Zelenější vlaky

PETR HENEBERG  |  Technika
Ekologicky i ekonomicky šetrný rychlovlak Zefiro 380.

Při hledání co nejšetrnějšího druhu dopravy příliš často zapomínáme na vlaky. Už od minulého století Svou hospodárností překonávají automobilovou dopravu. Právě teď ale Přichází doba, kdy se svou šetrností přiblíží elektromobilům. Přeprava nákladu po železnici dnes vyprodukuje o třetinu méně emisí, než kdybychom se pokusili stejný náklad přepravit po silnici.

Odhaduje se, že vlaky se na celkové přepravě nákladů ve světě podílejí sedmi procenty, přitom však emitují jen 0,2 % CO2, 2 % NOx a 1 % organických sloučenin produkovaných během přepravy všech nákladů. Železnice je ale většinou pomalejší, vlaky se nedostanou všude a většina z nich tak jako tak jezdí na naftu. I železnice se však může ve svých ekologických parametrech výrazně zlepšit!

Jezdit na vodík?

Několik společností se zabývá vývojem vodíkových motorů určených pro využití v železniční přepravě. Na rozdíl od vznětových motorů by vodíkové neměly produkovat žádné emise – tedy kromě vody. Principem je, stejně jako v případě obdobných motorů určených pro automobily, slučování vodíku s kyslíkem za použití katalyzátorů upravujících jinak poměrně nebezpečnou reakci. Vynález vodíkového motoru je prastarý – popsal jej již roku 1839 velšský fyzik William Robert Grove. Realizace hybridního vodíkového motoru se chopila před pár lety Východojaponská železniční společnost, největší železniční přepravce osob v Japonsku provozující i proslulé rychlíky Shinkansen.

V současné době už vlaky poháněné hybridním vodíkovým motorem testuje ve zkušebním provozu na jedné ze svých tratí. Využití vodíkových motorů pro pohon vlaků však plánuje více zemí. Kanada oznámila, že bude vozit vlaky poháněnými vodíkem návštěvníky zimních olympijských her konaných ve Vancouveru v roce 2010. A jak je na tom Evropa? V EU se první vodíkem poháněný vlak chystá v Dánsku, tamním konstruktérům to však bude nejspíš ještě pár let trvat.

Hlavní výhodou vodíkových vlaků bude jejich bezhlučnost. S emisemi je to zatím problematické – současné technologie výroby vodíku jsou velmi energeticky náročné, navíc vodík bývá vyráběn nejčastěji z metanu. Vodíkový motor je již blízkou budoucností, z pohledu přínosu životnímu prostředí to však zatím není žádný zázrak. Vývojáři ale doufají, že se situace v dohledné době zlepší.

Posunovací lokomotiva RailPower GG20B Green Goat používá hybridní pohon.

Hybridní elektromotory – staří známí

Asi všichni čtenáři VTM Science zaznamenali v uplynulých letech nástup hybridních motorů u nových modelů osobních automobilů. Klasikou v oboru je dnes Toyota Prius, která je prvním sériově vyráběným hybridním automobilem. Poprvé byla dána do prodeje již roku 1997 v Japonsku, model 2001 začal být distribuován i do dalších zemí, od roku 2004 je pak k dostání i v ČR. Znáte-li tedy princip modelu Prius, znáte i princip hybridního vlakového pohonu. Jak je to tedy na kolejích? Jeden by si myslel, že hybridní elektromotory budou v kolejové přepravě novinkou.

Není tomu tak, několik desítek takovýchto lokomotiv se vyrobilo dokonce i v Česku. Nejstarší dodnes funkční typy jsou k vidění v jižních Čechách. Jde konkrétně o několik kusů posunovacích lokomotiv řady 210, které byly již roku 1991 v Českých Budějovicích přestavěny na hybridní pohon. To jim umožňuje posunování na nezatrolejovaných kolejích, různých vlečkách atp. Principem je, že nejméně 80 % provozního času tráví lokomotiva na koleji s elektrickou trakcí, kde dobíjí baterii. Baterie jí následně umožňuje pohybovat se až několik kilometrů mimo zatrolejovaný úsek. Lokomotiva však obsahuje jen elektromotor, nenaplňuje tedy vizi časově neomezeného nezávislého pohybu na obou typech tratí. Lokomotivy s klasickým hybridním pohonem využívá v současnosti japonská Hokkaidská železniční společnost.

Jde o osobní vlaky obsahující jednak vznětový motor a jednak umožňující akumulaci brzdné energie pro pohon elektromotoru. Nahromaděná energie umožňuje vypnutí dieselového motoru ve stanicích a při rozjezdu. Dieselový motor je zapínán až při rychlostech kolem 45 km/h. Společnost uvádí, že dosahuje úspory až 20 % paliva. Poněkud jiného principu využívají lokomotivy společnosti RailPower. Tato společnost operující v kanadské provincii Quebec vyvinula hybridní systém, který jí umožňuje snižovat spotřebu až o 60 % a emise oxidů dusíku dokonce až o 90 %.

V čem spočívá jejich vylepšení? Posunovací lokomotivy zvané Green Goat (česky zelená koza) mají jak dieselový motor, tak elektromotor. K pohybu používají však jen svého elektromotoru. K čemu je jim tedy dobrý diesel? Spalování nafty je používáno jen k dobíjení baterie využívané elektrickým motorem. Vzniklá energie je využívána daleko efektivněji – společnost RailPower udává, že jedna lokomotiva Green Goat při běžném provozu vyprodukuje o 271 tun skleníkových plynů méně než běžně užívané diesely.

Dokonce i japonské rychlovlaky produkují pouze 16 % spalin ve srovnání s dopravou automobily.

Nové století páry?

Další z pokusů o zelenější vlaky pochází z naprosto nečekaného směru. Deset let starý britský projekt 5AT se pokouší o konstrukci nového typu parních vlaků. Navrhované vlaky by používaly namísto uhlí naftu či lehký topný olej. Nový design motorů podle autorů přispívá k jejich výrazně vyšší efektivitě oproti posledním modelům z 50. let a zároveň má dodat při výkonu 1890 kW (2535 hp) vlaku rychlost až 180 km/h. Ve srovnání s klasickými vznětovými motory produkují parní motory téměř nulové emise oxidů dusíku. Nevýhodou současných prototypů je o něco vyšší spotřeba paliva.

Kuriozita na závěr

Již zmíněná Východojaponská železniční společnost, největší japonský železniční přepravce osob, představila nedávno svůj nový a poněkud zvláštně znějící plán. Chtějí snížit svou spotřebu energie pomocí vlastních pasažérů. Vyvinuli speciální podlahu generující elektrický proud z vibrací. Pokud jde po podlaze skupina cestujících na vlak, produkuje vibrace, které se pomocí zabudovaných piezoelektrických prvků přeměňují v elektrickou energii.

Testy na jednom z tokijských vlakových nádraží ukázaly, že přibližně 40 000 pasažérů, kteří po podlaze denně prošli, vyprodukovalo každým dnem 10 000 wattsekund. Člověku znalému spotřeby elektrických zařízení se to nezdá mnoho – jde o spotřebu 100W žárovky za pouhých 100 sekund. Nicméně úspory energie jsou v módě, a tak příslušná železniční společnost plánuje instalaci větší plochy takovýchto podlah ke generování elektřiny pro informační tabule a jinou drobnou infrastrukturu.

Superčistý rychlovlak pro Čínu

Když se mluví o dopravě, nebývá Číná zpravidla právě vzorem ekologického přístupu. Nicméně právě letos v září zadalo ministerstvo železnic zakázku na 80 rychlovlaků firmě Bombardier Sifang (Qingdao) Transportation Ltd. Nové vlaky Zefiro 380 mají jezdit rychlostí až 380 km/h a přitom se chovat maximálně ohleduplně ke svému okolí. Pohon vlaků budou zajišťovat hybridní pohonné jednotky, jejichž základem je dieselový motor CLEAN, systém pro ukládání a distribuci energie MITRAC a elektromotory MITRAC s permanentními magnety. Celkem by měl systém řízení energie ušetřit až 10 % energie, asistenční řídicí systém může potenciálně uspořit až 14 %, dalších 12 % přidává k úsporám aerodynamika, 38 % uspoří klimatizace, 2 % nové elektromotory a až 20 % úspor může přinést systém optimalizace provozního režimu. Firma Bombardier Sifang pro svůj systém úspor používá označení ECO4.

Hybridní dvouzdrojové lokomotivy z ČR

Hybridní dvouzdrojové lokomotivy z ČR.

Mezi lokomotivami vyrobenými v ČR najdeme dokonce i dva typy hybridních dvouzdrojových lokomotiv. Tedy obsahujících jak vznětový, tak i elektrický motor. Co víc, první z nich byla vyrobena v ČKD Praha již před 23 lety, roku 1986 – jde o typ TA 436. Z pohledu ekologie provozu je důležité, že obsahovala i elektrodynamickou brzdu pracující v rychlostním rozmezí 2–65 km/h. Tato brzda fungovala v rekuperačním režimu, kdy energie generovaná trakčními elektromotory byla při brzdění využívána pro dobíjení baterie. Lokomotiva byla vyrobena jen v jednom prototypu, do roku 1997 sloužila v pronájmu pro posunovací službu, často se objevovala na výstavách. Roku 1997 si ji ČKD převzala z pronájmu zpět, roku 2002 ji prodala za cenu šrotu.

Druhý typ dvouzdrojové lokomotivy, původem z ČR, můžeme ještě dnes vidět při práci. Jde o posunovací lokotraktory řady 799, ve skutečnosti přestavěné lokomotivy řady 700–703. Původně byly vyrobeny v ČKD Praha, přestavba na dvouzdrojový pohon proběhla v letech 1992– 2000 v Jihlavské lokomotivní společnosti. Používány jsou výhradně v depech kolejových vozidel, jejich rychlost nepřesahuje 10 km/h. Trakční motor je napájen buďto proudem z akumulátoru, anebo proudem z trakčního alternátoru poháněného spalovacím tříválcem Zetor. Lokomotiva je vybavena i rekuperační elektrodynamickou brzdou, jejíž energie je využívána pro dobití trakčního akumulátoru. Lokomotiv bylo vyrobeno čtyřicet jedna kusů, dva nejnovější jsou vybaveny i dálkovým řízením.

Hybridní akumulátorové lokomotivy z ČR

Kromě českobudějovického pokusu o dodatečnou adaptaci lokomotiv ze 70. let byla v ČR vyvinuta i originální posunovací lokomotiva s hybridním pohonem. Šlo opět o lokomotivu akumulátorovou, s označením A 219.0, postavenou pro změnu na základě části dieselelektrické lokomotivy T 238, kdy byl její dieselagregát nahrazen akumulátorovou baterií. Její historie byla krátká a nepříliš šťastná. Jediný prototyp byl vyroben roku 1993 v ČKD Lokomotivka pro Rakouské spolkové železnice (ÖBB). Následujících několik let pak zůstala stát v areálu výrobce, po úpadku ČKD DS si ji roku 2001 za cenu šrotu koupila slovenská firma AM Tuning Topolčany. Nyní by se údajně měla nacházet v Maďarsku ve vlastnictví firmy Mavex Rekord Kft. Budapest.

Myslíte si, že mají naše dráhy budoucnost? Hlasujte na www.vtm.cz/ankety

Nejčtenější