Новая энергия большой дороги: одной замены дизелю уже недостаточно?

Фото: Shutterstock

Водородный поезд не получается из дизельного после замены одного топливного бака другим. Меняется сам способ получения энергии на борту, а вместе с ним — требования к энергетической установке, управлению, безопасности и обслуживанию. За пределами состава возникает отдельная инфраструктура: водород необходимо произвести, доставить к месту эксплуатации и организовать его заправку. Именно такую систему предстоит проверить в российском проекте водородного поезда для Сахалина.

В январе 2026 года Тверской вагоностроительный завод передал на Демиховский машиностроительный завод четыре кузова головных вагонов и два комплекта элементов бустерных секций будущего поезда модели 62-4584. Конструкции к тому времени уже прошли испытания на прочность, а дальнейшая сборка была передана ДМЗ. В апреле ТМХ подтвердил планы перейти к тестовой эксплуатации в 2027 году; сроки возможного серийного выпуска компания связывает с результатами этих испытаний. Более позднего сообщения ТМХ о начале железнодорожных испытаний водородного состава к концу августа 2026 года не опубликовано.

Заместитель генерального директора ТМХ по развитию пассажирского транспорта Александр Лошманов определяет назначение опытной машины шире проверки самого способа тяги. Среди задач проекта он называет безопасность и надёжность топливных элементов зимой и при изменении нагрузки, экономическую эффективность и формирование нормативных требований для нового вида тяги. Полученные решения компания рассчитывает использовать и в других направлениях автономного транспорта.

— Водородный поезд — это проект-лаборатория, — пояснил Александр Лошманов.

Как топливный элемент превращает водород в электричество, почему один способ автономной тяги не может подойти для всех железнодорожных линий и какие специалисты нужны для создания таких машин, рассказываем в рамках проекта «Как это работает?», реализуемого при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Почему железной дороге нужны разные источники энергии

На электрифицированной железной дороге подвижной состав получает энергию от внешней системы электроснабжения. На неэлектрифицированных линиях источник энергии приходится размещать непосредственно на поезде или локомотиве. Дизельная тяга позволяет работать без контактной сети, поэтому она используется на таких участках и сегодня. Одновременно развитие электрического тягового привода привело к появлению нескольких способов обеспечить его энергией без непрерывного подключения к контактному проводу.

ТМХ развивает эти направления параллельно. Заместитель генерального директора холдинга по техническому развитию Михаил Рожков относит к автономной тяге альтернативные виды топлива и аккумуляторы. В эту группу он включает контактно-аккумуляторный электровоз ЭМКА2, газодизельный магистральный локомотив 3ТЭ30 и водородный поезд для Сахалина. У каждой из машин различаются назначение, запас автономности и способ получения энергии.

— Второе — это разного уровня автономность, независимость от контактной сети: альтернативное топливо, аккумуляторы, — рассказал Михаил Рожков.

Контактно-аккумуляторный ЭМКА2 работает либо от контактной сети, либо от бортового накопителя. По данным ТМХ, без подключения к сети он способен провести состав массой до 2 тыс. т на расстояние до 14 км, а сам локомотив — пройти на батарее до 100 км. Машину создавали прежде всего для депо, крупных пассажирских станций и промышленных площадок, где нежелательно использовать дизельные двигатели. Сертификат соответствия, дающий право на серийный выпуск и эксплуатацию на территории ЕАЭС, электровоз получил в 2024 году.

Для тяжёлой магистральной тяги ТМХ разрабатывает другую схему. Локомотив 3ТЭ30 должен работать как в дизельном, так и в газодизельном режиме — на смеси дизельного топлива и сжиженного природного газа. Рожков объяснял выбор комбинированного цикла тем, что при переходе двигателя только на газ теряется мощность, особенно необходимая тяжеловесному поезду при трогании. В предлагаемой схеме разгон выполняется на дизельном топливе, а газ используется при поддержании скорости.

К лету 2026 года отдельные узлы проекта уже проходили испытания. В мае «ТМХ-Электротех» передал на сертификационные испытания тяговые двигатели ДТА-460Т для 3ТЭ30, а в июле на Коломенском заводе завершились приёмочные испытания газодизель-генератора 16ГДГ. Сам локомотив в это время строился на Брянском машиностроительном заводе.

Водородный поезд занимает в этом ряду ещё одну технологическую нишу. Его энергетическая установка также должна обеспечить электрическую тягу без постоянного подключения к контактной сети, но электричество в ней получают непосредственно на борту с помощью топливных элементов.

Как водород превращается в движение

В топливном элементе водород не сжигается в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. На анод поступает водород, на катод — воздух. Катализатор разделяет молекулы водорода на протоны и электроны: электроны проходят по внешней электрической цепи и создают ток, а протоны перемещаются через электролит. На другой стороне они соединяются с кислородом и электронами; продуктами работы водородного топливного элемента становятся электричество, вода и тепло.

Топливный элемент отличается и от обычного аккумулятора. Батарея хранит заранее запасённую энергию и постепенно разряжается, тогда как топливный элемент продолжает вырабатывать электричество, пока к нему поступает топливо и окислитель. Министерство энергетики США указывает также на небольшое количество движущихся частей и низкий уровень шума таких систем. В транспортном средстве полученное электричество затем используется электрическим приводом и другими потребителями энергии.

Российский железнодорожный проект за время разработки заметно изменился. В материалах ТМХ 2021 года базой водородной машины назывался дизельный рельсовый автобус РА-3 «Орлан». Тогда же компания описывала гибридную схему тягового привода, состоящую из топливных элементов и накопителя энергии: батарея должна была сглаживать изменение нагрузки и принимать энергию рекуперативного торможения.

В материалах 2026 года речь идёт уже о самостоятельной модели 62-4584. В её состав входят головные вагоны моделей 62-4585 и 62-4586, бустерная секция 62-4587 и промежуточный вагон 62-4588. При этом ТМХ в опубликованных в 2026 году материалах не раскрывает подробную схему распределения мощности между топливными элементами и накопителями нынешней версии состава. Поэтому характеристики раннего проекта на базе «Орлана» нельзя автоматически переносить на модель 62-4584.

Сам принцип совмещения различных источников энергии для ТМХ остаётся предметом исследований. Лошманов относит к практическим результатам водородного проекта наработки в области гибридных силовых установок, рекуперации и управления энергией. Эти технологии применимы шире одного конкретного вида топлива.

Изменение источника энергии влияет не только на тяговую систему. Водород необходимо где-то производить и хранить, а поезд — регулярно заправлять. Поэтому следующая часть проекта находится уже за пределами кузова.

Почему одного водородного поезда недостаточно

При использовании дизельной тяги железнодорожная отрасль опирается на существующую систему хранения топлива, заправки и технического обслуживания. Для водородной тяги требуется собственная инфраструктура. Это условие было заложено в сахалинский проект ещё на первоначальном этапе: участники рассматривали не только создание поезда, но и полный технологический цикл от производства водорода до его применения на транспорте.

В проекте участвуют ТМХ, РЖД, правительство Сахалинской области и структуры Росатома. Согласно распределению задач, опубликованному ТМХ, Росатом отвечает за производство и поставку водородного топлива, а также организацию и эксплуатацию заправочной инфраструктуры. ТМХ занимается подвижным составом. Сама транспортная машина поэтому составляет только одну часть создаваемой системы.

Именно этим водородный проект отличается от простой замены силовой установки. Работоспособность состава должна быть согласована с доступностью топлива, расположением заправочной инфраструктуры и эксплуатационным графиком. Если поезд готов к рейсу, но заправочная система недоступна, транспортная задача не выполняется. Те же взаимосвязи влияют и на экономику: оборудование для производства, хранения и заправки используется эффективнее при достаточной загрузке.

Для Сахалина проект предусматривается как единый пилотный комплекс. На острове уже эксплуатируются дизельные рельсовые автобусы ТМХ, а водородный состав должен стать другим вариантом автономного пассажирского поезда для того же полигона. Планы тестовой эксплуатации на Сахалине в 2027 году ТМХ подтверждал весной 2026 года.

При этом способ производства водорода непосредственно определяет ещё одну характеристику проекта — его влияние на выбросы.

Почему отсутствие выхлопа ещё не означает отсутствие выбросов

При работе топливного элемента на чистом водороде непосредственно на борту образуются вода и тепло, а не продукты сгорания дизельного топлива. Министерство энергетики США указывает, что водородные топливные элементы в точке использования не создают загрязняющих воздух выбросов, характерных для двигателя внутреннего сгорания. Для железнодорожного транспорта это означает отсутствие такого дизельного выхлопа непосредственно там, где движется состав.

Полный экологический баланс зависит уже от производства водорода. Его можно получать разными способами, и соответствующие производственные цепочки имеют разную углеродную интенсивность. Для электролиза имеет значение источник электричества, а при производстве из ископаемого сырья — технологическая схема и работа с возникающими выбросами. Поэтому одинаковый топливный элемент на двух поездах ещё не означает одинаковые выбросы по всему жизненному циклу используемой энергии.

Масштаб этой разницы виден в мировой статистике. Международное энергетическое агентство сообщает, что в 2025 году мировая потребность в водороде превысила 100 млн т, но её почти полностью формировали традиционные отрасли — промышленность и нефтепереработка. Производство низкоэмиссионного водорода приблизилось к 1 млн т и пока занимает небольшую долю общего рынка. В 2026 году агентство ожидает дальнейший рост этого сегмента, однако среди основных препятствий продолжает называть высокие издержки, неопределённый спрос, регулирование и недостаток инфраструктуры.

Для сахалинского поезда официальные материалы подтверждают распределение ответственности за производство и поставку топлива, но не дают актуального описания конкретной производственной технологии водорода для будущей тестовой эксплуатации. По этой причине отсутствие дизельного выхлопа на маршруте можно считать подтверждённой особенностью топливного элемента, а общий углеродный эффект конкретного сахалинского проекта будет зависеть в том числе от фактически выбранного способа получения топлива.

Экологическая характеристика — только один из параметров, которые предстоит проверить. До начала регулярной эксплуатации новая машина должна подтвердить ещё и механическую надёжность.

Зачем кузов водородного поезда покрыли сотнями датчиков

В январе 2026 года Тверской вагоностроительный завод сообщил о завершении изготовления и испытаний части кузовов для будущего состава. Четыре кузова головных вагонов и два комплекта элементов бустерной секции отправили на Демиховский машиностроительный завод для дальнейшей сборки. Испытания проводил Тверской институт вагоностроения.

Кузов головного вагона испытывали продольными усилиями на сжатие по осям сцепных устройств. Отдельно моделировались вертикальные нагрузки, соответствующие массе оборудованного кузова и максимальной расчётной нагрузке от пассажиров. Также проводились испытания подъёма за сцепные устройства и установки на домкраты — такие режимы возникают при ремонте.

Для измерений на кузове установили около 250 тензорезисторов. По данным ТМХ, это более чем втрое превышало стандартный объём измерений. Приборы использовались для контроля напряжений и деформаций конструкции, особое внимание уделялось переходным зонам между консольными частями и серединой вагона. По итогам проверок Тверской институт вагоностроения выдал положительное заключение по кузову головного вагона.

Эти испытания относятся к несущей конструкции, а не к проверке работы топливных элементов. Эксплуатационные вопросы новой энергетической системы должны решаться на следующих этапах проекта. Для ТМХ одним из основных условий остаётся работа оборудования в российском климате.

Что предстоит выяснить во время испытаний

Александр Лошманов выделяет три группы вопросов, на которые должен ответить экспериментальный проект. Первая связана с безопасностью и надёжностью топливных элементов в условиях зимы и переменной нагрузки. Вторая — с экономической эффективностью водородного топлива. Третья относится к созданию нормативного регулирования для нового типа тяги.

— Ключевые вопросы — это безопасность и надежность топливных элементов в условиях российской зимы и при переменных нагрузках, — пояснил Александр Лошманов.

Климатический фактор для железнодорожной техники охватывает не один мороз. Весной 2026 года ТМХ совместно с РЖД и перевозчиками отдельно рассматривал устойчивость подвижного состава и инфраструктуры к обильному снегу и аномально низкой температуре. Для нового источника энергии такая проверка становится частью более общей задачи: состав должен сохранять работоспособность в тех же условиях, в которых эксплуатируется остальная железнодорожная техника.

Отдельный результат испытаний потребуется для принятия решения о серийном производстве. В апреле 2026 года ТМХ сообщил, что тестовая эксплуатация запланирована на 2027 год, а сроки серийного выпуска будут определяться после её результатов. Срок начала поездок с пассажирами на тот момент не был установлен.

До получения таких данных нельзя установить и область массового применения водородной тяги. ТМХ прямо характеризует нынешний состав прежде всего как исследовательскую машину, а не уже определившийся массовый продукт. Прикладным результатом проекта должны стать данные, которые позволят оценить не только сам поезд, но и экономику эксплуатации всей системы.

Что будет определять экономику водородного маршрута

Цена самого поезда не отражает всех затрат на новую тягу. Для эксплуатации требуется производство и поставка топлива, заправочная инфраструктура, обслуживание нового оборудования и подготовка специалистов. Эти элементы создаются одновременно с подвижным составом, поэтому экономическая оценка относится ко всему комплексу. Такой подход был предусмотрен ещё при формировании сахалинского проекта, когда участники рассчитывали инфраструктуру и финансовую модель будущего движения.

Экономическая эффективность входит и в перечень вопросов, который Лошманов относит к задачам проекта-лаборатории. До испытаний нельзя определить, при каких эксплуатационных условиях новая система сможет конкурировать с уже существующими видами тяги. Цена водорода становится только одной составляющей такого расчёта: значение имеют ресурс оборудования, использование инфраструктуры и режим работы подвижного состава.

Мировая ситуация с низкоэмиссионным водородом также показывает, что стоимость и инфраструктура остаются существенными ограничениями. По данным IEA за 2026 год, несмотря на рост производства, развитию отрасли мешают высокие затраты, неопределённость спроса, сложность регулирования и нехватка инфраструктуры. Эти ограничения относятся к водородной экономике в целом, а не являются измеренными показателями российского железнодорожного проекта.

Для железной дороги результат такого расчёта может различаться от маршрута к маршруту. Сам ТМХ одновременно развивает несколько способов автономного движения, а Рожков объединяет их не в конкурирующие проекты, а в одно направление — повышение независимости транспорта от контактной сети.

Это разделяет задачи водорода, аккумулятора и газодизельной установки ещё до начала массового внедрения.

Почему водород не отменяет батареи и газодизельную тягу

Контактно-аккумуляторный ЭМКА2 уже показывает один вариант автономной электрической машины. Там, где локомотив большую часть времени может пользоваться контактной сетью, накопитель позволяет проходить отдельные участки без провода. Для ЭМКА2 ТМХ указывает автономный пробег до 100 км без состава и возможность перемещать двухтысячетонный состав на расстояние до 14 км. Его область применения компания связывает с маневровой работой, вокзалами, депо и промышленными предприятиями.

В магистральном грузовом движении создаётся 3ТЭ30. Его газодизельный двигатель рассчитан на два режима: дизельный и работу на смеси дизельного топлива со СПГ. По объяснению Рожкова, дизель требуется для режима разгона тяжёлого состава, тогда как газ можно использовать при поддержании скорости. К концу июля 2026 года газодизель-генератор 16ГДГ для этой машины уже завершил приёмочные испытания.

Водородный проект ТМХ относит к тому же направлению автономности, но создаёт его для пассажирской эксплуатации на Сахалине. При этом компания пока не объявляла о замене водородной техникой дизельных поездов на всей неэлектрифицированной сети. Сроки серийного производства модели 62-4584 также должны определяться после тестовой эксплуатации.

Разные проекты требуют и разных инженерных компетенций. Создание нового источника энергии на железной дороге затрагивает подвижной состав, электрический привод, электрохимию, системы управления и инфраструктуру обеспечения топливом.

Кто создаёт транспорт на новой энергии

Конструкция самого поезда относится к компетенциям специалистов по подвижному составу. Они занимаются кузовом, тележками, размещением оборудования, прочностью и эксплуатационными нагрузками. Электрический привод требует специалистов по электрическим машинам, преобразовательной технике и системам управления. В водородной части к ним добавляются инженеры, работающие с топливными элементами и другими электрохимическими источниками энергии.

Опыт проекта 62-4584 показывает разделение работы уже на уровне предприятий. Кузовные конструкции создавались на Тверском вагоностроительном заводе и испытывались Тверским институтом вагоностроения, после чего были отправлены на Демиховский машиностроительный завод для дальнейшей сборки. Энергетическая инфраструктура проекта развивается при участии Росатома, а ТМХ отвечает за создание подвижного состава.

Для специалистов по железнодорожной технике один из образовательных маршрутов предлагает Российский университет транспорта. В учебном плане 2026 года действует специальность 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» с профилем «Электрический транспорт железных дорог». Обучение рассчитано на пять курсов; среди дисциплин есть электротехника и электроника, электрические машины и электропривод, электронная и преобразовательная техника, математическое моделирование и другие инженерные предметы.

Для выпускников с высшим образованием РУТ предлагает магистратуру 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» по программе «Электрический транспорт и локомотивы автономной тяги». Актуальный учебный план утверждён в июне 2026 года и рассчитан на два курса. В программу входят тяговый подвижной состав, электротехника и электроника, надёжность, эксплуатация и обслуживание технических систем.

Электрохимическую и водородную часть можно изучать в Национальном исследовательском университете «МЭИ». В наборе 2026 года по направлению 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» представлены профили «Автономные энергетические системы» и «Энергетика предприятий и водородные технологии». На уровне магистратуры действует программа «Автономные энергетические системы. Водородная и электрохимическая энергетика».

На профильной кафедре МЭИ изучают топливные элементы, электролизёры, аккумуляторы и водородные накопители энергии. Среди дисциплин перечислены «Водородная и электрохимическая энергетика», «Основы водородных технологий», «Водородные накопители энергии» и «Тепломассоперенос в установках водородной и электрохимической энергетики». Такие программы ориентированы уже не на железнодорожную конструкцию как таковую, а на энергетическую систему, которая может применяться в том числе на транспорте.

Для поступления после школы действуют программы специалитета и бакалавриата; магистерские программы предназначены для поступающих с высшим образованием. Отдельного верхнего возрастного ограничения на страницах этих образовательных программ не установлено. Поэтому переход в направление возможен и из смежных областей — электротехники, энергетики, автоматизации, химической технологии или разработки систем управления.

Проект водородного поезда к концу августа 2026 года остаётся на стадии подготовки к будущей тестовой эксплуатации. Кузовные конструкции части вагонов изготовлены и испытаны, модель определена как 62-4584, а начало тестовой эксплуатации запланировано на 2027 год. Сроки серийного выпуска должны быть определены после испытаний.

При этом задачи проекта уже выходят за пределы проверки одного вида топлива. ТМХ связывает его с развитием гибридных установок, рекуперации энергии, энергоменеджмента и нормативной базы для автономного транспорта. Эти результаты Лошманов относит к практической части работы над экспериментальным составом.

— Практическая ценность для массового транспорта сегодня — это наработки по гибридным силовым установкам, системам рекуперации и энергоменеджменту, — отметил Александр Лошманов.