Стратегия развития электровозостроения

Основным видом тяги на железных дорогах страны является электрическая. Электрифицированы наиболее напряженные по перевозкам линии и направления. Протяженность электрифицированных линий составляет примерно половину протяженности железнодорожной сети страны, но на них осваивается более 82 % грузооборота. Средний вес грузового поезда при электрической тяге по сравнению с тепловозной выше на 20-23 %, среднесуточный пробег больше на 7-8 %, себестоимость грузовых перевозок ниже в 2,9 раза. Это означает, что протяженность электрифицированных железнодорожных линий будет увеличиваться.

Главный элемент железнодорожной инфраструктуры, определяющий ее эксплуатационные показатели, это локомотив. Эффективность транспортной системы страны, доля транспортных затрат в себестоимости продукции, создаваемой в стране, удельные затраты энергоресурсов на перемещение грузов и в общем транспортная безопасность определяются количеством и качеством эксплуатируемых электровозов.

Целесообразность применения электрической тяги на магистральных железных дорогах понимали разработчики первого долгосрочного плана развития страны - плана ГОЭЛРО, в котором была предусмотрена электрификация горных участков на Урале и Кавказе. Одновременно, выполняя заветы основателей российских железных дорог, были предусмотрены разработка и освоение производства отечественных электровозов с использованием материалов и комплектующих изделий только отечественного производства.

Это позволяло иметь в эксплуатации электровозы, полностью соответствующие условиям по климатическому воздействию, характеристикам пути, энергоснабжения, требованиям безопасности и, что еще более важно, делало железные дороги страны независимыми от международной политической обстановки, конъюнктуры на финансовых рынках и экономических взаимоотношений со странами - потенциальными поставщиками электровозов.

В последующий период благодаря промышленности Советского Союза решалась задача обеспечения железных дорог магистральными электровозами. До Второй мировой войны электровозы проектировались и выпускались Московским электротехническим заводом "Динамо" и Коломенским тепловозостроительным заводом. После окончания войны (в 1947 г.) на базе паровозостроительного завода был создан Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ). На первом этапе проектирование новых электровозов выполнялось СКБ завода.

Государство рассматривало электрификацию железных дорог как важную задачу, в значительной степени определяющую темпы развития экономики страны. Были приняты постановления правительства: в 1956 г. "О Генеральном пятнадцатилетнем плане электрификации железных дорог на период 1956-1971 гг." , 1958 г. - "О мероприятиях по обеспечению производства магистральных электровозов для железнодорожного транспорта".

Во исполнение этих постановлений был создан Всесоюзный (ныне Всероссийский) научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения (ВЭлНИИ). В его целевые задачи входили проведение научно-исследовательских работ и создание на основе полученных результатов прогрессивных типов электровозов, отвечающих условиям и требованиям эксплуатации на железных дорогах страны. За время существования института разработаны проекты почти 50 типов магистральных, промышленных и шахтных электровозов, по его чертежам НЭВЗ выпустил около 15 тыс. электровозов различных типов и назначений (3). Подобных примеров в мировом электровозостроении не было.

В процессе создания новых типов электровозов ученые и конструкторы ВЭлНИИ впервые в железнодорожной практике нашли решения, обеспечивающие надежную работу механического и электрического оборудования при температурах окружающего воздуха до -50°С и высоких механических нагрузках и вибрациях, предложили и внедрили для электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями эффективную систему рекуперативного торможения (ее применение повышает безопасность движения и позволяет экономить в зависимости от профиля пути 8-12 % электроэнергии, использованной на тягу), создали эффективную систему очистки воздуха, охлаждающего силовое оборудование от воды, пыли и снега и др.

Электровозы, которые проектировались и изготавливались отечественной промышленностью, всегда соответствовали научному и техническому уровням своего времени. Об этом свидетельствуют Орден В.И. Ленина, которым за успехи в обеспечении железнодорожного транспорта страны современными электровозами в 1971 г. был награжден НЭВЗ, две Государственные премии, которыми были награждены специалисты НЭВЗ и ученые ВЭлНИИ, за создание магистрального электровоза переменного тока ВЛ80Т и серии промышленных электровозов.

Доказательством высокого технического уровня разработки и качества изготовления служит и тот факт, что большие партии электровозов были разработаны и поставлены в Финляндию (110 шт. в 1973-1984 гг.), Польшу (50 шт. в 1977-1981 гг.), Китай (100 шт. в 1987-1990 гг.).

Созданные ВЭлНИИ электровозы максимально адаптированы к сложным условиям эксплуатации, обладают более высокой надежностью, чем электровозы производства западных фирм. Это доказано опытом эксплуатации на отечественных железных дорогах в 1930-1940-х гг. электровозов постоянного тока итальянских и американских фирм, а в 1960-е гг. - партий электровозов переменного тока, изготовленных фирмами Франции и Германии.

Новочеркасский научно-производственный комплекс, состоящий из ВЭлНИИ и НЭВЗ, занимает и сейчас уникальное положение на внутреннем рынке как единственный в стране, разрабатывающий и осуществляющий серийное производство локомотивов на электрической тяге. Объемы производства, технический уровень выпущенных электровозов и их качество способствуют утверждению, что НЭВЗ и ВЭлНИИ обеспечили стране статус крупнейшей электровозостроительной державы (4).

Технико-экономические и эксплуатационные характеристики электровозов зависят от того, насколько быстро достижения научно-технического прогресса реализуются в схемах и конструкциях вновь создаваемых типов электроподвижного состава. Скорость реализации научных достижений определяется возможностями проверки и отработки конкретных решений в лабораториях и на опытных полигонах.

В конце 1970-х гг. объемы выпуска электровозов промышленностью не удовлетворяли потребностям железных дорог страны, определяемым темпами электрификации магистральных линий и необходимостью замены электровозов, отработавших свой срок. В связи с этим постановлением правительства, принятым в 1977 г., о реконструкции всех промышленных предприятий страны, выпускающих электроподвижной состав, с целью увеличения объемов производства были предусмотрены, кроме увеличения объемов производства, разработка и освоение новых типов электровозов, развитие экспериментальной базы ВЭлНИИ. Новая экспериментальная база предназначалась для создания грузовых электровозов повышенной мощности, в том числе с бесколлекторным тяговым приводом, пассажирских электровозов, промышленных электровозов различного назначения, микропроцессорных систем управления и др.

Распад страны и разразившийся экономический кризис не позволили осуществить этот проект. Из 330 млн. руб. (в ценах 1991 г.) запланированных на эти цели, было освоено только 180 млн. руб., в том числе из предусмотренных на создание экспериментальной базы для электровозостроителей - около 12 млн. руб. из запланированных 65 млн.руб. Строительство железнодорожного полигона (кольца) для исследования электровозов в движении стоимостью 42 млн. руб. вообще не было начато.

С 1987 г. в силу объективных и субъективных причин начался спад производства электровозов (5). В 1995-1998 гг. выпуск составлял всего несколько электровозов в год. Несмотря на это, благодаря усилиям руководителей и коллективов удалось избежать разрушения ВЭлНИИ и НЭВЗ, сохранить основных специалистов и профиль производства. Коллектив новочеркасских электровозостроителей в этот тяжелый период оперативно реагировал на просьбы МПС РФ. В связи с недостатком в пассажирских электровозах на базе секции серийно выпускавшегося грузового электровоза ВЛ85 были созданы пассажирские электровозы ВЛ65 с максимальной скоростью 120 км/ч (1993 г.), ЭП1 - 140 км/ч (1998 г.) и электровоз двойного питания типа ЭП10 с асинхронными тяговыми двигателями - 160 км/ч (1998 г.), электропоезд переменного тока типа ЭНЗ с асинхронными тяговыми двигателями на отечественной элементной базе (2000 г.). В этот же период были впервые в практике новочеркасских электровозостроителей созданы два типа шахтных электровозов: контактный КН10 (1994 г.) и аккумуляторный АРПН14 (1996 г.).

Таким образом, в условиях глубокого системного кризиса в экономике коллектив новочеркасских электровозостроителей не прекращал работы по созданию тяговых средств для электрифицированных железных дорог. При создании новых электровозов осуществлялись планы наилучшего выполнения следующих условий: реализация при большой осевой мощности, максимальной силы тока и сцепления, обеспечение минимального воздействия на путь и минимальных энергозатрат.

Однако из-за отсутствия в стране обоснованных долгосрочной экономической стратегии и промышленной политики в условиях резкого спада объемов перевозок катастрофически сократилось количество заказываемых электровозов. Хорошо отлаженный механизм взаимосвязи МПС и промышленности, выпускающей железнодорожный подвижной состав, созданный при плановой экономике, перестал существовать, а новый эффективный механизм взаимодействия потребителей и производителей подвижного состава, финансовых институтов и государства по аналогии с системой, существующей в развитых странах, не был создан. Такой механизм отсутствует и сегодня (6).

В настоящее время в связи с возрождением экономики страны стремительно растет грузооборот, а произошедший положительный сдвиг в социальной сфере стимулирует транспортную активность населения. С растущими транспортными потребностями при имеющемся парке электровозов российские железные дороги справляются с большим напряжением. Учитывая, что и дальнейший грузооборот будет расти примерно на 8-10 % в год, что ежегодно будут вводиться в строй новые электрифицированные линии (1800 км до 2015 г.) и что 40-60 % парка электровозов (в зависимости от назначения) выработали свой ресурс (табл. 1), годовая потребность в новых электровозах, по расчетам РЖД, составит от 300 шт. в 2007 г. до 750 шт. в 2015 г.(7)

При этом следует иметь в виду, что транспорту нужны электровозы повышенной мощности, позволяющие от стандарта грузового поезда 4000 т перейти на основном полигоне (около 28 тыс. км) на стандарт 6000 т и обеспечивающие движение пассажирских поездов со скоростью 160-180 км/ч.

Предприятия транспортного машиностроения страны не могут насытить такую потребность в электровозах без увеличения производственных мощностей (табл. 2.), внедрения новых технологий, расширения объемов НИОКР, освоения в стране производства ряда специфических компонентов электрических схем и элементов конструкции.

Номенклатура основных типов электровозов, требуемых МПС РФ на перспективу (типаж), была утверждена в конце 2002 г. Затем ВЭлНИИ разработал ряд новых электровозов с прогрессивными параметрами. В их числе:

• восьмиосный грузовой электровоз переменного тока с плавным регулированием напряжения и рекуперативным торможением типа 2ЭС5К ("Ермак") и на базе секции этого электровоза бескабинный четырехосный бустер для эксплуатации в сцепе из 12 тяговых осей и двухкабинный четырехосный электровоз Э5К. Уже выпущена большая партия электровозов 2ЭС5К;
• восьмиосный грузовой электровоз постоянного тока типа 2ЭС4К. Опытный электровоз проходит испытания и эксплуатационную проверку;
• восьмиосный грузовой электровоз переменного тока типа 2ЕЛ5 для железных дорог Украины;
• совместно с Коломенским тепловозостроительным заводом - шестиосный пассажирский электровоз постоянного тока типа ЭП2К. Опытные образцы электровозов проходят сертификационные и эксплуатационные испытания;
• тяговый агрегат переменного тока НП1 для открытых горных разработок. Выпущена большая партия;
• четырехосный промышленный электровоз постоянного тока 1,5 кВ типа НПМ2 с асинхронными тяговыми двигателями и статическим преобразователем частоты и числа фаз. Партия таких электровозов работает на Магнитогорском металлургическом комбинате;
• разработаны проекты модернизации восьмиосных электровозов переменного тока при выполнении капитальных ремонтов на Улан-удэнском электровозоремонтном заводе РЖД, Львовском электровозоремонтном заводе Украинских железных дорог и Атбасарском электровозоремонтном заводе железных дорог Казахстана.

В каждом из разработанных индивидуальных проектов учтены специфические требования заказчиков. Задача обеспечения железнодорожного транспорта локомотивами в перспективе может быть решена путем создания и освоения производства нового поколения электровозов с бесколлекторными тяговыми двигателями.Электровозы нового поколения будут иметь большую осевую мощность, более современный тяговый привод, микропроцессорную автоматическую систему управления (в том числе в одно лицо) и диагностики. Это позволит увеличить провозную способность существующих железнодорожных линий, уменьшить удельные затраты энергии на единицу полезной работы и снизить стоимость действенного цикла электровоза (8).

В связи с этим надо искать формы организации работ по обеспечению РЖД электроподвижным составом. Некоторые руководители высказывают мнение, что потребности страны в железнодорожном подвижном составе могут быть удовлетворены за счет закупок зарубежной техники. По нашему мнению, закупка за рубежом больших партий электровозов (и любой другой массовой железнодорожной техники) нанесет непоправимый урон безопасности страны и ее экономике. Как угрозу транспортной безопасности страны и установление контроля над производством тяговых средств следует рассматривать и использование в новых разработках компонентов основного оборудования (например, системы преобразования энергии на электровозах с асинхронными тяговыми двигателями), производства зарубежных компонент, даже если подобные компоненты отечественная промышленность не производит. Привлечение иностранных компаний для серийного изготовления тяговых средств оправдано только тогда, когда российским предприятиям гарантируется передача новых технологий.

Трудно понять и отказ ОАО "РЖД" финансировать выполняемые промышленностью НИОКР по тяговому подвижному составу, ссылаясь при этом на якобы существующие традиции развитых стран. Это тормозной процесс в железнодорожной технике, особенно в условиях, когда в финансировании этих работ не участвует и государство, а промышленность пока к этому и вовсе не готова.

Зарубежный опыт говорит о том, что когда планируется создание принципиально новых типов машин, финансирование их осуществляется всеми заинтересованными сторонами, в том числе государством и заказчиком. Примером может служить организация финансирования работ по созданию в ФРГ первого серийного электровоза с асинхронным тяговым приводом типа Е120. Половину средств, необходимых на выполнение НИОКР по этому электровозу, выделило государство (Министерство технологии и науки ФРГ), 25 % - потребитель (Немецкие железные дороги), 25 % - промышленные фирмы-поставщики.

Государственные инвестиции стран ЕС, Японии, США в развитие железнодорожного транспорта составляют 4-9 млрд. долл. в год. Это позволяет производителям железнодорожной техники этих стран занимать лидирующее положение на мировом рынке.

ВЭлНИИ за счет собственных средств выполняет задельные работы, результаты которых могут быть использованы для совершенствования электроподвижного состава, находящегося в производстве или подготавливаемого в ближайшее время и для создания электроподвижного состава следующего поколения, которое появится в эксплуатации в середине XXI в.

Среди этих работ поиски рациональных схем и конструкций статических преобразователей, адаптированных к условиям работы на железных дорогах России, разработка тягового привода с индукторными тяговыми двигателями, оценка целесообразности применения безредукторных тяговых приводов и др. Каждое из этих направлений может стать революционным в развитии схем и конструкций электроподвижного состава будущего. В последние два года на эти цели было использовано около 15 млн. руб. Но этого недостаточно.

По сравнению с ведущими державами вложения в инновационные разработки у нас недостаточны. Так, расходы на НИОКР в ФРГ в 2005 г. составили 2,5 % ВВП и к 2010 г. должны вырасти до 3 % (9). Затраты на НИОКР в некоторых странах приведены в табл. 3.

НЭВЗ в 2006 г. на НИОКР затратил 1,17 % средств объема производства. Но и это существенное превышение среднего показателя по стране не обеспечивает конкурентоспособность нашей продукции на рынках. Необходимость участия государства и заказчика (фактически тоже государственной структуры) в НИОКР обусловлена и тем, что разработка принципиально новых электровозов по результатам анализа, выполненного немецкими исследователями, занимает 10-12 лет. По опыту японских фирм, создавших подвижной состав для высокоскоростного движения, - еще больше.

Частные фирмы, как правило, не решаются "замораживать" значительные финансовые средства на столь длительный срок. Участие в подобных проектах государства и государственных структур является гарантией того, что при получении положительных результатов проект будет востребован. Кроме того, в этом случае государство получает возможность активно влиять на ход выполнения проекта на всех его стадиях. Это тем более необходимо в связи с тем, что в решении сложной научно-производственной задачи - создание электровозов нового поколения - должны участвовать десятки творческих организаций, разрабатывающих специальное комплектующее оборудование и материалы (полупроводниковые приборы большой единичной мощности, высокопроизводительные компрессоры, специальные силовые трансформаторы, прогрессивные изоляционные материалы и т. д.), и сотни предприятий, их изготавливающих. Потенциальные участники этого процесса принадлежат различным собственникам и ведомствам.

Для организации их взаимодействия, по нашему мнению, должна быть создана государственная корпорация (аналогичная судостроительной и авиастроительной). Основой корпорации должен стать ВЭлНИИ (генеральный разработчик электровозов в стране) и НЭВЗ (генеральный поставщик) - единственные в стране коллективы, имеющие опыт создания и серийного производства электроподвижного состава различных типов и назначения и которые сумели в годы кризиса сохранить свой научно-производственный и кадровый потенциал.

Корпорация должна быть государственной. Это вызвано следующими основными причинами.

Во-первых, железнодорожный транспорт и электровозостроение, которое в значительной степени определяет его работоспособность, являются для страны стратегически важными сферами деятельности. Это определяет необходимость финансовой поддержки электровозостроения со стороны государства и государственного контроля за выбором стратегических решений и их реализацией.

Во-вторых, высокий уровень концентрации материальных, финансовых и интеллектуальных ресурсов обеспечит возможность успешной конкуренции на мировых рынках. Обстановка этому благоприятствует. Администрации железных дорог ряда стран Азиатско-Тихоокеанского региона, Америки и Европы планируют расширение сетей магистральных железных дорог, в том числе электрифицированных, и их модернизацию в связи с повышением спроса на транспортные услуги (10).

В-третьих, необходимо осуществить ряд комплексных неотложных мер по преодолению последствий системного кризиса в отрасли, вызванного общим кризисом экономики страны, и в первую очередь создать современную экспериментальную базу для НИР и проведения сертификационных испытаний.

В-четвертых, нежеланием (а может быть, невозможностью) частного капитала участвовать в проектах, требующих вкладывать большие средства на длительный срок.

В хозяйственном комплексе страны всегда имеются производства, которые по стратегическим, экономическим и социальным мотивам должны развиваться под контролем государства. По нашему мнению, электровозостроение - одно из таких производств. Процесс концентрации предприятий Западной Европы, выпускающих железнодорожный электроподвижной состав, начался в конце 1980-х - начале 1990-х гг. Это позволило рационально использовать финансовые возможности для создания продукции нового поколения.

В состав корпорации должны входить и специализированные предприятия, разрабатывающие и изготавливающие основные комплектующие изделия: статические полупроводниковые преобразователи, тяговые трансформаторы, высоковольтную коммутирующую и защитную аппаратуру и др. Это позволит сократить производственные затраты и организовать авторизованное сервисное обслуживание электровозов в течение всего действенного цикла.

Одновременно с организацией государственной электровозостроительной корпорации необходимо: утвердить комплексную программу развития электровозостроения до 2020 г. (2025 г.), предусматривающую взаимодействие заинтересованных сторон: государства, науки (разработчика), изготовителя и потребителя. В ней должна быть отражена потребность российских железных дорог в электровозах на ближайшие 10-15 лет по назначению, роду тока и срокам поставки. Это позволит своевременно выполнить необходимые научные исследования, конструкторские разработки, технологическую и организационную подготовку производства и железнодорожной инфраструктуры. Первая программа развития транспортного машиностроения разрабатывалась одновременно с началом строительства железных дорог, а электровозостроения - с началом массовой электрификации страны.

Для стимулирования работ по увеличению объемов производства и технологическому перевооружению целесообразно предоставить частным инвесторам государственные кредиты по сниженным ставкам и ввести льготы по таможенным сборам на ввоз технологического оборудования, которое не выпускается в стране, исключить из облагаемой налоговой базы средства, затрачиваемые для этих целей из прибыли.

Программа развития электровозостроения станет одним из разделов общегосударственной программы диверсификации экономики страны, так как будет предусматривать не только создание высокоинтеллектуальной продукции, требующей использования высоких технологий - электровозов, но и потребует развития ряда смежных высокоинтеллектуальных производств (технологий), и в первую очередь создания современных полупроводниковых приборов большой единичной мощности, малообъемных конденсаторов, с применением нанотехнологий электронных систем и устройств, использующих сигналы системы ГЛОНАС, для обеспечения автоматического управления тяговым подвижным составом, безопасности движения, диагностику исправности технических средств и т. д.

При такой схеме организации, разработки и производства электровозов можно ставить важную задачу: возвратить и расширить свое присутствие на мировом рынке. При поддержке государства возможен выход с электровозами на международные рынки, и прежде всего в Иран, КНДР, Польшу, страны Южной Америки, используя, например, опыт Китая, который на покупку тягового подвижного состава дает связанные государственные кредиты сроком на 25 лет по низким ставкам.

Но для этого нужны новые инженерные решения и высокотехнологическая производственная база. На эти работы в 2005 г. в области рельсового транспорта было выделено всего 0,01 % совокупной выручки отрасли и в 2006 г. - 0,25 %. В развитых странах этот показатель равен 5-7 %. Если на государственном уровне будут подтверждены потребности в новых электровозах, то это привлечет к участию в выполнении программы или отдельных ее частей (этапов) частных инвесторов.

Программа, направленная на создание и освоение производства новых типов электровозов, должна предусматривать необходимые инвестиции для создания требуемой экспериментальной базы, технического перевооружения НЭВЗ и заводов, выпускающих основное комплектующее оборудование. При этом государство могло бы взять на себя финансирование НИОКР по новым электровозам и комплектующим изделиям, а частный бизнес - организацию серийного производства и авторизованного сервисного сопровождения.

ВЭлНИИ настойчиво занимается созданием и внедрением системы компьютерного проектирования, автоматизированной системы испытаний, современных метрологических систем. Но собственными силами создать практически новый комплекс стендов и устройств для отработки узлов и систем перспективных электровозов институт не может. Нужны целевые инвестиции, достаточные для того, чтобы обеспечить разработку и подготовку производства электровозов всех типов и назначений, расширение круга научных и технических проблем, которые могут решаться с помощью экспериментальной базы. Она должна создаваться как универсальная для исследования и отработки всех видов рельсового подвижного состава. Объемы инвестиций и сроки их получения должны быть скоординированы со сроками разработки новых проектов и объемами производства новых электровозов.

Создание государственной корпорации электровозостроения позволит гарантированно обеспечить транспортную безопасность страны, развитие наукоемкой и высокотехнологичной отрасли экономики и создать условия для продолжения завоевания зарубежных рынков. Программа развития электровозостроения станет частью национального проекта технологической модернизации экономики страны.