Transport szynowy nieustannie ewoluuje. Zmienia się wszystko, oprócz ogólnej idei prowadzenia pojazdu po szynach.
Na przestrzeni ostatnich stu lat wydarzyło się bardzo wiele: najpierw dynamiczny rozwój trakcji parowej, później spalinowej i elektrycznej, wycofanie parowozów z eksploatacji, wprowadzenie pociągów wielkich prędkości, w tym poruszających się na poduszce magnetycznej. Kolej zmienia się, żeby sprostać aktualnym oczekiwaniom pasażerów. Dziś jest to przede wszystkim ograniczenie emisji zanieczyszczeń i skrócenie czasu podróży.
Nie bez powodu kolej jest uznawana za najlepsze rozwiązanie dla długodystansowego transportu towarów. W walce o jak najmniejszą emisję zanieczyszczeń do atmosfery może z nią konkurować tylko żegluga śródlądowa. Ta opinia lidera ekologii bierze się w dużej mierze stąd, że lwia część przewozów towarowych, przynajmniej w warunkach europejskich, odbywa się w trakcji elektrycznej. Trzeba jednak pamiętać, że wciąż są na świecie miejsca, gdzie prym wiedzie trakcja spalinowa.
Pojazdy szynowe są dla konstruktorów wdzięcznym obiektem prób. Umożliwiają wykorzystanie nowych, „czystych” technologii na początkowym etapie rozwoju. Lokomotywy są na tyle duże, że nie wymuszają miniaturyzacji prototypów. Jest to znaczne ułatwienie, zwłaszcza w porównaniu z samochodami osobowymi.
Lokomotywy spalinowe – nadal ważne i popularne
Lokomotywy spalinowe, pomimo upływu lat i powszechnej elektryfikacji kolei, wciąż mają się dobrze i warto je rozwijać. W warunkach europejskich są wykorzystywane przede wszystkim do prac manewrowych i w transporcie technologicznym. Napęd spalinowy jest jedynym możliwym w przypadku pociągów ratunkowych, drezyn, pociągów wykorzystywanych do naprawy i budowy torów i sieci trakcji elektrycznej.
Inaczej jest w krajach Ameryki Północnej, Azji i Afryki. W Kanadzie, USA, Rosji czy Chinach eksploatowane są tysiące kilometrów linii kolejowych bez sieci elektrycznej. Lokomotywy spalinowe prowadzą tam ciężkie pociągi towarowe, zużywając tysiące ton oleju napędowego.
Rozwój lokomotyw spalinowych postępuje w kilku kierunkach. Dąży się do zmniejszenia energochłonności i zużycia paliwa, obniżenia kosztów eksploatacji, zmniejszenia emisji zanieczyszczeń, zwłaszcza tlenku i dwutlenku węgla, tlenków azotu i mikrocząstek.
W tym celu stosuje się coraz doskonalsze silniki spalinowe o wysokiej sprawności i niskiej emisji zanieczyszczeń oraz dodatkowe układy oczyszczania spalin. Dotyczy to nie tylko nowych konstrukcji. Specyfika kolei polega między innymi na tym, że opłaca się przebudowywać nawet stosunkowo leciwe lokomotywy, dostosowując je do aktualnych wymagań. W Polsce dobrym przykładem jest przebudowa lokomotyw spalinowych SM 421 do wersji 6 Dg, 18D. Wymieniono silniki spalinowe, prądnice oraz silniki elektryczne, zastosowano nowoczesny system sterowania. Lokomotywy po przebudowie spełniają normy emisji spalin Stage IIIB. Szczególnie interesująca jest wersja 18D, która została wyposażona w zestaw akumulatorów umożliwiających jazdę bez uruchamiania silnika spalinowego.
Lokomotywy spalinowe hybrydowe – więcej oszczędności
Kolejny krok w kierunku zmniejszenia uciążliwości transportu szynowego polega na wprowadzaniu do eksploatacji lokomotyw hybrydowych, które doskonale sprawdzają się w pracy manewrowej i prowadzeniu pociągów na liniach niezelektryfikowanych. Zasada działania jest podobna, jak w przypadku autobusów i samochodów osobowych z napędem hybrydowym: wykorzystywany jest na zmianę silnik spalinowy albo tylko silniki elektryczne zasilane z akumulatorów. Akumulatory są ładowane podczas pracy silnika spalinowego oraz w czasie hamowania, przez rekuperację energii.
Projektanci lokomotyw hybrydowych mają większą swobodę w porównaniu ze swoimi kolegami zajmującymi się samochodami: silniki trakcyjne są elektryczne, więc nie trzeba eksperymentować z ich zmianą. Jest też więcej swobody w doborze baterii akumulatorów pod względem rozmiarów i masy, choć z drugiej strony lokomotywy mają znacznie większe zapotrzebowanie na energię, co wymusza stosowanie akumulatorów o większej pojemności i większym dopuszczalnym natężeniu prądu.
Lokomotywy o napędzie hybrydowym można znaleźć w ofercie wielu producentów. W Europie oferują je Alstom, Siemens (który sprzedaje je między innymi na rynku amerykańskim); nad projektem pociągu hybrydowego pracuje także Newag. W USA General Electric od 2007 r. produkuje hybrydowe lokomotywy towarowe. Na rynku są obecni także producenci azjatyccy, na przykład Toshiba.
Lokomotywy hybrydowe mają jeszcze jedno zastosowanie: pomagają kształtować wizerunek właściciela, podkreślając jego dbałość o środowisko naturalne na każdym etapie produkcji. Taką rolę spełnia hybrydowa lokomotywa spalinowa, wykonana w technologii plug-in przez Alstom dla zakładów Audi w Ingolstadt. Transport technologiczny w zakładzie jest zorganizowany w taki sposób, że podzespoły są dostarczane do poszczególnych hal produkcyjnych transportem szynowym. Również gotowe pojazdy opuszczają Ingolstadt koleją.
Każda lokomotywa w zakładach Audi wykonuje dziennie przeciętnie 75 manewrów, roczny czas pracy wynosi około 3800 godzin. Zatrudnienie jednej lokomotywy hybrydowej pozwala zmniejszyć roczną emisję dwutlenku węgla o prawie 60 ton. Specyfika technologii plug-in polega na tym, że akumulatory trakcyjne mogą być doładowywane na dwa sposoby: podczas jazdy – z prądnicy napędzanej silnikiem spalinowym, a podczas przerw w pracy – z zewnętrznego źródła. O faktycznej redukcji emisji można mówić tylko wtedy, gdy prąd pochodzi z czystego źródła.
Wiele wskazuje na to, że spalinowo-elektryczne lokomotywy hybrydowe wkrótce zostaną uznane za standard tam, gdzie budowa sieci elektrycznej jest niemożliwa albo nieopłacalna. Bardziej ekologiczne byłyby tylko lokomotywy całkowicie elektryczne, pobierające energię z akumulatorów ładowanych z zewnętrznego źródła. Wydaje się jednak, że w najbliższym czasie nie można się spodziewać produkcji akumulatorów, które pozwoliłyby na jazdę pociągową takich lokomotyw. Zapewne znajdą one swoją niszę jako lokomotywy manewrowe w zakładowym transporcie technologicznym, w którym przerwy pomiędzy manewrami są na tyle długie, żeby umożliwić skuteczne doładowanie akumulatorów.
Systemy sterowania ruchem kolejowym na polskich torach – niektóre urządzenia mają kilkadziesiąt lat
Plug-in retro – lokomotywy „tankowane” parą
Przy okazji omawiania technologii plug-in warto wspomnieć o pewnym wynalazku, starszym od niej o ponad 100 lat. Na przełomie XIX i XX wieku, w miarę rozwoju przemysłu, budowano coraz więcej zakładów przemysłowych, w których, ze względu na charakter produkcji, należało przestrzegać surowych zasad bezpieczeństwa przeciwpożarowego: miejskie gazownie, niektóre wydziały hut, zakładów chemicznych.
Na początku XX wieku w Niemczech rozpoczęto produkcję parowozów bezpaleniskowych. Idea była prosta: parę produkowano w stacjonarnych wytwornicach, zlokalizowanych w bezpiecznym miejscu, a następnie napełniano nią ciśnieniowy, termicznie izolowany zbiornik parowozu. Jedno „ładowanie” wystarczało na 2–3 godziny pracy manewrowej. Od 1906 roku tego typu parowozy produkowała berlińska firma Borsig, po II wojnie światowej w ZNTK we Wrocławiu konstruowano parowozy bezogniowe, wykorzystując podwozia starych, wycofanych z eksploatacji lokomotyw pruskich. Od 1956 r. takie parowozy (typ Tkb-b) produkowano w zakładach w Chrzanowie.
Fot. Shutterstock.com.
Pełna treść artykułu została opublikowana w magazynie „KZA Express”.