ВСМ как технологический взрыв
Инвентаризация имеющихся в России компетенций по реализации проектов ВСМ показывает лишь небольшое количество узких мест в технической стороне этого проекта. Даже в условиях санкций они не кажутся непреодолимыми. Но глубокую локализацию обеспечит лишь эффект масштаба
Наша страна как никогда близко подошла к моменту начала реализации обсуждаемых много лет проектов строительства высокоскоростных железнодорожных магистралей. Встают закономерные вопросы: а сможем ли мы их «поднять»? Кто и как это будет строить? Где мы будем покупать или производить поезда, рельсы, машины и электронное оборудование для развития сети ВСМ? Сможем ли локализовать зарубежные технологии?
Мы проинвентаризировали те особые требования к качеству пути, рельсов, путевой инфраструктуры, систем управления движением, а также к подвижному составу, которые могут встать на пути у исполнителей проектов ВСМ, и пришли к обнадеживающим выводам: большая часть решений и технологий уже есть на российском рынке, многие из них апробированы, под них готовы отраслевые стандарты и решения. Недостающих технологий и машин немного. Как показывает китайский опыт, локализация — дело решаемое. Наши юго-восточные партнеры уже приступили к локализации даже тех решений для ВСМ, которые в мире контролируют всего две-три компании.
Неплохие успехи в деле локализации технологий развития ВСМ демонстрирует и Турция, заключившая договор о создании совместного предприятия с корейским концерном Hyundai. И если ранее эта страна была не в состоянии полностью обеспечить себя даже традиционными локомотивами и вагонами, то планы развития сети скоростного и высокоскоростного движения общей протяженностью 4500 км привели к запуску масштабной программы развития собственного железнодорожного машиностроения на местной технологической базе. Но все удачные зарубежные кейсы локализации технологий и техники говорят об одном: она становится экономически эффективной только начиная с определенной емкости потенциального спроса. Один-два десятка высокоскоростных поездов глубоко локализовать нет смысла — они будут «золотыми». Нужен твердый заказ на сотню составов минимум.
Непривычный безбалласт
«Высокоскоростная железнодорожная магистраль — это пять функциональных подсистем, — начинает ликбез корреспондента “Эксперта” Геннадий Балабанов, начальник управления технического департамента АО “Скоростные магистрали”. — Первая функциональная подсистема — это железнодорожный путь. Он включает в себя земляное полотно, искусственные сооружения, верхние строения пути, стрелки, рельсы и так далее. Вторая подсистема — это железнодорожное электроснабжение, тяговое и нетяговое. Следующая система — это железнодорожная автоматика и телемеханика (автоблокировка, светофоры, семафоры и так далее), обеспечивающие управление движением высокоскоростного подвижного состава на перегонах и станциях и маневровой работой. Четвертая система — железнодорожная электросвязь. И пятая функциональная подсистема — это станционные здания и сооружения. К ним относятся не только вокзалы, станционные посты, но и основные производственные здания для ремонтной базы».
На наш естественный вопрос, а где же среди этих подсистем специальный высокоскоростной подвижной состав, Геннадий Балабанов пояснил, что эта неотъемлемая составляющая работающей линии ВСМ лежит вне объекта. Железнодорожники выставляют технические требования к параметрам подвижного состава, испытывают и сравнивают претендентов. Состояние дел с подвижным составом для наших ВСМ мы отдельно рассмотрим ниже.
Начнем же с описания собственно выделенной линии ВСМ. Вошедшая в проектную документацию ВСМ Москва—Казань конструкция безбалластного верхнего строения пути типа СRTS III Rus пришла к нам из Китая. Она доработана и испытана под российские климатические условия с диапазоном от +47 до −50 °C и технические параметры с шириной колеи 1520 мм на участке Харбин—Далянь и на сегодня является инновационной для России.
Что такое безбалластное строение пути? Если объяснять совсем просто, под рельсами здесь мы не увидим привычных шпал, утопленных в плотно сбитую «подушку» из щебня (балласт). Рельсы крепятся непосредственно к бетонному основанию. Причем последнее не монолитное, а состоит, как бургер, из нескольких слоев (см. схему).
«Прежде всего, для безбалластной конструкции верхнего строения пути повышены требования к земляному полотну, — продолжает свой рассказ Геннадий Балабанов. — Оно должно быть беспросадочное. Минимальная осадка в течение всего жизненного цикла должна составлять не более пятнадцати миллиметров. Такая конструкция поддерживает стабильность геометрии пути и позволяет быстро уложить рельсовое полотно, свести к минимуму затраты на обслуживание и сократить износ подвижного состава».
На земляное полотно заливается на месте бетонное основание. Сверху укладывается гидроизоляционный слой в три миллиметра толщиной, а на него — бетонные плиты заводского изготовления. Плиты эти выставляются домкратами, а затем заливается подливочный самоуплотняющийся бетон. Последний под собственной тяжестью полностью заполняет пространство опалубки, в том числе между арматурными стержнями.
Путь, уложенный по этой технологии, практически не нуждается в ремонте. Срок его эксплуатации — порядка 60 лет. На железнодорожной станции Реда в Германии, где впервые была использована подобная конструкция, путь находится в первозданном состоянии с 1972 года.
Пока в России таких путей не строили. Нет даже опытных участков. Зато есть опытные участки разных других типов технологий безбалластного пути, но они европейского типа, разработаны без учета наших природных особенностей. Китайская же технология будет проходить испытания на экспериментальном кольце АО ВНИИЖТ в подмосковной Щербинке.
В части локализации этой технологии нужно приобрести необходимую опалубку и оборудование для натяжения арматуры. Геннадий Балабанов уверен, что силами нынешних игроков строительной отрасли, таких, например, как «РЖДстрой», «Спецтрансстрой» или «Мостотрест», освоить эту технологию строительства вполне реально. «А сами бетонные плиты может выпускать любой завод, который выпускает сегодня бетонные шпалы», — считает Балабанов.
Безбалластный путь более требователен к соблюдению технологии строительства, состава бетонных смесей и качества подготовки основания. Вероятность появления неисправности на безбалластном пути существенно меньше; правда, он существенно дороже традиционного балластного. Выбор конструкции пути был сделан исходя из минимизации стоимости жизненного цикла при безусловном обеспечении надежной эксплуатации с заданными нагрузками и скоростями движения поездов. При этом между безбалластной и балластной конструкциями пути — там, где выделенная линия будет смыкаться с модернизированной обычной, — предусмотрены переходные участки.
Любопытно, что внедрение безбалластного способа строительства пути может изменить баланс спроса и предложения в части строительных материалов: железнодорожная отрасль начнет потреблять меньше щебня и больше бетона и цемента. К примеру, строительство пилотного участка ВСМ между станциями Железнодорожный и Гороховец протяженностью 301 км потребует ни много ни мало 2,7 млн тонн цемента — это одна двадцатая часть его нынешнего общероссийского производства. Весьма серьезный спрос проект предъявит и на строительную технику: например, почти 500 автокранов и почти 1800 самосвалов понадобится задействовать только на реализацию первой очереди ВСМ Москва —Казань — до Нижнего Новгорода.
А вот что пока в России не поставлено на поток, так это технология сооружения эстакад и навесное бетонирование пролетных строений над реками. «Сама пролетная балка коробчатого типа, ее вес около 900 тонн, — объясняет Геннадий Балабанов. — Во-первых, ее надо транспортировать, сегодня в России балковозов такой грузоподъемности нет. И консольно-шлюзовых кранов для укладки данных пролетных строений тоже нет. Это оборудование для транспортировки и укладки необходимо приобретать за рубежом». Скорее всего, придется делать это в Китае.
Рельсы
безбалластного
пути
Рельсы, предназначенные для высокоскоростного движения, должны быть длиной не менее 100 м и могут свариваться в плеть для укладки общей длиной не менее 800 м. Если вы пользовались услугами ВСМ за рубежом, наверняка помните свое удивление от отсутствия характерного для обычного поезда перестука колес по стыкам. Помимо длины рельсы для ВСМ должны обладать повышенными эксплуатационными характеристиками.
До 2013 года Россия не имела технологий производства стометровых рельсов пригодного для ВСМ качества. Для обновленных участков скоростного движения РЖД вынуждена была импортировать такие рельсы из Японии и Австрии. Еще в 2007 году железнодорожники сформулировали четкий заказ на рельсы принципиально нового качества, но металлурги не торопились откликаться. В результате, если в 2009 году 98% потребностей страны в рельсах закрывалось отечественными производителями, то по итогам 2013 года почти каждый третий километр уложенных в России рельсов оказался импортным.
Первыми отреагировали на возникновение емкого нового рынка два гиганта. Горно-металлургический холдинг «Мечел» Игоря Зюзина, до того вообще не занимавшийся выпуском сортового проката, запустил в 2013 году универсальный рельсобалочный стан на Челябинском меткомбинате, мощностью 1,1 млн тонн продукции в год, из которых на рельсы приходится до 400 тыс. тонн (подробнее см. «Мечел позаботился о длине», «Эксперт» № 29 за 2013 год). В конце того же года концерн «Евраз» завершил реконструкцию рельсопрокатного стана (РПС) мощностью 950 тыс. тонн рельсов, включая 450 тыс. тонн стометровых рельсов на одной из площадок Объединенного Западно-Сибирского меткомбината в Новокузнецке (см. «Кузнецкая металлургическая революция», «Эксперт» № 11 за 2014 год).
«Евраз» вложил в модернизацию РПС 520 млн долларов. «Мечел» инвестировал в свой рельсобалочный гринфилд еще больше — 750 млн долларов. И это помимо колоссальных инвестиций (оцениваются в 2,5 млрд долларов), которых потребовало развернутое «Мечелом» в это же время освоение Эльгинского угольного месторождения в Южной Якутии, включая строительство собственными силами 321-километрового железнодорожного «аппендикса» от БАМа к Эльге (подробнее см. «Эльгу взять, патронов не давать», «Эксперт» № 28 за 2014 год). Потребовалось несколько лет, прежде чем чуть не рухнувший под бременем долгов «Мечел» смог привести свои финансы в сколько-нибудь управляемое состояние.
«Фишка» обоих сибирских рельсовых проектов не столько собственно длина рельсов, вчетверо превосходящая привычные нам 25-метровые образцы, сколько особая технология дифференцированного термоупрочнения, в результате использования которой они приобретают особые свойства: верх и подошва рельса чрезвычайно прочные, при этом внутри такие «изделия» сохраняют пластичность. Оба производителя уже развернули масштабные поставки длинных термоупрочненных рельсов на внутренний рынок.
Сейчас «Евраз» и «Мечел» проходят сертификационные испытания своих 100-метровых рельсов для высокоскоростных магистралей, для скоростей до 400 км/ч (категория ДТ350ВС400), на экспериментальном кольце в Щербинке. В ближайшее время они должны закончить сертификацию и будут готовы к поставкам. Одна лишь казанская трасса ВСМ потребует поставок таких рельсов в объеме около 245 тыс. тонн.
А стрелочные переводы, удовлетворяющие строгим требованиям ВСМ, вполне способны изготовить два проверенных производителя — Новосибирский и Муромский стрелочные заводы.
Управление движением, радиосвязь, энергетика
Все эти вещи влияют на безопасность движения поездов. По стандартам РЖД системы обеспечения безопасности и управления движением поездов, системы связи и электроснабжения должны быть российского производства. Как отметил директор департамента новых технологий АО «Скоростные магистрали» Сергей Алексеев, «системы управления движением у нас в России очень высокого уровня. Нам активно предлагают сегодня подобные системы целый ряд европейских и азиатских производителей. Но установка импортных систем сделает нас уязвимыми с точки зрения безопасности. Поэтому в проекте ВСМ будет использована российская система управления движением. НИИАС (Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте. — “Эксперт”) в развитии своих технологий может дать фору любому европейскому или азиатскому разработчику».
Контактная сеть КС-400 в 2140 км в рамках проекта ВСМ Москва—Казань — еще один вызов российской промышленности, который она уже в состоянии принять. КС-400 разработана на основе математического моделирования динамического взаимодействия с токоприемниками. Это малообслуживаемая техническая система, предполагающая токосъем на скоростях до 400 км/ч. Здесь были учтены замечания российских, китайских, французских и немецких партнеров, а также возможности отечественных производителей элементов контактной сети. Потенциальные российские производители проводов, опор и изоляции — это ЗАО «Транскат», ОАО «Росскат», ООО «Свелен», ЗАО «Универсал контактные сети», ОАО «Форатек-Энергострой» и «Энерготрансизолятор».
Все тяговые электрические расчеты показали, что имеющихся энергоресурсов в регионах также достаточно для обеспечения линии ВСМ Москва—Казань» (ее потребности — 580 МВт). «На сегодняшний день заключены все договоры на технологическое присоединение к существующей энергосети Российской Федерации. К таким операторам, как ФСК, МОЭК и “Татэнерго”», — поясняет Геннадий Балабанов.
Возрождение традиций
Советский Союз входил в пятерку стран, имевших самые передовые технологии и производства железнодорожного машиностроения.
На железных дорогах СССР в 1965– 1966 годах был завершен комплекс работ по определению основных параметров подвижного состава с конструкционной скоростью 200–250 км/ч. В 1967 году было утверждено техническое задание на 14-вагонный электропоезд постоянного тока напряжением 3 кВ типа ЭР200. В общей сложности в разработке и создании электропоезда ЭР200 участвовали коллективы более 50 научно-исследовательских институтов, проектных организаций и заводов. В декабре 1973 года опытный электропоезд вышел из ворот Рижского вагоностроительного завода. После скрупулезных многоступенчатых испытаний и устранения выявленных инженерных недостатков в 1984 году ЭР200 начал курсировать на регулярной пассажирской линии Москва—Ленинград. Время в пути составляло 4 часа 40 минут, основную часть маршрута поезд проходил со скоростью 200–204 км/ч.
Преемником ЭР200 стал поезд ВСМ250 «Сокол», рассчитанный на скорость движения 250 км/ч, опытный образец которого, изготовленный на тихвинском «Трансмаше», был допущен к испытаниям в 1999 году. В конце декабря 2001 года были успешно проведены пять опытных поездок «Сокола» без пассажиров в графике движения скоростного электропоезда ЭР200. Наибольшая скорость, до которой разгонялся «Сокол» на ходовых испытаниях, составила 237 км/ч. Однако в 2003 году работы по доводке «Сокола» были свернуты тогдашним министром путей сообщения Геннадием Фадеевым, и было принято стратегическое решение о развитии поездов ВСМ на базе техники иностранного производства. В марте 2006 года ОАО РЖД согласовало с фирмой Siemens AG техническое задание на поезд с эксплуатационной скоростью до 250 км/ч, а 18 мая 2006 года был заключен договор подряда на разработку, изготовление и поставку восьми высокоскоростных электропоездов. С 2009 года скоростные поезда «Сапсан» производства Siemens начали курсировать на маршруте Москва—Санкт-Петербург.
Сегодня стоит задача возродить отечественные компетенции железнодорожного машиностроения, вывести их на современный уровень высокоскоростного движения. Конечно, придется идти по пути локализации и совершенствования имеющихся зарубежных решений. При этом столь жесткого сочетания требований к подвижному составу ВСМ и внешним условиям эксплуатации в России не встречается нигде в существующих системах высокоскоростных магистралей мира: максимальная скорость — 400 км/ч, скорость в эксплуатации — 360 км/ч, диапазон рабочих температур — от −50 до +40 °С. Тем не менее на основании утвержденных технических требований к подвижному составу для ВСМ глобальные лидеры рынка отрасли по производству высокоскоростных поездов рассчитывают свои возможности производства подвижного состава, удовлетворяющего российским требованиям. Наибольший интерес проявляют франко-итальянский концерн Alstom, немецкий Siemens и китайский CRRC, которые имеют опыт создания поездов, развивающих скорости движения до 380 км/ч. При этом окончательный выбор в пользу того или иного производителя высокоскоростного подвижного состава в части долгосрочного партнерства в деле развития российской сети ВСМ пока не сделан.
«Нам поставлена задача обеспечить локализацию производства подвижного состава для ВСМ на уровне 70–80%, — говорит Артем Пчелинцев, руководитель службы главного инженера АО “Скоростные магистрали”. — Мы понимаем, что такая локализация в существующих условиях очень дорога». На маршруте ВСМ Москва—Казань должна появиться партия не менее 35 поездов, и собственные мощности по локализации в дальнейшем займутся также ремонтом и поставками запчастей на ее обслуживание. Эксперты сходятся в оценке, что для эффективной организации собственного производства поездов ВСМ с высокой локализацией долгосрочный заказ должен исчисляться сотнями составов.
И Трансмашхолдинг, и группа «Синара» проявляют заметный интерес к участию в проекте ВСМ. «Подписанный между “Синарой” и китайской корпорацией CRRC документ, который называется “Программа поэтапной локализации”, содержит следующие условия: первые три поезда стороны производят с уровнем локализации до 15 процентов, с третьего по пятнадцатый поезд локализация составит до 35 процентов. А при достижении производства 35 поездов локализация должна вырасти до 60 процентов и так далее». Предполагается, что по маршруту Москва—Казань будет курсировать 35 поездов, по маршруту Москва—Санкт-Петербург — 42 поезда. Перспективные маршруты также потребуют насыщения их парком подвижного состава.
Даже в Китае, где на линии находится уже 2500 поездов, не смогли полноценно локализовать все технологические элементы подвижного состава. Тормозная система, тележка и ось — ключевые элементы подвижного состава ВСМ, в которых до сих пор китайским машиностроителям недостает компетенций. Но китайцы упорно движутся к созданию высокоскоростного состава с полностью своей «начинкой».
«Ни одна страна сегодня, к сожалению, не может похвастаться тем, что она локализовала тормозное оборудование и теперь не пользуется услугами немецкой Knorr-Bremse или американской Westinghouse, — говорит Сергей Алексеев. — Китайцы не исключение, и мы тоже не исключение. И в том числе по поезду “Ласточка” эта история актуальна. И это только один пример. А есть еще тяговый привод, и кузов, который мы, к сожалению, не умеем лить из алюминия целым, а Китай уже научился его изготавливать».
Если посмотреть на узкие места, которые наблюдались в процессе локализации подвижного состава ВСМ в том же Китае, то можно увидеть одну закономерность. Больше всего сложностей возникает там, где необходимо решать материаловедческие вопросы. К примеру, тормозные системы — ключевой компонент поезда ВСМ. Они способны выдерживать высокие температуры в 1000 °C без плавления и иметь при этом максимально легкий вес, обеспечивая тем самым безопасность пассажиров и качество езды. С учетом того, что эти колодки необходимо менять два-три раза в год, вопрос их гарантированных поставок становится принципиально важным в работе ВСМ.
«Мы разработали технические требования к подвижному составу, — говорит Артем Пчелинцев. — Они являются неким универсальным инструментом, который не отдает ни одному из игроков рынка предпочтений, чтобы исключить возможность доминирования. При этом учтены основные инновационные новинки, которые в данный момент есть».
Предполагается, что подвижной состав должен быть оснащен современными устройствами безопасности и радиосвязи, а также тормозной системой, обеспечивающей интенсивное, безопасное и комфортное замедление во всем диапазоне скоростей. Поезд проектируется двухсистемным: он может двигаться по линии с постоянным и переменным током. Сердцем тягового привода станет двигатель на постоянных магнитах, и эта технология в будущем должна занять место традиционных асинхронных двигателей на российских железных дорогах. По заказу РЖД сейчас также ведется разработка беспилотного управления поездом.
Вопрос недостатка компетенций в части проектирования подвижного состава ВСМ беспокоит РЖД. Компания работает над созданием инжинирингового центра, который будет заниматься разработкой цифровой документации на подвижной состав и объекты инфраструктуры, начиная от технических требований до получения конструкторской документации, в том числе ремонтной и эксплуатационной. Предполагается, что в рамках поставки подвижного состава компания-поставщик подготовит российских специалистов в части развития компетенций проектирования и расчета параметров подвижного состава. РЖД рассчитывает в итоге получить конструкторскую документацию и оформить право на интеллектуальную собственность.
Локализация и трансфер
В конце 1980-х годов оригинальные технологии производства высокоскоростных поездов помимо СССР разрабатывали всего четыре страны — Франция, Япония, Германия и Италия. Сегодня элитный клуб этого хайтек-машиностроения пополнился Испанией, Южной Кореей и Китаем, а наша страна, увы, его покинула. В Италии и Великобритании заводы по производству ВСМпоездов (известная серия Pendolino) перешли под контроль французской Alstom, но собственные серии составов продолжают выпускаться.
Испания, лидирующая сегодня в Европе по протяженности линий ВСМ, смогла успешно локализовать технологии производства подвижного состава сразу двух производителей. Партнером Talgo стала канадская Bombardier, а второй крупнейший производитель подвижного состава в Испании, компания CAF локализовала поезда TGV французской Alstom. Правительство в обмен на финансирование закупки поездов поставило условие локализации производства на уровне не менее 80%. Сегодня испанские производители не только покрывают потребности в поездах разных типов национальной ВСМ-сети, но и развернули их поставки в Турцию и Саудовскую Аравию.
Начало государственной программы разработки собственных поездов для ВСМ в Китае относится к 1992 году, когда был утвержден восьмой десятилетний план развития железных дорог страны. Именно тогда было решено развивать сети железных дорог со средней скоростью движения более 200 км/ч. К 2002 году местные локомотивостроительные предприятия представили и первые образцы моторовагонного подвижного состава для ВСМ. Так, поезд China Star от электровозостроительного завода в Чжучжоу имел паспортную скорость 321 км/ч. Но полигонные испытания первого китайского ВСМ-состава выявили большое число технических неисправностей. В присутствии министра железных дорог КНР China Star остановился, а из поезда повалил дым. После анализа причин было принято решение закрыть проект. В руководстве китайской железнодорожной отрасли была сделана ставка на трансфер технологий от зарубежных отраслевых лидеров.
Уже в 2004 году были заключены соглашения о крупных закупках подвижного состава у Alstom, Siemens, Kawasaki и Bombardier. Китай изначально отказался от принципа работы с одним поставщиком и постарался привлечь всех ключевых игроков на рынке ВСМ, в том числе для поддержания здоровой конкуренции между ними. И это принесло плоды. Во время первого раунда переговоров представители Siemens отказали Китаю в полноценном технологическом трансферте и доступе представителей китайской стороны на свои заводы и в лаборатории. Но после того, как Пекин заключил контракты с конкурентами немцев, Siemens пошел на попятную и согласился на технологический трансфер, одновременно в 1,4 раза снизив цену на поставку готовых поездов ВСМ.
Китайская сторона поставила перед западными и японскими партнерами условия полной передачи доступа ко всей инженерной документации поездов, адаптации подвижного состава к местным условиям с привлечением отечественных инженеров и стажировку ключевых рабочих и управленских кадров на заводах в Японии, Швеции, во Франции и в Германии, где производились первые партии поездов для Китая.
Одновременно в Китае создавалась научная и промышленная база для развертывания производства высокоскоростных поездов. По данным министерства науки и технологий КНР, общий объем инвестиций по этому направлению достиг трех миллиардов долларов, из которых прямое бюджетное финансирование составило не менее трети. Координатором проекта стала созданная в 2008 году Национальная инженерная лаборатория в области строительства ВСМ.
Трансфер технологий для развертывания собственной производственной базы высокоскоростных поездов используется и другими неофитами ВСМ. В Южной Корее Korea Rolling Stock Corporation договорилась с Alstom о передаче технологий на производство поездов серии TGV. Во Франции были произведены только первые 12 поездов для линии Пусан—Сеул, остальная часть заказа была собрана уже на заводе в Южной Корее. Далее сама KRSC после переименования в Hyundai Rotem и консолидации вокруг себя основных заводов железнодорожного машиностроения в стране начала продвигать собственный подвижной состав для скоростного и высокоскоростного движения на экспортные рынки.
Получателем южнокорейских технологий стала Турция, заключившая договор о создании совместного предприятия Hyundai Rotem. Ранее Анкара была не в состоянии полностью обеспечить обычную железнодорожную сеть даже локомотивами и вагонами, но планы развития сети скоростного и высокоскоростного движения более чем до 4500 км привели к принятию программы развития собственного железнодорожного машиностроения на местной технологической базе. Первый национальный поезд по нижней скоростной границе 200 км/ч в Турции обещают выпустить на линию в 2023 году.
Андрей Горбунов
Виталий Волобуев
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl