Газотурбовоз ГТ1: рекорд в 15 тысяч тонн и пределы газовой турбины

Представьте грузовой состав, который на станции стыкования тяги пришлось бы делить на две части: дальше нет контактной сети, а мощности одного тепловоза для заданной массы и профиля пути недостаточно. Создатели ГТ1 предложили другой ответ — поставить на автономный локомотив мощную газовую турбину. На испытательном кольце он действительно провёл поезд тяжелее 15 тысяч тонн. Почему же такой результат не превратился в массовую замену дизелей?

Что именно построили

ГТ1-001 — опытный двухсекционный газотурбовоз на сжиженном природном газе (СПГ). По данным разработчика, ВНИКТИ, проект РЖД развивался в 2005–2013 годах, а мощность первой газотурбинной установки составляла 8300 кВт. Чтобы ускорить испытания, кузов и экипажную часть первого локомотива взяли от электровоза ВЛ15-008. Это был опытный способ проверить силовую установку, топливную систему и электрическую передачу, а не готовая к серии конструкция.

Одна секция несла турбину и генератор, другая — криогенную ёмкость с СПГ и тяговое оборудование. Сжиженный газ хранят при очень низкой температуре, затем перед подачей в камеру сгорания переводят в газообразное состояние. Турбина вращает генератор, а электроэнергия питает тяговые двигатели на колёсных парах. Поэтому слово «газотурбовоз» описывает источник энергии: колёса не соединены с турбиной механической передачей. ВНИКТИ подробно описывает также тяговый генератор, регазификацию и криогенные трубопроводы.

Представим поезд массой 7000 тонн на длинном неэлектрифицированном участке. Если профиль и длина приёмоотправочных путей позволяют вести его целиком, мощный автономный локомотив избавляет от разделения состава. Но стоит поезду остановиться на станции, ждать скрещения или пройти участок с меньшей нагрузкой, как турбина работает уже в другом экономическом режиме. Именно разница между полной мощностью и повседневным графиком становится ключевой для оценки проекта.

Что показали испытания: 15 и 16 тысяч тонн

Цифра из форумных обсуждений подтверждается, но с важным уточнением. В техническом обзоре применения СПГ приведено испытание 23 января 2009 года: ГТ1-001 провёл поезд массой 15 020 тонн по экспериментальному кольцу ВНИИЖТа в Щербинке. Это демонстрация возможностей локомотива в конкретных условиях испытательного полигона. Она не означает, что состав такой массы ежедневно ходил по обычной линии.

Затем, в сентябре 2011 года, локомотив провёл по тому же кольцу состав массой 16 000 тонн из 170 вагонов — этот результат приводит ВНИКТИ. Для сравнения с реальной работой полезнее другие данные: в 2008 году на участке Рыбное — Бекасово испытывали поезда массой до 8300 тонн, а на Свердловской дороге на участке Березит — Алапаевск был проведён поезд массой 9000 тонн. У регулярного маршрута есть уклоны, ограничения инфраструктуры, остановки и требования к графику; одно рекордное число не описывает весь этот набор условий.

Пример различия прост: на кольце проверяют, способен ли локомотив тронуть и провести заранее сформированный тяжёлый состав. В эксплуатации нужно ещё обеспечить заправку на нужном плече, обслуживание, надёжность в течение многих рейсов и стоимость перевозки тонны груза. Поэтому рекорд — серьёзный инженерный результат, но не готовый бизнес-план.

Зачем появилась буква h

После первых испытаний ГТ1-001 модернизировали: добавили накопитель энергии, чтобы выполнять маневровые передвижения и питать вспомогательные системы без работы большой турбины на малой нагрузке. Так появился ГТ1h-001. Это решение отвечает на вполне практическую ситуацию: локомотив отцепился от состава, переставляется по станции и ожидает следующую поездку. Запускать ради этих коротких операций турбину мощностью 8300 кВт невыгодно; накопитель позволяет отделить маневровый режим от тяжёлой поездной работы.

По сведениям ВНИКТИ, с октября 2013 года ГТ1h-001 водил на участке Егоршино — Серов-Сортировочный поезда массой 6000–9000 тонн в рамках подконтрольной эксплуатации. Это уже проверка в рабочем движении, а не только на кольце. Однако речь по-прежнему шла об опытной машине и ограниченном полигоне.

Второй образец — не просто перекрашенный первый

ГТ1h-002 построили на Людиновском тепловозостроительном заводе в 2013 году. ВНИКТИ подчёркивает, что его конструкция существенно отличается от первого образца: новая экипажная часть на основе рамы и тележек ТЭМ7А, две восьмиосные секции, установка мощностью около 8500 кВт и ёмкость для 20 тонн СПГ. Данные первого ГТ1-001 и второго ГТ1h-002 нельзя складывать в одну «универсальную» спецификацию.

Производитель сообщал, что в подконтрольной эксплуатации с октября 2015-го по май 2016 года второй локомотив совершил 78 поездок, из них 56 — с тяжеловесными составами; наибольшая указанная масса достигала 8937 тонн. В декабре 2016 года завод получил сертификат соответствия для серийного производства, а 17 февраля 2017 года ГТ1h-002 отправился в первый рабочий рейс между Егоршино и Серовом-Сортировочным. Сертификат доказывает соответствие образца требованиям, но сам по себе не подтверждает заказ большой серии.

Почему мощность не решила вопрос экономики

У турбины есть сильная сторона: большая мощность при сравнительно небольших массе и габаритах установки. На тяжёлом неэлектрифицированном плече это может позволить вести поезд без разделения. Но выгода зависит от того, сколько времени локомотив работает близко к расчётной нагрузке. Разработчик отмечает сниженный КПД турбины и повышенный удельный расход топлива при составах меньшей массы — до 6000 тонн. Дополнительно нужны криогенное хранение и наземная инфраструктура для СПГ.

Рассмотрим два маршрута. На первом ежедневно идут тяжёлые поезда по одному неэлектрифицированному плечу, рядом есть заправка СПГ и подготовленное депо. Здесь высокая мощность может использоваться часто, а затраты на инфраструктуру распределяются между рейсами. На втором поезда разной массы, долгие стоянки и нет заправочного пункта. Даже если газ дешевле дизельного топлива, нужно учесть доставку и хранение СПГ, обслуживание редкой техники и расход при частичной нагрузке. Сравнение только цены литра дизеля с ценой газа не отвечает на вопрос о полной стоимости перевозки.

В 2021 году в материале Railvolution, размещённом на сайте «Синары», представители РЖД связывали отсутствие серии с вопросами рентабельности и надёжности, в том числе с отсутствием турбины, созданной специально для локомотива. Производитель тогда сообщал о технических трудностях и надежде продолжить разработку. Это оценки сторон на 2021 год; они не дают основания без новой официальной информации утверждать, в каком состоянии каждый образец находится сегодня.

Итог

ГТ1 убедительно показал, что газовая турбина на СПГ способна вести очень тяжёлый состав. Проверенный результат 15 020 тонн относится к испытательному кольцу 2009 года, а рабочие поездки на обычных линиях измерялись другими массами и условиями. Модернизация до ГТ1h-001 и появление ГТ1h-002 помогли изучить маневровый режим, дальность, обслуживание и тяжеловесную работу. Массовой замены дизеля этот опыт не доказал: решение зависит от профиля линии, постоянства нагрузки, заправочной сети, надёжности и полной стоимости жизненного цикла. Именно эти вопросы важнее рекордной цифры, когда выбирают тягу для конкретного маршрута.

Источники и фото

ВНИКТИ: история разработки и эксплуатационные результаты; обзор технических решений СПГ для железнодорожного транспорта; «Синара»: испытания и первый рабочий рейс ГТ1h-002; Railvolution: оценки проекта на 2021 год.

Обложка: ГТ1h-002 с грузовым поездом, Анатолий Нагорнов, 2014. Wikimedia Commons, CC BY 4.0. Изображение показано без изменений.