XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение

Российские железные дороги, являясь одной из крупнейших транспортных систем мира, сталкиваются с комплексной задачей модернизации и повышения эффективности, особенно на фоне глобального тренда на декарбонизацию транспорта. Значительная часть сети ОАО «РЖД», особенно на малодеятельных участках (с грузонапряжённостью менее 10-15 млн ткм/км в год и пассажиропотоком в несколько пар поездов в сутки), остаётся неэлектрифицированной. Традиционная электрификация с укладкой контактной сети, строительством тяговых подстанций экономически часто нецелесообразна из-за высоких капитальных затрат и длительных сроков окупаемости. Альтернативой долгое время служили дизельные поезда, но они создают выбросы, зависят от колебаний цен на топливо и имеют высокую стоимость жизненного цикла.

Современные технологические разработки предлагают два принципиально новых решения: водородные (на топливных элементах) и аккумуляторные (батарейные) поезда. Эти технологии позволяют сохранить преимущества электрической тяги (высокий КПД, низкий уровень шума, отсутствие выхлопа на месте движения) без необходимости повсеместной установки контактной сети. В данной статье исследуется потенциал этих решений для России, их сравнительные характеристики и возможные пути внедрения.

1. Технологические основы и мировой опыт

1.1. Аккумуляторные поезда

Принцип работы аккумуляторного поезда основан на использовании тяговых литий-ионных или иных высокоёмких батарей. Поезд заряжается либо от контактной сети на электрифицированных участках (двигаясь по ним или на остановках), либо от стационарных зарядных устройств на конечных станциях. Это позволяет преодолевать значительные расстояния (до 100-150 км и более на одном заряде) по неэлектрифицированным линиям.

· Преимущества: Высокий КПД (свыше 85%), относительно низкая стоимость энергии, возможность использования существующей электрической инфраструктуры на узловых станциях, быстрое развитие технологий аккумуляторов.

· Недостатки: Ограниченная дальность хода, зависимость от температуры окружающей среды (ёмкость падает на морозе), значительный вес батарей, конечный срок службы батарейных блоков и вопросы их утилизации.

· Мировой опыт: Наиболее активно технологию развивает Германия (проекты в землях Баден-Вюртемберг, Гессен, Шлезвиг-Гольштейн). Поезда Stadler FLIRT Akku и Alstom Coradia Continental BEMU уже эксплуатируются на регулярных маршрутах, демонстрируя надёжность.

1.2. Водородные поезда (на топливных элементах)

Водородный поезд генерирует электроэнергию на борту посредством топливных элементов, где происходит химическая реакция между водородом из заправляемых баков и кислородом из воздуха. Единственным прямым выхлопом является чистая вода.

Выработанная электроэнергия питает тяговые электродвигатели и заряжает буферную аккумуляторную батарею.

· Преимущества: Большая дальность хода (сопоставимая с дизельной – до 1000 км на одной заправке), быстрота заправки (как у дизтоплива), экологичность (при условии производства «зелёного» водорода из ВИЭ), меньшая чувствительность к низким температурам.

· Недостатки: Низкий общий КПД цепочки «производство-хранение-транспортировка-использование» (около 25-35%), высокая стоимость самих топливных элементов и водородной инфраструктуры, сложности с хранением и транспортировкой водорода, вопросы безопасности.

· Мировой опыт: Пионером является Германия, где на линии в Нижней Саксонии с 2018 года успешно работают 14 поездов Coradia iLint от Alstom. Проекты запущены или планируются в Австрии, Италии, Франции, Канаде и Калифорнии (США).

2. Сравнительный анализ применимости для малодеятельных линий

Для малодеятельных участков ключевыми являются критерии капитальных затрат (CAPEX), эксплуатационных расходов (OPEX), дальности хода и адаптивности к инфраструктуре.

· Экономика: Аккумуляторный поезд выигрывает, если на маршруте есть возможность подзарядки от существующей контактной сети. Его CAPEX выше, чем у дизельного, но ниже, чем у водородного. OPEX — самый низкий благодаря дешевизне электроэнергии. Водородный поезд требует инвестиций не только в подвижной состав, но и в заправочные станции, логистику водорода, что делает проект дорогим на старте. Стоимость «зелёного» водорода пока высока.

· Дальность и логистика: Для коротких «тупиковых» ответвлений (50-80 км) достаточно аккумуляторной технологии. Для длинных кольцевых маршрутов или участков, полностью лишённых электрификации протяжённостью в сотни километров, водород выглядит предпочтительнее.

· Климатический фактор: Российские морозы — серьёзный вызов для аккумуляторов. Потребуется разработка эффективных систем терморегулирования. Водородные системы, хотя и более устойчивы, также требуют адаптации, например, для предотвращения замерзания влаги в элементах.

3. Перспективы для России: вызовы и возможности

Россия обладает уникальным сочетанием факторов, которые делают внедрение этих технологий одновременно сложным и крайне перспективным.

3.1. Потенциал и преимущества:

1. Огромный парк дизельных поездов: Тысячи единиц устаревающего дизельного подвижного состава (ДПС) потребуют замены в ближайшие 10-20 лет. Это создаёт ёмкий рынок для новых технологий.

2. Протяжённость неэлектрифицированных линий: Десятки тысяч километров, особенно на Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке и Севере, где электрификация нерентабельна.

3. Наличие ресурсов для «зелёного» водорода: Ветровой потенциал арктического побережья, гидроэнергетика Сибири, геотермальные источники Камчатки могут стать основой для производства дешёвой возобновляемой электроэнергии и, как следствие, экологически чистого водорода.

4. Стратегическая задача развития регионов: Обеспечение надёжного, экологичного и комфортного сообщения с удалёнными территориями соответствует государственным приоритетам.

3.2. Ключевые вызовы и барьеры:

1. Отсутствие нормативной базы: Нет стандартов по безопасности для водородного ж/д транспорта, правил сертификации подвижного состава, норм постройки заправочной инфраструктуры.

2. Технологическая зависимость: В России пока нет серийного производства ни тяговых водородных топливных элементов, ни специализированных ж/д аккумуляторных систем. Необходимо развитие собственных компетенций или стратегическое партнёрство.

3. Инфраструктурная «пустота»: Для водорода необходимо создавать полный цикл – от производства до заправок. Для аккумуляторных решений – развивать сеть быстрых зарядных станций.

4. Климатические испытания: Техника должна быть адаптирована и испытана в условиях экстремальных температур (до -50°C), снежных заносов, больших перепадов температур.

Заключение

Водородные и аккумуляторные поезда – не конкурирующие, а взаимодополняющие технологии, призванные заменить дизель на разных сегментах российских железных дорог. Для России с её масштабами они представляют не просто модный тренд, а потенциально единственное технически и экономически оправданное решение для декарбонизации огромной сети малодеятельных линий.

Аккумуляторные решения, вероятно, станут первым и более быстрым шагом, особенно в европейской части страны. Водородные технологии, несмотря на свою сложность, обладают стратегическим потенциалом для Сибири, Дальнего Востока и Арктики, где они могут стать драйвером не только транспортного, но и энергетического переустройства.

Успех будет зависеть от способности государства и бизнеса сформировать долгосрочную, последовательную политику, сделать смелые, но просчитанные инвестиции в пилотные проекты и создать собственную исследовательско-производственную экосистему. В этом случае Россия сможет не только решить свои инфраструктурные задачи, но и занять достойное место среди стран, определяющих будущее железнодорожного транспорта.

Список литературы:

1) Стратегия развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 г. № 877-р (с изменениями).

2) Официальный сайт ОАО «Российские железные дороги» (РЖД). Разделы: «Инновации», «Устойчивое развитие». [Электронный ресурс]. URL: https://company.rzd.ru

3) Гинзбург Л.Д., Цветков В.Я. Перспективные виды тяги на железнодорожном транспорте: водородные и аккумуляторные технологии // Транспорт Российской Федерации. – 2022. – № 3-4 (98-99). – С. 42-47.