Partneři připravované konference Smart city FOR ARCH prezentují své zkušenosti a inovativní řešení

Hybridní lokomotivy šetří peníze i životní prostředí, města nevyjímaje

Úvod

7.5.2020 S narůstajícím výkonem a životností trakčních baterií (tedy baterií pro elektrický pohon) se otevírají zajímavé možnosti pro fungování rozmanitých těžkých vozidel. Mimo dobře známé autobusy, parciální trolejbusy, vysokozdvižné vozíky a automatická vozidla vedená po vlastní dráze (AGV) se stále více objevují také hybridní lokomotivy. Následující článek souhrnně osvětlí, jak v lokomotivách může ekonomicky a provozně pomoci trakční baterie. Zaměří se přitom na domácí prostředí, které se snaží nezaostat za probíhajícím vývojem v zahraničí.

Nejprve něco o železnici a o elektrické trakci

Na železnici se lze setkat jednak s lokomotivami, které táhnou (případně tlačí) nemotorové osobní nebo nákladní vozy, a jednak s osobními motorovými vozy či jednotkami – tedy nakrátko spřaženými osobními vozy s vlastním pohonem. Lokomotivy v traťové službě vozí ucelené vlaky, lokomotivy posunovací manipulují s vozy ve stanici, v depu nebo na vlečkách (kolejových napojeních různých podniků). Pohon lokomotiv či motorových vozů a jednotek zajišťuje dieselový motor nebo elektromotor (u těžkých motorových lokomotiv se kromě toho používá tzv. elektrický přenos výkonu, kdy spalovací motor vyrábí elektřinu pohánějící elektromotory na podvozku – je to kvůli efektivnímu hospodaření s tažnou silou).

Elektrifikace trati včetně stanic vyžaduje velkou investici a údržba trakčního (trolejového) vedení je zdrojem provozních nákladů. Zato sám provoz elektrických vlaků, tedy elektrická trakce (z latinského trahere – táhnout), je značně levnější oproti trakci dieselové. Elektrické vlaky také neprodukují místní emise škodlivých látek.

Není nijak těžké si dovodit, kde bude největší výzva elektrickému pohonu: Zaprvé je to provoz na středně frekventovaných vedlejších tratích – dostatečně rozsáhlý, aby významně zatěžoval životní prostředí v dieselové trakci, a přitom ne tak rozsáhlý, aby se vyplatilo investovat do elektrifikace trati. Zadruhé je to posun ve stanicích, pro který z nějakého důvodu nelze použít elektrické lokomotivy napájené z troleje.

Hybridní pohony v zahraničí

Tato výzva vytváří příležitost pro využití elektrických hybridních lokomotiv a jednotek s bateriovými zásobníky energie. Ty mohou kombinovat buďto elektrický pohon napájený z troleje a z baterie (jako například tramvaj či trolejbus s prodlouženým dojezdem) nebo dieselový pohon s elektrickým napájeným z baterie.

V zahraničí je již nyní možno se setkat s obojím řešením: Příkladem prvního řešení jsou elektrické jednotky Flirt Akku od firmy Stadler připravované pro provoz v německém Šlesvicku-Holštýnsku. Příkladem druhého řešení jsou diesel-bateriové posunovací lokomotivy na vlečkovém provozu v různých místech Německa.

Situace v ČR

Využití elektrických hybridních pohonů na železnici se dnes v ČR soustřeďuje zejména na oblast posunu ve stanicích. To má jeden důležitý ekologický aspekt: Stanice a další objekty, kde se v provozu používají posunovací dieselové lokomotivy, se velmi často nacházejí uprostřed měst. Provoz těchto lokomotiv, nezřídka zastaralých, zde představuje pro obyvatelstvo nepříjemnou zátěž v podobě znečištění ovzduší a hluku.

Pojďme si nejprve popsat několik faktů, které charakterizují provoz lokomotiv při této službě. Z hlediska ceny provozu lze konstatovat, že náklady na provoz elektrické lokomotivy jsou zhruba poloviční až třetinové v porovnání s provozem lokomotivy dieselové. Vysoké provozní náklady dieselu jsou kromě ceny energie dány také tím, že vzhledem k potřebě zajištění stlačeného vzduchu a nemožnosti častých opakovaných startů, bývá v depech zvykem, že motory dieselové lokomotivy běží celý den. A to, i když vlastní práce lokomotivy je méně než polovina celkového času. Zbývající čas lokomotiva stojí, diesel pracuje ve volnoběžném režimu a tím se podstatně zvyšují provozní náklady na palivo a maziva a podstatně se snižuje životnost dieselu. Kromě toho uvolňují emise výfukových plynů a působí hluk.

Zdálo by se logické využívat pouze elektrické lokomotivy napájené z troleje. Jenže ne všechny trati jsou elektrifikované – z cca 10 tisíc km tratí v ČR je jich elektrifikována zhruba třetina. A i na těchto tratích existují místa, kde z provozních, ekonomických či bezpečnostních důvodů nelze instalovat trolejové vedení – například nákladová nádraží, překladiště, vlečky průmyslových závodů, depa, myčky apod.

Druhy a použití hybridních pohonů

Jak uvedeno výše, hybridní lokomotiva může být dvojího typu. Prvním je diesel-baterie hybrid (DBH), druhým je kombinace napájení z trakčního (trolejového) vedení a z baterie, zkráceně trakce-baterie hybrid (TBH). Obě varianty mají své větší či menší ekonomické a provozní výhody. Obecně je zřejmé, že obě varianty provoz vylepšují.

U obou druhů je výhodou možnost sběru energie při brzdění a jejím následném využití pro rozjezd lokomotivy. Při brzdění pomocí elektrodynamické brzdy (EDB) dochází k tzv. rekuperaci, kdy elektromotor funguje jako generátor a vyrábí elektřinu. Pokud pro ni není využití, promění se v brzdových odpornících neužitečně na teplo vyzářené do okolního prostředí. Jiná situace je, pokud lze tuto elektřinu uložit do baterií na lokomotivě. Celkové energetické ztráty hybridní lokomotivy jsou pak velmi malé. Kromě toho se šetří nejen palivo, ale i dvojkolí a brzdové zdrže.

Diesel-baterie hybrid

Tato hybridní kombinace dokáže ušetřit díky baterii až 50 % paliva. Výkon dieselu bývá většinou menší než výkon elektrického pohonu, a tak se baterie použije pro i pro vykrytí výkonových špiček například při rozjezdu. Přítomnost dieselového motoru přitom činí takovouto lokomotivu zcela nezávislou na vnějším zdroji elektrického napájení (troleji).

DBH může jít cestou modernizací starých lokomotiv nebo výroby nových. Tímto druhem hybridních lokomotiv se zabývá česká firma CZ LOKO.

Trakce-baterie hybrid

V ČR existují plány na modernizaci starých elektrických lokomotiv. To obnáší celkové provaření podvozku, výměnu nebo renovaci elektronických součástek, přidání baterie o kapacitě pro potřebný dojezd (20, 50 nebo i více km) a další úpravy. Takto upravené lokomotivě, účetně již dávno odepsané, se prodlouží technická životnost o 30 let. Díky tomu mohou provozovatelé drážní dopravy podstatně ušetřit investiční a provozní náklady. Na takovémto projektu pracuje plzeňská společnost DI-ELCOM.

Baterie se přitom nabíjí vždy, pokud je lokomotiva pod trolejí, takže nevznikají žádné prostoje a o baterii se nikdo nemusí starat.

Závěr

Jak patrno, rozvoj bateriových technologií umožňuje šetření finančních zdrojů i životního prostředí. V případě lokomotiv pomáhají bateriové technologie podstatně snížit provozní náklady. Zanedbatelné není ani to, že např. pro obsluhu depa postačí jeden typ lokomotivy, který je schopný zajistit veškeré manipulace. Pokud si provozovatelé lokomotiv spočítají všechna pro a proti, tak hybridní lokomotiva bude výhodná volba.

Jakub Eliáš – nano power a.s. a redakce Smartcityvpraxi.cz

Ilustrační foto © archiv redakce Smartcityvpraxi.cz

www.nanopower.eu

Přečtěte si také:

Moderní technologie ve službách bezpečnosti a ukázněnosti: od léta 2020 začnou fungovat inteligentní kamery na čtrnácti železničních přejezdech

21.4.2020 Neukáznění řidiči na železničních přejezdech vážně ohrožují sebe i jiné a situace se, navzdory tragickým nehodám, nijak nelepší. Na pomoc proti této velmi nebezpečné neukázněnosti proto přicházejí moderní technologie. Do léta 2020 se, v návaznosti na úspěšný pilotní projekt, postupně spustí provoz inteligentních kamer na vybraných železničních přejezdech. Záznamy z těchto kamer budou pomáhat ve správním řízení vedeném proti přestupci Policií ČR. V krajním případě tak může neukázněný řidič přijít o řidičský průkaz.

Celý článek zde

Rychlodobíjení alias Fast-charging

17.4.2020 V tomto článku rozluštíme, jaké technologie jsou vhodné pro rychlodobíjení, a poodkryjeme jejich ekonomický smysl. Vynecháme segment osobních automobilů, dálkových (linkových) autobusů a tahačů, u kterých je zaměření především na co nejdelší dojezd mezi dvěma nabíjecími stanicemi bez zastávky. Výborným příkladem pro rychlodobíjení je segment městských autobusů, který má pravidelné zastávky, otáčky na konečné a pauzy řidičů dané jízdním řádem, které je možné využít pro nabíjení. Proto je zde možnost využít rychlého dobíjení a jeho ekonomických výhod. Ale pojďme na to od začátku.

Celý článek zde

Brožura „Příběhy chytrých pomocníků“ - druhé vydání

V březnu 2020 vyšla brožura „Příběhy chytrých pomocníků“, druhé vydání. Články z této brožury jsme již také začali publikovat v plynulém textu na našich portálech a následovat budou další. V tištěné podobě budeme tuto brožuru rozdávat na všech našich obchodních jednáních a vzdělávacích akcích k tématům smart city a elektromobility. Najdete zde opět příběhy o moderních technologiích ve službách měst a obcí, a také příběh ze života o Rozumném městě, Smart Kocourkově a strategii smart city.

Celá brožura – druhé vydání, je k dispozici ke stažení ve formátu pdf zde

Jak si „srovnat svoje smart noty“: nabízíme interaktivní školení smart city pro města, obce a regiony

Řada českých měst a obcí má v současné době zájem o postavení „smart city“ či „chytré obce“ a k tomuto postavení již často podniká konkrétní kroky. Problém je, že pojem smart city provází v ČR (ostatně i jinde ve světě) řada nedorozumění – od pojímání smart city jako pouhého „digitálního města“ po technické výstřelky typu „chytré“ lavičky. V této situaci se provozovatelé našeho portálu, firma Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services, rozhodli nabídnout městům, obcím a dalším institucím zainteresovaným na rozvoji „smart“ konceptu krátké interaktivní školení pro praktickou realizaci tohoto konceptu v jejich konkrétních podmínkách.

Celý článek zde

Smart city v praxi: první kniha českého autora o konceptu smart city a jeho zavádění v každodenním životě

Chytrým městem, obcí, či regionem, označovaným souhrnně pojmem „smart city“, rozumíme koncept strategického řízení, při němž jsou využívány moderní technologie z oblasti energetiky a služeb, mobility a informatiky pro ovlivňování kvality života ve městě, a následně k dosahování hospodářských a sociálních cílů. Nejde tedy o pouhé „digitální město“ nebo o nepromyšlené pořizování nákladných moderních technologií pro potřebu měst a regionů, jak je tento pojem někdy mylně interpretován. Zhruba stopadesátistránková barevná publikace Smart city v praxi s bohatým obrazovým doprovodem je přednostně určena jako praktická příručka těm, pro něž koncept smart city představuje každodenní práci řídících pracovníků a specialistů při vytváření strategie chytrého města a při jejím naplňování pomocí projektů moderních technologií.

Více o knize včetně možnosti zakoupení zde

Cyklus odborných konferencí „Smart city v praxi“, „Efektivní elektromobilita v organizacích“ a „Elektrické autobusy pro město“

Konference „Elektrické autobusy pro město“ se již od svého prvního běhu v říjnu 2013 vyprofilovala jako zcela ojedinělá prezentační a vzdělávací akce i jako místo vzájemné výměny aktuálních zkušeností mezi profesionály z elektrické osobní dopravy. Díky svému zaměření na konkrétní téma, konkrétní prezentující a konkrétní publikum se tato konference stala prostředkem přímé komunikace mezi výrobci elektrobusů a trolejbusů (včetně jejich komponent a infrastruktury) a jejich provozovateli a uživateli. V neposlední řadě zde hrají důležitou roli i zástupci institucí, které rozhodují o financování této dopravy, nebo mají v tomto ohledu aktuální a spolehlivé informace. Konference „Efektivní elektromobilita v organizacích“ je první konferencí svého druhu v ČR, prezentující elektromobily jako dopravní prostředek pro organizace soukromého a veřejného sektoru, ne tedy a priori jako luxusní nebo zábavní předmět pro elektromobilní nadšence a jejich sdružení. Obsah konference je cíleně zaměřen na organizace a správce jejich vozového parku. Konference „Smart city v praxi“ je zaměřena především na ty zástupce měst a obcí a veřejných organizací, kteří se budou rozhodovat o volbě konkrétních řešení od konkrétního dodavatele pro definování a naplňování investičních projektů, jimiž je koncept smart city v daném městě realizován.

Pozvánky na tyto konference a zprávy z těchto a dalších konferencí naleznete v naší rubrice Konference zde

Consulting Services: Naše odborné služby

Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services je konzultační firma v oblasti inovativních technologií pro dopravu a smart city (včetně energetiky a vodíkových technologií), která rovněž provozuje informační portály www.smartcityvpraxi.cz a www.proelektrotechniky.cz a organizuje odborné akce. V rámci našich odborných služeb Vám nabízíme vypracování strategie smart city, spolupráci na vytváření strategických dokumentů, vytváření a realizace projektů pro smart city, další odborné konzultační služby (studie, průzkumy, analýzy), vytváření a realizace dalších projektů s inovativními technologiemi (automatická vozidla, vodíkové technologie, elektromobilita aj.), specializované vzdělávací akce „na klíč“, prezentační a autorské služby (prezentace na konferencích, portálech). Celý článek zde