Zasilanie akumulatorowo-elektryczne jest powszechnie stosowane w samochodach osobowych i ciężarowych – jest także testowane w samolotach, helikopterach i kontenerowcach. Teraz zasilanie bateryjne pojawia się w pociągach, zastępując generatory dieslowskie, które zasilały lokomotywy przez ponad wiek – podaje redakcja Wired.
Na początku lutego amerykańskie przedsiębiorstwo kolejowe Union Pacific Railroad zapowiedziało zakup 20 akumulatorowo-elektrycznych lokomotyw towarowych od firm Wabtec i Progress Rail. Umowa ta, która spotkała się z pochwałą prezydenta Bidena, jest warta ponad 100 milionów dolarów. Lokomotywy akumulatorowo-elektryczne będą początkowo używane do sortowania wagonów na stacjach kolejowych w Kalifornii i Nebrasce. Lokomotywy akumulatorowo-elektryczne zaczęły już jeździć po amerykańskich torach w Kalifornii. W ramach testów z Pacific Harbor Line, Progress Rail, spółka należąca do Caterpillar, rozpoczęła eksploatację lokomotyw akumulatorowo-elektrycznych w portach Los Angeles i Long Beach pod koniec zeszłego roku.
W ubiegłym roku firma Wabtec przetestowała swoje lokomotywy FLXdrive na 18 trasach. Eric Gebhardt, dyrektor techniczny firmy Wabtec, twierdzi, że pozwoliło to zaoszczędzić średnio 11 proc. paliwa i emisji. Firma Wabtec twierdzi, że jej lokomotywa akumulatorowa następnej generacji niemal potroi pojemność magazynowania energii do 7 megawatogodzin, czyli niemal 100 razy więcej niż Tesla Model 3. To może zmniejszyć emisje nawet o 30 proc. – komentuje Gebhardt.
Zielone zdrowe lokomotywy
Przejście na energię elektryczną z akumulatorów zmniejszy emisję gazów cieplarnianych i poprawi lokalną jakość powietrza. Lokomotywy spalinowe wypluwają cząstki stałe i inne toksyczne zanieczyszczenia, co odpowiada za około tysiąc przedwczesnych zgonów i 6,5 miliarda dolarów kosztów zdrowotnych rocznie w USA. Rzecznik Kalifornijskiej Rady Zasobów Powietrza mówi, że zastąpienie lokomotyw spalinowych „bez wątpienia będzie miało pozytywny wpływ na zdrowie lokalnych społeczności.
Pociągi w USA szczególnie dobrze nadają się do modernizacji z zasilaniem bateryjnym, ponieważ większość lokomotyw korzysta z generatora diesla, ale ma silniki elektryczne. Biorąc pod uwagę ceny baterii, oleju napędowego i energii elektrycznej, naukowcy szacują, że dodanie wagonu z baterią o pojemności 14-MWh do pociągu z czterema lokomotywami spalinowymi mogłoby obniżyć koszty paliwa o połowę. Szybkie wprowadzenie do użytku lokomotyw bateryjno-elektrycznych jest bardzo ważne, ponieważ tradycyjne lokomotywy spalinowe mogą działać przez ponad 20 lat.
Samojezdne pojazdy szynowe
Startup Parallel Systems chce przewozić towary za pomocą samojezdnych, zasilanych bateriami, autonomicznych pojazdów szynowych. Pociągi składałyby się automatycznie i jeździły bez konduktora, lokomotywy i gwizdka. Jeśli Parallel Systems odniesie sukces, w pełni autonomiczny system autonomicznej jazdy może pojawić się na torach zanim pojawi się na drogach.
Firma Parallel Systems została założona w styczniu 2020 roku przez grupę byłych członków zarządu firmy SpaceX i w dużej mierze pozostaje na etapie koncepcji. Prezes Parallel Systems, Matt Soule, przewiduje „plutony” pojazdów szynowych przewożące od 10 do 50 kontenerów. Jest to oparte na modelowaniu, firma zbudowała do tej pory tylko dwa pojazdy szynowe. Pojazd drugiej generacji ma powstać jeszcze w tym roku. Soule twierdzi, że Parallel stara się opracować oprogramowanie, które będzie współpracować z istniejącymi liniami kolejowymi i zawierać niezbędne elementy bezpieczeństwa. „Nie zastępujemy pociągów” – mówi Soule. „Chodzi o przeniesienie kilometrów przejechanych ciężarówkami na szyny”.
Problem? Stacje ładowania
Każde z tych podejść akumulatorowo-elektrycznych przynosi obietnicę czystszego środowiska, niższych kosztów paliwa dla kolei i mniejszej liczby przedwczesnych zgonów z powodu zanieczyszczenia powietrza, ale brakuje im tego samego, co utrudniało przyjęcie samochodów elektrycznych: stacji ładowania.
Wabtech i BNSF Railway zbudowały pierwszą stację ładowania lokomotyw akumulatorowo-elektrycznych na stacji kolejowej w Stockton w ramach testów przeprowadzonych w zeszłym roku. Zastosowano tam 400-kilowatową wtyczkę, ale późniejsze modele FLXdrive firmy Wabtec będą ładowane przy użyciu technologii pantografu, polegającej na sięganiu ramieniem w dół w celu dotknięcia styku na szczycie lokomotywy.
W badaniu Lawrence Berkeley Lab-UCLA stwierdzono, że budowa stacji ładowania będzie stanowić znaczną część kosztów początkowych. Jedną z zalet budowy stacji ładowania dla lokomotyw jest to, że nie muszą one znajdować się w miastach, co może pomóc w obniżeniu kosztów.
Kolejna zaleta: możliwość przechwytywania energii, gdy ciężkie, ciągnące się kilometrami pociągi towarowe dudnią w dół szyn. Testowa lokomotywa Wabtec w zeszłym roku przejechała ponad 560 km przez Kalifornię bez ładowania, ponieważ hamowanie odzyskowe ładowało akumulatory w przybliżeniu w 20 proc. podczas zjazdu. System ten jest podobny do systemów hamowania, które ładują akumulatory samochodów hybrydowych, mówi Gebhardt, zauważając, że pociągi ciągną za sobą znacznie większą masę. Uważa on, że hamowanie odzyskowe może zmniejszyć liczbę stacji ładowania potrzebnych dla lokomotyw akumulatorowo-elektrycznych.
