Тяга газа

Перевод дизельных локомотивов для работы на газомоторном топливе является актуальным, если речь идёт о развитии проекта Северного широтного хода (СШХ). К 2023 году планируется увеличить парк работающих на сжиженном природном газе (СПГ) магистральных газотурбовозов и маневровых локомотивов до 22 единиц. О развитии и использовании газовых локомотивов «Пульту управления» рассказал ведущий научный сотрудник ВНИИЖТа Александр Корнев.

– Использование газовых локомотивов может существенно снизить расходы на топливо и сократить выбросы вредных веществ в атмостферу. Участвует ли ВНИИЖТ в разработке проектов новых локомотивов?
– Мы недавно подали заявку на проведение работ по переводу на газодизельный цикл маневровых локомотивов ТЭМ18ДМ, эксплуатирующихся в депо Выборг. По нашему мнению, там удачное место для строительства заправочной инфраструктуры и обслуживания таких локомотивов, поскольку рядом находится терминал по производству СПГ.

– Первые эксперименты в этой области применения газовой тяги начались ещё в 30-х годах. Что мешает развитию идеи?
– Разработка двигателей, работающих на природном газе, началась примерно тогда же, когда и двигателей внутреннего сгорания, работающих на нефтяных видах топлива. Однако до настоящего времени не существовало технологий, позволяющих в полной мере использовать потенциал газового топлива. Основным ограничивающим фактором является необходимость строительства заправочной инфраструктуры. Требования по безопасности при использовании СПГ достаточно строгие везде, а в России они одни из самых строгих в мире.

– Какой опыт в разработке газовых и газомоторных локомотивов накоплен ВНИИЖТом?
– ВНИИЖТ активно участвовал в разработке ТЭМ18Г с газодизельной силовой установкой. Институт принимал самое непосредственное участие в разработке и испытаниях опытных образцов тепловозов ЧМЭ3Г и ТЭМ2Г, работавших на компримированном природном газе.

– Какие варианты локомотивных двигателей на газовом топливе имеются на настоящий момент?
– Существует три варианта двигателей на газовом топливе: газовая турбина (на которой работает магистральный локомотив ГТ1h), газопоршневый двигатель – двигатель внутреннего сгорания, работающий на природном газе, газодизельный двигатель.
Газовая турбина позволяет развивать достаточно высокую мощность, что хорошо для магистральных локомотивов, особенно в тяжеловесном движении. Газопоршневой двигатель работает по принципу бензинового двигателя внутреннего сгорания, то есть поджиг топливной смеси производится от свечи зажигания. Для локомотивов, работающих исключительно на природном газе, требуется разработка совершенно нового двигателя. Пока на сети эксплуатируется только один опытный образец с таким двигателем – ТЭМ19.
Третьим вариантом является газодизельный двигатель. Он может работать на двухтопливной смеси, в которой используется от 20% до 80% газа. Путём регулирования соотношения дизельного топлива и газа, а также момента впрыска с помощью современных электронных систем управления подачей топлива можно добиться оптимальной температуры сгорания смеси, что позволяет использовать газовое топливо на обычных дизельных двигателях при их минимальной модификации. Кроме того, такой двигатель в отсутствие газа может без каких-либо ограничений работать на дизельном топливе.
Сейчас на сети эксплуатируются локомотивы со всеми типами двигателей на газовом топливе: магистральный газотурбовоз ГТ1h, маневровые локомотивы – газодизельные ТЭМ18Г и газопоршневый ТЭМ19.
Газовые локомотивы могут быть серьёзным решением на Севере, потому что в этих широтах существуют проблемы с электрификацией, цена дизельного топлива высока за счёт транспортного плеча. А природный газ доступен – из-за близости газовых месторождений, газопроводов и терминалов по производству СПГ.

– Каковы основные достоинства и недостатки локомотивов на газовом топливе?
– Стоимость газового топлива в два раза ниже стоимости дизельного топлива. По нашим подсчётам, перевод маневрового локомотива ТЭМ18ДМ на работу по газодизельному циклу с использованием СПГ обеспечит годовое снижение расходов на топливо при нормативной загрузке тепловоза от 600 тыс. примерно до 1,9 млн руб., в зависимости от степени замещения дизельного топлива природным газом. Окупаемость газового оборудования составит от 6,7 до 4,5 лет при замещении газом соответственно от 35% до 65% дизельного топлива.
Выхлоп газового локомотива значительно чище, чем дизельного: в выхлопе маневрового локомотива ТЭМ18Г содержание выбросов окислов углерода в 1,4 раза ниже, чем в выхлопных газах его дизельного прототипа, а окислов азота – в 2,5 раза.
При этом маневровому локомотиву ТЭМ18Г бака на 790 куб. м сжатого природного газа хватает на трое суток. Увеличения объёма топлива можно было добиться путём добавления тендера, но это неподходящий вариант для маневрового локомотива: он сокращает его манёвренность при работе на станции и является ограничивающим фактором при сборке составов, поскольку их длина ограничена длиной станционных путей. Заправка и обслуживание газовых локомотивов тоже сопряжена с определёнными трудностями, но на данном этапе они все разрешимы. А для создания и развития заправочной инфраструктуры необходимы существенные вложения.

Беседовал Лев Кадик