Рынок углеводородов не только играет важнейшую роль в экономике, но и определяет основные принципы мировой политики. Зачастую именно энергоносители дают толчок к развитию целых регионов и направлений бизнеса. В нашем проекте «ТЭК 360» мы рассмотрим ключевые тренды отрасли, перспективы ее развития, влияние на другие сферы экономик.
Тема
месяца
Энергия движения

Потомки паровозов: как развивалась и будет развиваться железная дорога

Появление железной дороги сделало возможным грандиозный рывок в развитии технологической цивилизации. Можно сказать, что эпоха автомобилей и самолетов — это следствие грандиозных успехов железнодорожного транспорта и стремление преодолеть его ограничения. Трубопроводный транспорт также вырос в соревновании с железной дорогой. Но сегодня она готовится совершить новый рывок.

Было время, когда уже существовали железнодорожные пути, но не было еще паровозов. Все изменилось, когда в 1804 году Ричард Тревитик, уже создавший прототип парового автомобиля, поставил свою машину на рельсы. Поначалу это было просто забавным аттракционом. Но уже в 1814 году Джордж Стефенсон строит первый паровоз, который начинает работать на шахте, таская вагонетки с углем. В 1825 году вводится в эксплуатацию железнодорожная линия Стоктон — Дарлингтон, предназначенная для перевозки грузов, а в 1830 году заработала первая общедоступная железная дорога Манчестер — Ливерпуль, на которой блистательно показали себя паровозы Стефенсона марки «Ракета». 

Железные дороги стали строить с фантастической скоростью. Причин тому было несколько. Прежде всего сами рельсовые пути появились как стабильная альтернатива грязным и раскисающим грунтовым дорогам. По металлической колее можно было с наименьшими усилиями перевозить больший груз. Размеры паровоза не имели очень долгое время принципиального значения, а всеядность паровой машины с лихвой компенсировала необходимость содержать поездную бригаду из нескольких человек. 

Всего через 20 лет после открытия трассы между Манчестером и Ливерпулем в Британии было построено уже более 10 тысяч километров железных дорог. Развивались они и в других странах. В том же 1830 году начала работать первая пассажирская железная дорога в США, в 1837-м услышали свисток паровоза в России. Сейчас общая длина железных дорог в мире составляет 1 миллион 100 тысяч километров, то есть почти три расстояния от Земли до Луны.

Созданные изначально для перевозки угля от шахт, паровозы сами стали одними из крупнейших потребителей угля, хотя в таких регионах, как Россия или Северная Америка, долгие годы паровозы грели и обычными дровами. Возможность греть паровоз любым твердым топливом была его достоинством, хотя уже во второй половине XIX века инженеры стали задумываться об эффективности перевозок и, как следствие, о теплотворной способности топлива. 

Таким новым топливом становилась нефть и продукт ее перегонки мазут. В России отопление паровозов этими продуктами стало интенсивно развиваться по одной простой причине — на бакинских промыслах глубокая переработка тяжелых фракций нефти долгое время практически не производилась, и скапливались буквально озера мазута. К тому же, согласно данным знаменитой энциклопедии Брокгауза и Эфрона 1895 года, теплотворная способность 70 пудов нефти или мазута соответствовала 100 пудам угля — жидкое топливо было просто экономически выгодным. 

К концу XIX века стали появляться и другие двигатели для железной дороги. Прежде всего инженеры обратили внимание на электрическую тягу, так как поезд и рельсы — по сути единая система, и к локомотиву сравнительно несложно подать внешний источник тока. Первым реально действующим образцом электровоза можно считать аппарат Вернера Сименса, который он показал в качестве аттракциона на германской промышленной выставке 1879 года. 

Но уже в 1883 году американец Лео Дафт испытал промышленный электровоз «Ампер», который мог тянуть 10 тонн груза со скоростью более 15 км/час. Вскоре пришло время и двигателя внутреннего сгорания — в 1887 году Готлиб Даймлер установил свой мотор на железнодорожную тележку в качестве технического аттракциона на фольклорном фестивале в Штутгарте, таким образом продемонстрировав первый тепловоз. 

И электровоз, и тепловоз обладали преимуществами, которые заставляли обратить на них особое внимание. Электровоз по сути был завершающей частью энергетической цепи, в которую могли были быть включены разные источники электроэнергии. В условиях обслуживания крайне загруженных линий такая машина, не нуждающаяся в постоянной загрузке топливом и водой, была крайне эффективной. К тому же она не дымила. 

Тепловоз же обещал высокую топливную эффективность, простоту эксплуатации. Однако, если электровозы довольно быстро заняли свое место, особенно на пригородном сообщении и в виде городских трамваев и метро, то тепловозы переживали длительный период своего становления, который затянулся вплоть до Второй мировой войны. 

Но уже к 50-м годам ХХ века сами паровозы перестали удовлетворять железнодорожников. С одной стороны, резко возросла конкуренция со все более совершенным автомобильным транспортом. Мощные грузовики могли доставить груз от двери до двери. На арене пассажирских перевозок все активнее заявляла о себе авиация. 

И даже транспортировка нефти и нефтепродуктов в железнодорожных цистернах стала проигрывать по эффективности перекачке топлива по нефтепроводам. Везти в цистернах выгодно продукт переработки, то есть масла, бензин, иные продукты с высокой добавленной стоимостью, когда потребителю нужно получить продукт, количество которого соотносится с объемом цистерны или группы цистерн. Сырую нефть, а уж тем более природный газ (метан), перевозить в цистернах по железной дороге на дальние расстояния просто разорительно — здесь поезда вытеснял трубопроводный транспорт. 

В этой связи паровозы стали настоящей архаикой. А вместе с уходящими паровозами стала стремительно сокращаться и потребность в паровозном угле. Тем временем мир осваивал все новые и новые месторождения нефти. И если электровозная тяга отлично себя чувствовала на оживленных линиях, то там, где в ней не было необходимости, место паровиков занял дизельный тепловоз, использующий в качестве топлива солярку. 

Шли десятилетия, и стоимость дизельного топлива все росла. Увеличение объема перевозок в регионах Сибири и Дальнего Востока неминуемо увеличит потребление солярки, да и экологичность выхлопа этих машин оставляет желать много лучшего. 

Однако трубопроводный транспорт, который в свое время резко сократил нагрузку на железную дорогу, дает ей новый шанс. Развитие сети магистральных газопроводов подтолкнуло к идее восстановить разработки газотурбоходов, которые были прекращены около полувека назад. Тогда эти локомотивы, оснащенные газовыми турбинами, сопряженными с мощными электрогенераторами, планировалось питать нефтяными газами — пропаном и бутаном. Однако сейчас на просторах Сибири и Дальнего Востока можно использовать другое топливо — сжиженный природный метан. 

Сейчас в России испытывается газотурбоход ГТ1-001, оснащенный газотурбинным двигателем НК-361 мощностью 8300 кВт, что более чем в три раза превышает мощность обычных тепловозов. В 2009 году этот локомотив поставил рекорд для одиночного тягача, протащив состав массой 15 000 тонн из 159 вагонов. Запас хода этого локомотива более 600 км. 

Представляется, что такие локомотивы могут обеспечить перевозку грузов по железнодорожным трассам Сибири, питаясь самым дешевым и экологически чистым топливом, заправляясь на станциях сжижения природного газа, связанными с магистральными трубопроводами страны.