Wielka Brytania stawia na odnawialne źródła energii dla kolei – innowacyjne rozwiązania z Polski
Firmy technologiczne z Wielkiej Brytanii intensywnie poszukują sposobów na elektryfikację linii kolejowych, co ma na celu ograniczenie emisji i zmniejszenie zależności od paliw kopalnych. Dieselowe lokomotywy ustępują miejsca modelom elektrycznym, a innowacyjne rozwiązania, w tym te opracowane przez polską firmę, zyskują na znaczeniu.
Codziennie tysiące pasażerów podróżujących południowo-zachodnią trasą z Aldershot mijają skupisko paneli słonecznych, dyskretnie umieszczonych wzdłuż torów. Dla większości podróżnych pozostają one niezauważone, choć energia dostarczana przez nie bezpośrednio zasila pociągi. "W słoneczny dzień, podróżując pociągiem przez Aldershot, niewielka część energii napędzająca ten pociąg pochodzi z tych paneli słonecznych," mówi Leo Murray, współzałożyciel i dyrektor generalny Riding Sunbeams, firmy, która stawia na wykorzystanie odnawialnych źródeł energii do elektryfikacji kolei.
Riding Sunbeams zbudowała instalację w Aldershot w 2019 roku. Choć jej skala jest niewielka – zaledwie 40 kilowatów, co odpowiada mniej więcej dziesięciu paneli słonecznych umieszczonych na typowym brytyjskim dachu – demonstruje ona, jak odnawialne źródła energii mogą bezpośrednio zasilać kolej. Jak dodaje Murray, jest to obecnie jedyna w kraju instalacja słoneczna, która przekazuje energię bezpośrednio do linii kolejowej, napędzając pociągi.
Wyzwania i alternatywne rozwiązania w elektryfikacji
Tradycyjnie, kolejom, które chcą przejść na zasilanie elektryczne, oferowano dwie opcje: zelektryfikowane tory z linami napowietrzne, do których pociągi podłączają się specjalnymi pantografami, lub zasilanie z sieci trakcyjnej. Instalacja każdego z tych systemów jest kosztowna i technicznie wymagająca. Inżynierowie poszukują jednak nowych sposobów na realizację tych rozwiązań i pojawiają się całkowicie odmienne alternatywy, które mogą przyspieszyć proces elektryfikacji.
Kluczowym problemem często jest ograniczenia infrastruktury sieci energetycznej – uzyskanie dostępu do wystarczająco dużej mocy, aby zasilić pociągi, bywa trudne. "Ten problem stał się jeszcze bardziej dotkliwy," podkreśla Murray. Dlatego też panele słoneczne uważa on za tak cenne narzędzie w umożliwianiu projektów elektryfikacji kolei.
Po sukcesie projektu w Aldershot, Riding Sunbeams liczyła na realizację pełnowymiarowego, komercyjnego pilotażu. Problemy z finansowaniem opóźniły te plany. Obecnie jednak Network Rail, właściciel i zarządca brytyjskiej infrastruktury kolejowej, poszukuje dostawców projektów związanych z odnawialnymi źródłami energii. "To jest duży przełom," mówi Murray, dodając, że jego firma planuje złożyć ofertę na realizację tego projektu.
Nowe wyzwania związane z technologią
Wdrażanie nowych technologii wiąże się również z nowymi wyzwaniami. W Aldershot tor był już zelektryfikowany - panele słoneczne po prostu podłączono do istniejącego systemu. Jednak dla linii, które rezygnują z diesli i przechodzą na zasilanie z lin napowietrznych, wykorzystanie energii słonecznej jest trudniejsze, ponieważ panele słoneczne wytwarzają prąd stały (DC), podczas gdy linia napowietrzna wykorzystuje prąd zmienny (AC). Trwają obecnie prace w Anglii nad nowym urządzeniem konwertera, które mogłoby rozwiązać ten problem.
Oddzielnie, skrzyżowanie Colton Junction między Leeds a York, najszybsze skrzyżowanie kolejowe w Wielkiej Brytanii, gdzie pociągi pokonują je z prędkością do 125 mph (około 200 km/h), zostało niedawno zelektryfikowane przy użyciu oprogramowania opracowanego na Uniwersytecie w Huddersfield. Oprogramowanie tworzy trójwymiarowy model systemu lin napowietrznych, umożliwiając inżynierom szczegółowe planowanie jego budowy, co obniża koszty, eliminując potrzebę tradycyjnych testów i ocen. "Wszystko zostało zdefiniowane w oprogramowaniu pod względem pomiarów," mówi João Pombo, zastępca dyrektora Institute of Railway Research na Uniwersytecie. "Pociągi pokonują to skrzyżowanie z maksymalną prędkością od sierpnia."
Innowacje z Polski: Elektromagnetyczna trakcja kolejowa
Nie brakuje również całkowicie odmiennych koncepcji dotyczących elektryfikacji. Polska firma Nevomo opracowała system napędu elektromagnetycznego. Polega on na instalacji grubego przewodu aluminiowego w obudowie, która biegnie pomiędzy torami. Generuje on pole magnetyczne, które napędza wagony towarowe wyposażone w magnesy. "Eliminujemy lokomotywy całkowicie," wyjaśnia Ben Paczek, założyciel i dyrektor generalny Nevomo. "Każdy wagon staje się niezależny. Mogą również działać w grupach."
Kluczową zaletą tej technologii, jak podkreśla Paczek, jest możliwość szybkiego zatrzymywania wagonów towarowych – co, w konsekwencji, umożliwia bezpieczne umieszczenie wielu niezależnie poruszających się wagonów blisko siebie na jednym odcinku toru, zwiększając gęstość transportu towarowego. Nevomo planuje uruchomienie pilotażowych implementacji tej technologii na hucie stali w Bremie (Niemcy) i w porcie w Indiach w przyszłym roku. Będą one obejmować relatywnie niewielkie odcinki torów, o długości poniżej 1 km. Paczek wyraża jednak nadzieję na realizację większych instalacji w przyszłości. Możliwe jest również zautomatyzowanie ruchu wagonów napędzanych elektromagnetycznie – choć na początku będą one kontrolowane zdalnie przez operatorów.
Alternatywne rozwiązania: Baterie i autonomiczne wagony
W Stanach Zjednoczonych firma Parallel Systems również pracuje nad elektryfikacją indywidualnych wagonów towarowych, tak aby mogły one poruszać się niezależnie po sieci kolejowej – jednak przy użyciu baterii. Wagony firmy miałyby zasięg 800 km, jak informuje współzałożyciel i dyrektor generalny Matt Soule. Opisuje on to jako przemieszczanie się ładunków w centrum dystrybucyjnym – "atomowy ładunek" – co znacznie różni się od tradycyjnych pociągów towarowych o długości ponad 2 km. Soule podkreśla, że jego celem nie jest zastąpienie lokomotyw towarowych, ale raczej zaoferowanie usługi transportowej na kolei, która mogłaby konkurować z transportera drogowego. "Jeśli po prostu przejmę 10% rynku transportu drogowego, podwoimy branżę kolejową," mówi.
Stuart Hillmansen z Uniwersytetu w Birmingham, który w przeszłości współpracował z Riding Sunbeams, mówi, że organizacja ruchu indywidualnych pociągów towarowych na istniejącej sieci kolejowej może być "dość wymagająca – zwłaszcza na liniach kolejowych". Podkreśla jednak, że nowe technologie ułatwiają elektryfikację – a zelektryfikowane pociągi są obecnie "opcją preferowaną" dla nowych linii kolejowych. "Wszystkie te technologie są fizycznie wykonalne i mogą działać, kwestią jest przygotowanie uzasadnienia biznesowego," dodaje.