Мотриса с хибридно автономно захранване на JR East

Пол УИНТЪР

Le Rail” – Франция

 

Докато пазарът на хибридните мотриси с автономно захранване едва стартира, JR East вече набират скорост: през лятото на 2007 японците пускат в експлоатация локомотив с хибридно автономно захранване, което комбинира дизелов двигател и йонно-литиева батерия. Този New Energy Train (NE Train), който е резултат на изследователска програма, стартирала през 2003, икономисва до 20% енергия.

 

“Екологичният” характер на железопътния транспорт обикновено се свързва с електрическата тяга. Повсеместното й разпространение обаче е немислимо. Тръгвайки от тази изходна констатация, JR East, Hitachi и Tokyo Car Corporation произвеждат термичен локомотив от ново поколение, нанасящ минимални вреди върху околната среда. В ядрото на програмата “NE Train” стои едно просто съждение: 70% от консумираната от железниците енергия отива за движението на влаковете. Някогашните технически опити (употреба на по-леки материали например) не са дали желаните резултати. Въпреки постигнатия напредък, двигателите на автономните локомотиви си остават шумни и отделят значително количество азотни оксиди, частици сажди и въглеводороди. Целта на NE Train е да се намалят с 20 - 50% замърсяването, шумът и консумираната енергия.

 

На първо място, изцяло обновената тягова верига позволява възстановяването и използването на спирачната енергия (досега спирачката, съхраняваща енергията, се срещаше само при електрическите мотриси, при които енергийната икономия се равняваше на около 30%). Съхранената енергия се натрупва в батерия. След това тя може да бъде оползотворена, например при спирането на гара (и тогава дизеловият двигател може да бъде спрян), или пък за улесняване на ускорението при потегляне.

 

На борда на NE Train

 

Дългият 20 метра прототип на мотрисата с хибридно автономно захранване може да развие до 100 км/ч. Новият й дизелов двигател с мощност 330 КВт, характеризиращ се с ниска степен на емисия, задвижва индукционен генератор от 230 кВт, който на свой ред зарежда с енергия електрическата тягова верига.

 

Голяма част от елементите на тягата са заимствани от последните японски мотриси, с цел да се улесни поддръжката и да се осигури ефективност, близка до тази на електрическата тяга. При все това, тяговата верига се отличава с двоен трансформатор: “прав – променлив” и “променлив – прав” ток (трансформация на мощността от и към батерията) и със система за управление на енергията. Освен това, тя захранва по индукция и двата тягови двигателя, всеки по 95 кВТ, които не се различават от двигателите на крайградските мотриси Е 231.

 

.Йонно-литиевата батерия – все още малко по-скъпа от останалите, но съхраняваща повече енергия – се инсталира на покрива на NE Train. За да може влакът да функционира изцяло с помощта на батерията при спиране на гара и при потегляне, до постигане на скорост от 30 км/ч, са избрани батерии от 10 кВт/ч с максимална мощност 250 кВт. Оттам нататък, захранването на допълнителните устройства се осигурява от статичен трансформатор.

 

Най-важните компоненти на NE Train – батерията и системата й за управление на енергията, са внедрени от Hitachi (отдел Automotive Systems). Основният принцип е запазването на постоянна енергия във влака (била тя кинетична, потенциална или акумулирана в батерията) през цялото време: евентуалните й загуби се наваксват от термичния двигател.

 

Управлението на енергията (циклите зареждане – разреждане) е оптимизирано, с цел намаляване на загубите и удължаване продължителността на живот на батерията.

 

Командната кабина е същата като при крайградските влакове на Токио. Допълнителни сигнални индикатори информират машиниста за функционирането на хибридната система, посоките на енергийните преноси и – не на последно място, за евентуалните проблеми при движението на влака.

 

С други думи, функционирането на влака с автономно захранване не е сложно и в същото време, мотрисата нанася минимални вреди на околната среда. При спиране и тръгване тя работи само на батерия. В този случай дизеловият двигател е изключен, като така се избягват шумът и вредните емисии. Двигателят се включва, едва когато влакът достигне скорост от 25 км/ч. След достигането на 30 км/ч, той осигурява на тягата необходимата енергия за ускорение до постигане на максималната скорост. Дизеловият двигател постига в движение оптималния си режим и така свежда до минимум вредните емисии. Според необходимата мощност, тяговата верига използва излишъка, за да презареди батерията (при инерционно движение или спускане) или пък комбинира батерията с термичния двигател (при изкачване). По време на спирачната фаза, до пълен покой, дизеловият двигател отново се изключва и натрупаната енергия дозарежда батерията. При стръмно спускане влакът с автономно захранване отново може да използва спирачката на дизеловия двигател, за да контролира скоростта.

 

Влакът с автономно захранване осигурява и важни предимства от гледна точка на удобствата: подът е само на 45 мм по-високо от нивото на перона, вагоните са достъпни за трудноподвижни лица (същото важи и за тоалетните), увеличена е ширината на седалките.

 

Повече от три години изпитания

 

Изпитанията на NE Train започнаха още през 2003 и бяха проведени по много линии – JR East, Нико, Карасуяма, Юцупомия. Всичко това беше направено, за да се проверят основните му характеристики: особености при ускоряване и спиране и управление на енергията.

 

След ноември 2003 изпитанията продължиха и по линиите Нико, Рикуюто, Камаиши, за да може хибридният влак да бъде изпробван в различни среди. Последната от тях – линията Камаиши, се намира в северната част на остров Хоншу, като дължината й е 90 км, а краят й е на 473 м надморска височина – там NE Train е трябвало да се движи при екстремни условия – голям наклон и особено ниски температури.

 

В самото начало изпитанията показват, че при NE Train вредните емисии намаляват с 60% в сравнение с “класическите” влакове с автономно захранване, а благодарение на батерията се пестят 10% гориво. Ефективността му е сравнима със съвременните автомотриси: 0,65 м/s2 при ускоряване, повече от 1 м/s2 при спиране. Само при работеща батерия (със спрян дизелов двигател), влакът с автономно захранване може да развие до 70 км/ч и да измине повече от 2 км. Когато мотрисата върви на батерия, няма нужда от обслужващ машинист. Може да функционира при температура до 35о С, както и при минусови температури. Степента на възстановяване на енергията достига предвидените 20%.

 

Днес JR East продължава работите по оптимизиране на NE Train, с цел въвеждането му в експлоатация през лятото на 2007. Тогава се очаква три влака с хибридно автономно захранване да тръгнат по линията Куми. Предвиждат се още две години допълнителни изпитания, за да се подготви бъдещото серийно производство.

 

Като следващ етап, когато влакът ще стане още по-екологично чист, се мисли за замяната на дизеловия двигател с въглеродна батерия. Възможността вече е предвидена от JR East при конструкцията на NE Train – за тях това е технологията на бъдещето.

 

Междувременно, изследователският институт RTRI работи и върху проект за трамвай с хибридно автономно захранване (без контактна мрежа), който би трябвало да стане готов към март 2008. В това отношение обаче, Alstom имат преднина – първите им Citadis, предвидени за Ница, вече са излезли от производство и в Ротердам текат изпитанията им. Там се движи един Citadis с инерционен маховик. Затова пък японският проект предвижда движението да е предимно автономно, като презареждането на батерията се извършва по време на престоя по спирките.


.:: Начало ::.