Поезда на батарейках набирают скорость
Когда речь заходит о поездах на аккумуляторах, первым делом рядовому обывателю представляется игрушечная железная дорога. Однако техника давно шагнула вперёд. Питание от электроэнергии уже является обычным явлением в легковых и грузовых автомобилях, и проходит испытания в самолётах, вертолётах и кораблях-контейнеровозах. Теперь и в железнодорожных локомотивах постепенно планируют освоить питание от аккумуляторов вместо дизельных генераторов, которые приводят в действие поезда уже более века.
На прошлой неделе Union Pacific Railroad пришла к соглашению о покупке 20 аккумуляторных грузовых локомотивов у Wabtec и Progress Rail. Сделка, получившая личное одобрение президента Байдена, стоит более 100 миллионов долларов. Аккумуляторные электровозы первоначально будут использоваться для сортировки вагонов на железнодорожных станциях в Калифорнии и Небраске.
Также в прошлом году Wabtec протестировала свои локомотивы FLXdrive в ходе 18 рейсов между Барстоу и Стоктоном, штат Калифорния. Испытания проводились в рамках гранта в размере 22 миллионов долларов от Калифорнийского совета по воздушным ресурсам. Аккумуляторный электровоз располагался между двумя традиционными тепловозами и тянул до 200 тонн. Технический директор Wabtec Эрик Гебхардт заявил, что такое сочетание позволяет сэкономить в среднем 11 процентов топлива и выбросов. Wabtec заявляет, что аккумуляторный локомотив нового поколения почти втрое увеличит ёмкость аккумулятора до 7 мегаватт-часов, что почти в 100 раз больше, чем у Tesla Model 3. По словам Гебхардта, это поможет сократить выбросы на 30 процентов.
Переход на аккумуляторную электроэнергию сократит выбросы парниковых газов и улучшит качество местного воздуха. Тепловозы выбрасывают твёрдые частицы и другие токсичные загрязнители, что является причиной около 1000 преждевременных смертей и расходов на здравоохранение в размере 6,5 миллиардов долларов в год только в США. Представитель Калифорнийского совета по воздушным ресурсам заявил, что замена дизельных локомотивов «несомненно окажет положительное влияние на здоровье» и станет «шагом в решении давней проблемы экологической справедливости для людей, живущих вблизи железнодорожных путей».
Прошлой осенью исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Института окружающей среды и устойчивого развития Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предсказали, что перевод от традиционных тепловозов на питание от аккумуляторов в течение 20 лет может сэкономить 94 миллиарда долларов на топливе, а также предотвратит выброс загрязняющих веществ в воздух. Поезда в США особенно хорошо подходят для такой модернизации, потому что большинство локомотивов используют дизельный генератор, питающий электродвигатели.
«Если кто-то решит сделать это, он может сделать это за месяц», — говорит соавтор Амол Фадке, изучающий электромобили большой грузоподъёмности и аккумуляторные батареи в масштабе сети. «Все, что вам надо, — это добавить вагон, на котором установлены аккумуляторы».
У стартапа, появившегося в прошлом месяце, есть еще одна идея: Parallel Systems хочет перевозить грузы с помощью беспилотных, автономных рельсовых транспортных средств с батарейным питанием. Поезда будут собираться автоматически и двигаться без проводника, без машиниста и без свистка. Если Parallel Systems добьется успеха, полностью автономный беспилотный транспорт может появиться на рельсах раньше, чем на дорогах.
Parallel Systems была основана в январе 2020 года группой бывших руководителей SpaceX и в значительной степени все еще остаётся на уровне идеи. Генеральный директор Parallel Systems Мэтт Соул представляет себе взводы железнодорожных транспортных средств, которые напоминают гигантские роботы Roomba, перевозящие от 10 до 50 транспортных контейнеров, но пока это основано только на моделировании и симуляциях. На текущий момент компания построила только два железнодорожных транспорта. Рельсовый вагон второго поколения должен появиться в конце этого года.
Соул говорит, что Parallel пытается разработать программное обеспечение, которое будет работать с существующими железными дорогами и будет включать необходимые функции безопасности. «Мы не заменяем поезда, — говорит он. «Речь идёт о переводе большего количества грузовых перевозок на железную дорогу».
Каждый из этих подходов обещает более чистую окружающую среду, более низкие затраты на топливо для железных дорог и меньшее количество преждевременных смертей от загрязнения воздуха, но им не хватает того же, что препятствует распространению электромобилей: развитой сети зарядных станций.
Wabtech и BNSF Railway построили первую зарядную станцию для аккумуляторных электровозов на железнодорожном депо в Стоктоне в рамках тестового запуска в прошлом году. В нем использовалась проводная зарядка мощностью 400 киловатт, но более поздние модели FLXdrive от Wabtec будут заряжаться с использованием пантографа, когда кронштейн касается контакта в верхней части локомотива. Представитель Wabtec говорит, что компания может обеспечить зарядку от сети, но зарядка с крыши локомотива будет проще. Parallel Systems, в свою очередь, разрабатывает зарядную площадку, которая подключается под рельсовыми транспортными средствами и размещается между железнодорожными путями.
В исследовании Лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе говорится, что значительная часть первоначальных затрат будет приходиться именно на строительство зарядных станций. Грузовые поезда обычно проходят 1500 км или более, но каждые 250 км делают остановки для смены бригады, что даёт возможность зарядить аккумуляторы. Одно из преимуществ строительства зарядных станций для локомотивов: они не обязательно должны быть в городах, что также поможет снизить затраты.
Еще одно возможное преимущество: возможность заряжать аккумуляторы, когда тяжёлые грузовые поезда длиной в несколько миль сами катяться на спусках. Тестовый состав Wabtec в прошлом году проехал почти 600 км. по Калифорнии без подзарядки, потому что рекуперативное торможение заряжало батареи примерно на 20 процентов при движении вниз по склону. Эта система похожа на тормозные системы, которые заряжают батареи гибридных автомобилей, говорит Гебхардт, отмечая, что поезда тянут за собой гораздо больший вес. Он считает, что рекуперативное торможение может сократить количество зарядных станций, необходимых для аккумуляторных электровозов.
Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США в прошлом году запустило инициативу по локомотивам, в рамках которой собираются модели для прогнозирования затрат, производительности и выбросов парниковых газов для локомотивов, работающих на альтернативных источниках энергии, эксплуатируемых на крупных железных дорогах. Боб Лодо, директор программы, говорит, что программное обеспечение может помочь сократить потребление топлива и выбросы от традиционных локомотивов. Со временем, по его словам, координация большей активности между кораблями, грузовиками и поездами будет иметь решающее значение для обезуглероживания всей цепочки поставок.
