Водородный поезд: реальность и перспективы - Транспорт и не только

Водородный поезд: реальность и перспективы

Три года тому назад в Германии впервые начал совершать свои тестовые рейсы по 100 километровому маршруту между городами Куксхафен  и Букстехуде первый в мире водородный поезд Coradia iLint . Как уже явствует из его определения, источником энергии, необходимой для движения этого поезда, служит водород.

Да, именно водород многие специалисты в мире считают одним из наиболее перспективных альтернативных источников энергии. Но с его получением не все так просто. И эта тема будет более подробно рассмотрена нами чуть ниже – в одной из следующих глав.

А пока давайте вернемся к нашему водородному поезду.

Содержание
Описание и принцип работы поезда
Аргументы и мотивации в пользу поезда на водороде
Проблемы с получением «чистого» водорода
Реальность и перспективы
В заключении

Описание и принцип работы поезда

Водородный поезд конструктивно заметно отличается от поездов другого типа (см. рис. 1).

Рис. 1

Ниже вкратце перечислен ряд компонентов, наличие которых характерно для устройства поезда, работающего на водороде:

  • Водородный топливный бак;
  • Топливный элемент, с помощью которого происходит преобразование энергии водорода в электрическую энергию;
  • Конвертеры DC/DC. Это преобразователи постоянного тока. С их помощью можно изменять постоянное напряжение;
  • Инверторы. Эти устройства служат для того, чтобы преобразовывать постоянный ток в переменный с изменением величины напряжения;
  • Тяговый электродвигатель;
  • Аккумуляторная батарея.

Принцип работы водородного поезда заключается в следующем.

На специально оборудованной для этой цели заправочной станции поезд заправляется водородом. Емкости для водорода обычно располагаются на крыше состава. Затем газ поступает в водородные топливные элементы, где в результате реакции с кислородом, взятом из атмосферы, вырабатывается электрический ток.

Полученная таким образом электроэнергия, пройдя через специальные преобразователи (конвертеры DC/DC и инверторы), питает тяговые электродвигатели, которые приводят водородный поезд в движение.

Для того, чтобы лучше оптимизировать расход электричества, в этом поезде установлена система рекуперации. Вырабатываемая во время торможения поезда электроэнергия накапливается в аккумуляторных батареях. Сюда же поступают и излишки энергии, вырабатываемой топливными элементами. В нужный момент накопленное таким образом электричество тоже начинает питать тяговые электродвигатели, тем самым снижая количество водорода, необходимого для движения поезда.

Аргументы и мотивации в пользу поезда на водороде

Главным аргументом в пользу применения водородных поездов является их экологическая чистота и, соответственно, безопасность для окружающей среды. Ведь хорошо известно, что обычные дизельные поезда при своей работе выделяют в атмосферу огромное количество вредных веществ. В том числе и парниковые газы, отрицательно воздействующие на тепловой баланс планеты.

Водородный поезд же содержит в своем «выхлопе» только конденсированную воду в виде пара, которая никоим образом не влияет на окружающую среду.

Еще одной мотивацией в пользу использования водородного топлива в поездах является тот факт, что запасов углеводородного сырья (нефти), из которого получают дизельное топливо, в недрах земли с каждым годом становится все меньше. И недалек тот день, когда эти запасы совсем иссякнут.

А водород – правда, пока еще условно – можно считать возобновляемым видом топлива. Но только в том случае, если его будут получать с помощью электролиза из обыкновенной воды. Ведь известно, что запасы ее на Земле неисчерпаемы! Да и побочным продуктом после получения электроэнергии в водородном топливном элементе опять же будет вода. Получается своеобразный ее круговорот.

Но, как я уже упоминал в самом начале, с получением водорода все не так просто. И об этом чуть более подробно я расскажу в следующей главе.

Проблемы с получением «чистого» водорода

На сегодняшний день водород можно получать из разных видов сырья, применяя при этом различные технологии.

Основными способами получения водорода являются:

  • Риформинг (конверсия) природного газа (метана, попутного нефтяного газа);
  • Риформинг нефти и жидких нефтепродуктов;
  • Газификация угля;
  • Электролиз воды.

То есть, водород можно получать из природного газа (метана), нефти, угля и воды. Исходя из современных концепций борьбы за сохранение чистоты окружающей среды, первые три способа не являются экологически чистыми. В процессе получения водорода из этих видов сырья, выделяется большое количество углекислого газа, который неблагоприятно влияет на экологию, вызывая нежелательный парниковый эффект. Поэтому водород, полученный таким способом, некоторый экологи называют «нечистым».

«Чистый» же водород можно получить только четвертым способом, упомянутым выше – с помощью электролиза воды. Но и здесь есть некоторые нюансы.

Для того, чтобы разложить воду на составляющие – водород и кислород, необходимо воздействовать на нее электрическим током. А если источниками этого электричества будут электростанции, работающие на газе, нефти (нефтепродуктах) или угле, то и получаемый с его помощью водород будет «нечистым».

Абсолютно «чистым» водород будет считаться только в том случае, если он будет получен с помощью возобновляемых источников энергии. То есть, с помощью электричества, полученного от солнечных батарей, ветровых и приливных электростанций (см. рис. 2).

Рис. 2

Реальность и перспективы

Вернемся к основной теме нашей статьи. Какова ситуация с поездами на водороде сегодня и что ждет их в будущем?

Дальше всех в этом вопросе продвинулась Германия. Как уже упоминалось вначале, с 2018 здесь начал выполнять свои тестовые рейсы водородный поезд Coradia iLint. Поезд способен развить скорость до 140 км/ч. Полной заправки хватает на преодоление около 1000 км. Заправка поезда водородом занимает примерно 15 минут. Поезд был произведен французской компанией «Альстом».

Водородный поезд Coradia iLint в Германии. Фото из Яндекс Картинки

В настоящее время эта компания приступила к коммерческой реализации крупного заказа для Германии. Всего должно быть изготовлено более 40 таких поездов.

Национальная железнодорожная компания Франции SNCF тоже совсем недавно заявила о том, что заказала у «Альстом» 12 поездов на водороде. Эти поезда начнут курсировать по своим маршрутам в 2023 году.

Водородный поезд компании «Alstom» для Франции. Фото из Яндекс Картинки

В этом же направлении ведутся работы еще в нескольких странах мира. Кроме французской «Альстом», производством водородных поездов уже занимаются или намерены заниматься такие крупнейшие машиностроительные корпорации, как немецкая «Siemens», испанская «Talgo», китайская «CRRC», корейская «Hyundai Rotem», швейцарская «Stadler» и др.

Не осталась в стороне от решения этой актуальной на сегодняшний день темы и Россия.

Не так давно ОАО «РЖД», группа «Трансмашхолдинг» и «Росатом» пришли к соглашению о том, что в России в ближайшей перспективе должен начаться выпуск поездов, работающих на водородном топливе.

Как сообщили в «РЖД», пилотным полигоном для обкатки и дальнейшей эксплуатации таких поездов станет железнодорожная инфраструктура острова Сахалин.

В заключении

Думаю, что я максимально доступно рассказал о том, что представляет собой водородный поезд.

А вот вопрос о том, смогут ли такие поезда полностью заменить в перспективе обычные дизельные, остается открытым.

Если человечество найдет недорогие способы получения в большом количестве «чистого» водорода, то в недалеком будущем поезда на водороде получат самое широкое распространение в мире.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Top