Литий-титанатные аккумуляторы (LTO) и бортовые тяговые батареи для сетей с частичной электрификацией: инновационные решения для энергоемкой работы трамваев. Часть 1.
По данным UNIFE (Union des Industries Ferroviaires Européennes) — железнодорожный транспорт сегодня является наиболее предпочтительным средством передвижения в свете экологической повестки — причем, как для перевозки пассажиров, так и для транспортировки грузов.
Когда дело доходит до сокращения выбросов парниковых газов железнодорожной отрасли, самым эффективным вариантом будет переход с дизельных двигателей на электрифицированные линии. Однако полная электрификация железнодорожного сектора может быть сложной и дорогостоящей.
Более доступным вариантом является использование гибридного метода — комбинации частично электрифицированных секций, соединенных с бортовыми аккумуляторными системами для всех неэлектрифицированных секций. Таким образом можно добиться значительного сокращения выбросов и минимизации затрат.
Несмотря на то, что существует ряд вариантов достижения автономной тяги, было установлено, что питание от аккумуляторной батареи является наиболее приоритетным для окружающей среды и экономики. В своем отчете NULLFIB 2019 года норвежский железнодорожный оператор Jerbane-direktoratet сопоставил характеристики различных технологий (водород, биогаз, полная и частичная электрификация) и сделал вывод, что частичная электрификация наиболее рентабельна. При этом стоимость BEMU (батарейных электрических агрегатов) сравнима со стоимостью дизельных многоканальных агрегатов (DMU), при этом они прослужат не менее 30 лет и более конкурентоспособны, чем водород (даже если цены на электроэнергию за эти годы вырастут втрое).
Если говорить о трамваях, то у этого транспорта в этом отношении есть свои преимущества: трамваи уже работают на электрифицированных линиях, поэтому установка бортового аккумулятора на этом транспорте и модернизация существующих систем возможна почти во всех случаях. Это не только обеспечит тяговое усилие на неэлектрифицированных маршрутах, но и повысит энергоэффективность на участках со стационарной электрифицированной инфраструктурой — особенно в периоды невысокого трафика. По сравнению с традиционными аккумуляторными технологиями, аккумуляторы нового поколения имеют высокую плотность энергии и, следовательно, больший рабочий диапазон вдали от стационарных систем электрификации. Они компактнее, легче и требуют меньших усилий при техобслуживании.
Например, Saft — компания, более 100 лет специализирующаяся на передовых технологических решениях для промышленных аккумуляторов — поставляет и устанавливает бортовые тяговые батареи для систем городского транспорта по всему миру. Великобритания, Франция и Россия — лишь некоторые из стран, использующие решение Saft, в основе которого — технология, задействующая электрохимические растворы на основе лития и никеля. Аккумуляторы на основе никеля находят применение в железнодорожном транспорте уже много лет. Как правило, они лучше всего подходят для бортового резервного питания — в основном, для систем безопасности и связи, управления дверями, систем освещения и отопления, вентиляция и кондиционирования воздуха.
Одно из инновационных решений — литий-титанатные аккумуляторы (LTO), срок службы которых в пять раз дольше аналогов. Эту технологию начали обкатывать еще в 2011 году: в Японии литий-титанат АКБ ставили на городские автобусы, обслуживающие самые длинные маршруты. К 2016 году экспериментальные автобусы суммарно накрутили более 700 000 км, а у самых первых из них число циклов перезарядки дошло до 2000 (при снижении емкости в 3%). Напряжение аккумуляторов достигало 560 V, а емкость — 100 Ah. Заряжаются они посредством выпрямителя на 400 кВт, который присутствует на специально оборудованных станциях зарядки.