Хватит жечь солярку. Ученые придумали поезда с вагонами-аккумуляторами

Группа ученых из США предложила переводить дизельные поезда на электрическую тягу, присоединив к ним вагоны с огромными батареями. Они опубликовали свое исследование в журнале Nature Energy.

Локомотивы остаются одним из самых быстрых и надежных способов перевозки грузов по суше благодаря своей скорости и энергоэффективности. Они могут тянуть за собой множество вагонов, а грамотно построенная железнодорожная система с минимальным количеством поворотов и остановок позволяет тратить относительно мало энергии. В некоторых регионах мира поезда перевели на электричество, но в основном они до сих пор сжигают дизельное топливо.

Как подсчитали эксперты издания Our World in Data, локомотивы производят около 250 млн тонн углекислого газа, что составляет около 0,5% от глобального выброса парниковых газов. Во многих странах, таких как США, железные дороги находятся в частной собственности, поэтому электрификация является очень трудной затеей.

Впрочем, ученые из Калифорнии нашли выход, который сделает поезда более экологичным видом транспорта без необходимости переделывать всю инфраструктуру. Они предложили создавать крытые вагоны со встроенными аккумуляторами. По подсчетам инженеров, один такой вагон может содержать перезаряжаемые литий-железо-фосфатные батареи общей мощностью до 14 МВт-ч. С таким запасом поезд сможет проехать до 241 км, потратив вдвое меньше энергии, чем дизельный двигатель. Можно также запустить несколько локомотивов или аккумуляторных батарей в одном железнодорожном составе, чтобы повысить его эффективность.

Ученые получили такие результаты, смоделировав теоретическое использование поезда с четырьмя локомотивами мощностью 3,3 МВт, питающихся от одного вагона-аккумулятора. Предполагается, что такой состав может тянуть 100 товарных вагонов и 6806 тонн ценного груза. Одного заряда хватит, чтобы покрыть среднее расстояние между остановками для грузовых поездов первого класса в США.

Благодаря технологии 2C батареи можно заряжать на каждой станции за 30-60 мин. во время погрузки, разгрузки или смены экипажа. В случае спешки или отсутствия оборудования для быстрой зарядки, "пустой" аккумуляторный вагон можно заменить на другой.

Исследователи также подсчитали общую стоимость владения аккумуляторных и дизельных локомотивов в ближайшие 20 лет. Первые должны стоить от $6,47 млн до $8 млн за штуку, а вторые — $5,85 млн. Большая доля затрат на электропоезда приходятся на покупку батарей и зарядную инфраструктуру, а дизель-электрические требуют большого количества топлива и дорогостоящего технического обслуживания. Однако в будущем власти могут заставить платить за экологический ущерб, из-за чего владельца тепловозов придется платить до $11,83 млн.

"При ценах на аккумуляторы в ближайшем будущем аккумуляторно-электрические поезда могут достичь паритета с дизель-электрическими поездами, если будут включены экологические затраты или если железнодорожные компании смогут получить доступ к оптовым ценам на электроэнергию и достичь 40% использования инфраструктуры быстрой зарядки. С учетом пониженных критериев выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и выбросов CO2 переход на аккумуляторно-электрическую тягу сэкономит сектору грузовых железнодорожных перевозок США $94 млрд за 20 лет", — пишут авторы исследования.

Ранее в Германии появился первый в мире электропоезд без машиниста. Еще четыре таких локомотива, разработанных компаниями Siemens и Deutsche Bahn, планируют запустить в Гамбурге для модернизации городской железной дороги. Интересно, что в кабине "для подстраховки" будет всегда дежурить оператор.