить проблемы увеличения дальности хода и заправки в холодное время года.
Этапы развития проекта
В 2021 году компания модернизировала первый магистральный шестиосный тепловоз модели GMD SD40-2F, выпущенный американской General Motors в конце 1980-х. Работы были проведены в депо в Иннисфиле. В ходе них дизельный двигатель мощностью 2,2 МВт был заменен на 6 водородных топливных элементов Ballard мощностью по 200 кВт каждый и тяговые аккумуляторы.
Схема расположения компонентов водородной силовой установки в локомотиве H2 0EL №1001. Источник: CPKC
Локомотив, получивший обозначение H2 0EL №1001, прошел серию испытаний в депо и в конце 2022 года совершил свой первый коммерческий рейс. Машина выполнила работу в Калгари, где расположена штаб-квартира перевозчика и находится завод по производству водорода (электролиз, энергия от солнечных батарей).
Первый модернизированный CPKC водородный локомотив H2 0EL №1001. Источник: CPKC
Дальнейшее развитие проект получил после получения в ноябре 2021 года гранта в размере $15 млн от фонда Emissions Reduction Alberta. Средства позволили увеличить число модернизированных локомотивов с одного до трех, а также начать строительство двух заправочных станций в Калгари и Эдмонтоне. Так, в 2022-м из депо в Иннисфиле вышла вторая переоборудованная на водородную тягу машина H2 0EL №1002. Основной послужил четырехосный маневровый тепловоз EMD GP38-2. Локомотивы этой серии мощностью 1,5 МВт выпускались General Motors и EMD в 1970-1980-х.
В 2022-2023 годах оба модернизированных тепловоза прошли эксплуатационные испытания и в январе этого года поступили в опытную эксплуатацию на грузовую станцию Калгари. Отмечается, что в рамках тестирования они без каких-либо сбоев преодолели более 3,5 тыс. км и перевезли более 1,3 тыс. вагонов. Еженедельно они перевозили более 20 тыс. т груза со скоростью до 80 км/ч.
Модернизированные CPKC водородные локомотивы H2 0EL №1002 и №1001 в Калагри. Источник: CPKC
Как заявил Кайл Маллиган, локомотивы тестировались при температурах ниже -30°C, однако показали в таких условиях надежную работу без отказов оборудования. По его словам, машинисты, которые испытывали локомотивы, отметили тихий ход модернизированных машин.
Третьим модернизированным CPKC тепловозом стал магистральный AC4400CW, выпущенный GE Transportation в 1990-х. В отличие от двух предыдущих машин в обновленном H2 0EL №1200 водород хранится в специальном тендерном вагоне, разработанном HGmotive. Заявляется, что тендер и система заправки локомотива соответствуют требованиям безопасности, установленными министерствами транспорта Канады и США. После модернизации мощность локомотива увеличилась с 3,2 до 4,4 МВт.
Третий модернизированный CPKC водородный локомотив H2 0EL №1200 с тендером. Источник: CPKC
Первый этап его тестирования прошел в сентябре 2024 года. Сообщается, что локомотив с тендером и тремя тепловозами провел состав из 152 груженых полувагонов между угольной шахтой в Спарвуде и городом Голден. На следующий день он совершил обратный рейс уже с порожними вагонами. Тестирование проводится в рамках сотрудничества с угледобыващей Teck Resources. Дополнительно HGmotive создает еще одну тендерную секцию большей емкости: ее испытания и ввод в эксплуатацию намечены на середину 2025 года.
Испытания водородного локомотива H2 0EL №1200 с тендером в сентябре 2024 года. Источник: CPKC
В ноябре-2024 CPKC совместно с энергетической компанией Canadian Utilities завершила строительство двух пунктов генерации водорода и заправки им локомотивов в Калгари и Эдмонтоне.
Рендер проекта заправочной водородной станции для локомотивов CPKC. Источник: CPKC
Каждый из них оснащен электролизером мощностью 1МВт, компрессорами, хранилищами водорода и заправочным оборудованием. В дальнейшем CPKC и Canadian Utilities рассчитывают создать сеть таких пунктов, чтобы подвижной состав на водородной тяге можно было использовать по всей стране.
Масштабирование технологии
В 2023 году CPKC и американский грузовой перевозчик CSX подписали соглашение о создании СП для производства комплектов по переводу тепловозов на водородную тягу. В середине апреля с помощью комплекта CPKC был переведен на водородную тягу первый маневровый тепловоз GP38-2. В настоящее время он проходит эксплуатационные испытания. До конца года таким образом планируется модернизировать еще два четырехосных локомотива CSX.
Маневровый тепловоз модели GP38-2 после модернизации. Источник: CSX
В планах компаний модернизировать в общей сложности 20 таких тепловозов и провести их годовую опытную эксплуатацию. Таким образом, они смогут собрать более обширные данные и определить как надежность самих машин и их компонентов. Недавно для проекта CPKC заказала у Ballard еще 98 топливных элементов мощностью 200 кВт, которые должны быть поставлены в следующем году.
Также сейчас CPKC работает над созданием модуля, который бы объединял топливные элементы и аккумуляторы. Как подчеркнул Маллиган, это обусловлено тем, что рамы в локомотивах служат дольше двигателей и других компонентов. Таким образом, объединение комплекса тягового оборудования в один модуль должно снизить стоимость процесса модернизации подвижного и упростить техническое обслуживание.
Следите оперативно за новостями рынков подвижного состава в Telegram-канале ROLLINGSTOCK
