Создана мобильная электростанция на топливных элементах

На Экспериментальном кольце ВНИИЖТа испытывают передвижную электростанцию .

Отраслевые учёные создали мобильную электростанцию для путевой техники, работающей в тоннелях.

– Дмитрий Николаевич, какое топливо вы предлагаете использовать в вашей разработке?

– Это гальванический элемент, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов из специальных резервуаров. В качестве топлива используют водород, а окислителем служит кислород. Топливо и окислитель подают к двум каналам внутри элемента, между которыми находится электролит, обеспечивающий процессы окисления и восстановления. Рабочее напряжение каждого элемента составляет около одного вольта.

Для получения больших напряжений и токов эти элементы объединяют в батареи. Совместно с системами хранения и подачи реагентов, отвода продуктов реакции, охлаждения, управления, контроля безопасности они представляют собой электрохимический генератор. Он обеспечивает прямое преобразование химической энергии в электрическую и используется в автономных установках.

Поскольку эта технология довольно дорогая, впервые её стали использовать в космосе для бортовых приборов спутников и ракет. И только в 1990-х годах водородные топливные элементы стали широко применять в автомобилях и даже автобусах. Они имеют высокий КПД – до 80%, бесшумны в работе и высокоэкологичны.

– Есть ли опыт их использования на железнодорожном транспорте?

– После того как были проведены стендовые испытания электрохимических генераторов в РКК «Энергия», специалисты ВНИИЖТа предложили ряд проектов создания подвижного состава, работающего на водороде, в том числе дрезины, рельсового автобуса, автомотрисы, энерговагона и локомотива. Пока из всех вариантов был выбран вагон-электростанция для путевой техники, работающей в тоннелях.

Сейчас путеремонтный поезд в тоннель завозит тепловоз. Он же является источником энергии, поскольку краны имеют электрическую передачу. Когда тепловоз работает продолжительное время, тоннель сильно задымляется. С вредными выбросами борются с помощью мощных вентиляторов. Но они потребляют много энергии и создают сильные сквозняки, которые вредны для здоровья рабочих. Поэтому нужен альтернативный источник питания, не имеющий вредных выбросов.

Монтаж энерговагона был завершен на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» в подмосковной Щербинке в 2009 году. За основу мы взяли обычный полувагон, разделили его на отсеки, поставили в них пожаропрочные перегородки, расположили оборудование. В двух отсеках находятся баллоны для хранения газов, в других – электрохимические генераторы, аккумуляторные батареи и аппаратура управления.

В настоящее время проводим экспертизу промышленной безопасности, которую нам назначили специалисты Ростехнадзора. Ведь в стране до сих пор нет нормативной базы по использованию водорода на транспортных средствах. Она принята только для стационарных установок-электролизеров. Но в ней заложены требования, совершенно невыполнимые для транспортной техники. Например, бетонные или мозаичные полы, наличие капитальных перегородок, удалённость не менее 100 м от жилых объектов и т.д. Экспертиза, к сожалению, может затянуться на несколько месяцев.

– Но водород действительно взрывоопасный газ.

– Водород в три раза более энергоёмкий, чем дизельное топливо и бензин, поэтому есть чего опасаться. Но его плотность составляет 90 г на 1 куб. м, что более чем на порядок меньше, чем у воздуха. Это означает, что при любой разгерметизации водород с огромной скоростью (около 15 м/с) устремится вверх. Поэтому ему надо обеспечить беспрепятственный выход.

По всем нормативам для водорода не требуется никаких вытяжных устройств, нужна только нагнетательная вентиляция снизу. В Европе уже 5 лет эксплуатируют 36 рейсовых автобусов на водородных топливных элементах. Они ездят в штатном режиме по улицам городов, не раз попадали в ДТП, но случаев возгорания или взрыва топлива зафиксировано не было.

В нашем вагоне установлено много датчиков, фиксирующих утечку газа, автоматические системы, перекрывающие подачу топлива, и 12 баллонов для хранения водорода. Во время работы достаточно использовать только один из них, его запаса хватает на 6 часов. Такая технология позволяет обеспечить необходимый уровень безопасности. Кроме того, на борту установлены несколько баллонов с азотом, их содержимое при утечке в автоматическом режиме мгновенно заполнит пространство вагона, в результате чего водород перестанет представлять угрозу.

Вагон обслуживается по безлюдной технологии, оборудован звуковой и световой сигнализацией. При отсутствии отклонений в режиме работы через определённые промежутки времени четыре мощных динамика оповещают о том, что система в норме. Таким образом, при тщательном выполнении всех технологических условий можно обеспечить требуемый уровень безопасности. Пока на Экспериментальном кольце мы отрабатываем все системы энерговагона без подачи топлива. Как только получим разрешение Ростехнадзора, приступим к полноценным испытаниям с применением водорода.

– Как идёт работа над проектом локомотива на топливных элементах? – Он должен был финансироваться Федеральным агентством по науке и инновациям и ОАО «РЖД» на паритетных началах. К сожалению, кризис отодвинул начало исследований на более поздний срок. Но мы уже составили технические условия, эскизный проект, а также календарный план работ.

Одновременно реализуем ещё один проект, направленный на освоение водородной энергетики, – создание резервного источника питания на топливных элементах для электроснабжения устройств СЦБ и связи на железнодорожной станции. Этот проект ведут сотрудники ОАО «НИИАС».

Эксплуатация вагона и локомотива на водороде должна быть экономически оправдана. Сегодня на коммерческих заправках водород стоит в 3–4 раза дороже, чем дизельное топливо. Поэтому в РНЦ «Курчатовский институт» проектируют компактные электролизеры нового поколения для производства водорода, которые можно будет устанавливать на локомотив или вагон. В таком случае стоимость газа будет гораздо ниже, чем дизельного топлива.

Справка «Гудка»

В Канаде создан шахтный локомотив на топливных элементах. Он стал первым локомотивом в мире с водородной силовой установкой для работы под землёй.
В Европе в 2010 году завершат совместный проект трёх стран по созданию маневрового локомотива на топливных элементах.
В Японии построили моторный вагон для пригородного поезда, использующего энергию водорода, а в США ведут работы по созданию маневрового локомотива на водородных топливных элементах мощностью 1000 кВт на базе серийного тепловоза.