Mobilitás

Távolsági rekordot döntött egy akkumulátoros vonat – a gyorstöltés a kötött pályás közlekedés jövője

S.Rita | 2024.04.01. 05:35

A közlekedési ágazat az üvegházhatású gázok és más káros gázok legnagyobb kibocsátója. A bolygó egészsége érdekében itt az ideje, hogy az akkumulátoros vonatokra összpontosítsunk.

 

Február a Great Western Railway (GWR) innovatív, gyors töltésű akkumulátoros vonatszerelvénye rekordot döntött az újratöltés nélküli Nagy-Britanniában megtett távolság tekintetében – írja a CleanTechnica. Néhány nappal később aztán újabb brit rekordot állított fel – 138 kilométeres távolságot tett meg akkumulátorról, feltöltés nélkül.

Ez azt jelentette, hogy az akkumulátoros vonat valós környezetben, akár 100 kilométer/órás sebességgel, megállással és indulással, dombos útvonalon, akár 200 méteres szintkülönbséggel közlekedett.

Ha ezek a mérföldkövek nem lennének elég meggyőzőek, nemrég az akkumulátoros vonat 70 mérföldes (112 kilométer) tranzitot tesztelt, amely során az akkumulátor kapacitásának mindössze 45%-át használta fel. A fedélzeti szakmérnökök állítják, hogy egyetlen töltéssel csaknem 200 kilométert is megtehetett volna. A GWR sikerei reményt adnak a jövőbeli akkumulátoros vonat-alkalmazásokra.

 

Az akkumulátoros vonat háttere és a jövő

A hosszú távú szén-dioxid-mentesítési célok elérésének egyik elsődleges intézkedése a közlekedésből származó éghajlatszennyező anyagok szintjének csökkentése, amely az 1990-es évek óta szinte változatlan. Mivel a vasút nagy energiafogyasztó, számos országban fokozatosan villamosították a vasúti rendszereket a teljesítmény javítása és a kibocsátás csökkentése céljából.

Az elektromos vonatot tápláló forrás lehet felsővezeték, akkumulátor vagy harmadik sín.

A vonatot működtető villamos energia származhat például szélturbinákból, vízenergiából vagy gázolajból. Az elektromos mozdony váltakozó vagy egyenáramot használ, és azt hatalmas akkumulátorokban vagy ultrakapacitátorokban tárolja, amelyek aztán a vonat továbbhaladásához használják. A kerekek ennek a tárolt villamos energiának a segítségével mozognak.

Manapság leggyakrabban az elektromos vonatok hibrid változatait használják: egy dízelmotor elektromos áramot termel, amely viszont a vonatot hajtja. Erre példa a Hitachi Rail, amely 20 tribrid vonatot üzemeltet Olaszországban. A vonatok váltogatnak az akkumulátoros, az elektromos és a dízelüzem között, és körülbelül 15 kilométert tudnak megtenni akkumulátoros energiával. Az akkumulátorok mindig feltöltődnek, amikor a vonat fékez, vagy amikor áramot vesznek egy felsővezetékről, amely a vonatot egy elektromos vezetékhez csatlakoztatja.

A vágyott cél az, hogy a drága és időigényes telepítésű, valamint a tájképet befolyásoló elektromos vezetékek szükségtelenné váljanak.

A vasúthálózat vontatási igényeit a vonatok üzemi körülményeitől és menetrendjétől függően gyors változások jellemzik. Az akkumulátorok specifikációi, az akkumulátor energiája, tömege és költségei mind hozzájárulnak az akkumulátoros vonatok életképességéhez. A nagyobb energiaigényekkel kapcsolatos kihívást a mozdonyon és a vonaton belüli tömeg- és térfogatbeli korlátok jelentik az energia fedélzeti szállítására.

Az akkumulátor-technológia gyors fejlődése folyamatosan növeli az energiasűrűséget, javítja a tartósságot és csökkenti a gyártási költségeket.

A külső áramforrásról táplált akkumulátoros vonatok könnyebbek és nagyobb teljesítményűek, mint a dízelüzemű vonatok, de magasabbak a kezdeti tőke- és karbantartási költségeik. Az akkumulátorok alkalmazása a nehéz vasúti közlekedésben kiváló lehetőséget kínál a szén-dioxid-mentesítésre. A GWR gyorstöltési technológiáját úgy tervezték, hogy megoldja a megbízható, kizárólag akkumulátoros vonatok működtetését, amelyek képesek teljesíteni a menetrend szerinti szolgáltatásokat a brit mellékvonalakon, megszüntetve a dízel vontatás használatát, és segítve a kormány és a vasúti ipar szélesebb értelemben vett céljának elérését, hogy 2050-re nettó nulla szén-dioxid-kibocsátást érjenek el.

 

A kulcs a regeneratív fékezés

Amikor egy vasúti jármű fékez, az indukciós motorok generátorként működnek, amelyek a mozgási energiát elektromos energiává alakítják. Az előállított regeneratív fékezési energiát egy helyhez kötött vagy fedélzeti energiatároló rendszerbe (ESS) továbbítják és ott tárolják. Az ESS-ek nagysebességű vasúti rendszerekben való használatának kereskedelmi szempontból életképes megoldásai viszonylag új kutatási területet jelentenek.

Az ESS-ek különböző formáit – például lendkerekeket, elektromos kettősrétegű kondenzátorokat, akkumulátorokat, üzemanyagcellákat és szupravezető mágneses energiatároló eszközöket – tesztelik a villamosított vasúti rendszerekben.

A nagy energia- és teljesítménysűrűségű energiatároló eszközök alkalmasak olyan rendszerekhez, ahol a súly és a méret a fő szempontok között szerepel. A reverzibilis tárolórendszerek szerepét betöltő akkumulátorok lehetővé teszik a regeneratív fékezés széles körű alkalmazását a vasúti járműveken. Az elektromos vasúti járművek képesek a fékezési fázisban a mozgási energiát elektromos energiává alakítani az energia újrafelhasználása céljából.

Általában három megoldás létezik a vasúti járművek regeneratív fékenergiájának kezelésére:

  • A terhelések szinkronizálása a vontatási energiaellátó vezetékek mentén;
  • a fékenergia visszatáplálása a külső hálózatba; és
  • a visszatáplált fékenergia tárolása egy ESS-ben.

A különböző akkumulátorok közül a Li-ion akkumulátorok a legnépszerűbb típusok, amelyeket a fékenergia visszanyerésére használnak. A jelenlegi Li-ion akkumulátor-technológia esetében az energiasűrűség növelésére irányuló törekvések folytatódni fognak – írja egy ausztrál kutatócsoport a Journal of Energy Storage című folyóiratban. A lítium-ion akkumulátortechnológiák aktív kutatási területei közé tartoznak a Ni- és Li-gazdag katódanyagok, a Si-gazdag anódanyagok és a szilárdtest-akkumulátorok. Ezen új elektródák kifejlesztése a Li-ion akkumulátor energiasűrűségét a jelenlegi 350 Wh/kg-os határ fölé emelheti.

A szilárdtest-akkumulátorok tovább növelhetik ezt az értéket ∼500 Wh/kg-ra, ha a szilárdtest-elektrolitot fémes Li-anóddal párosítják.

Jó példákat bőven láthatunk nemzetközi szinten a nehéz gépek villamosítására. A US Steel a Mon Valley Works Edgar Thomson és Clairton üzemekben két dízel váltómozdonyát 2023 végén akkumulátoros vonatokra állította át. A Fortescue-nak sikerült kifejlesztenie az „Infinity Train” nevű vonatát, amely 100%-ban elektromos energiával működik, de soha nem kell tölteni – ezt az elvet használja eMining AG által kifejlesztett EDumper is, amely egy hatalmas, teljesen elektromos bányászkocsi, teljesen feltöltve, fékezve gurul lefelé a lejtőn, majd a regeneratív energiarendszerből nyert energiával hajtja magát vissza a bánya tetejére, méghozzá rakományokkal.

 

Kiemelt kép forrása: GWR

  S.Rita
Bejegyzés megosztása
Ajánlott cikkek
Iratkozz fel hírlevelünkre!
©2024 NRGREPORT, Minden jog fenntartva.