KOVÁCS KÁROLY okleveles gépészmérnök mérnök főtanácsos MÁV START Zrt. A magyar vasút előtt álló aktuális környezetvédelemi szempontú fejlesztési feladatok és uniós követelmények (5. rész) Összefoglaló Ismeretes, hogy a hazánkra is vonatkozó uniós vállalás és aktuális feladat, a közlekedés káros anyag és széndioxid kibocsátási kötelezettségek betartása. Ez a feladat a közúti forgalom egy részének vasútra és más környezetbarát közlekedési ágra való átterelésével, azaz a közlekedési munkamegosztás többek között vasút javára történő kedvező megváltoztatásával teljesíthető. A vasútnak is cselekedni kell. A cikk a vasút előtt álló fontosabb tennivalókat ismerteti. Károly Kovács Dipl.-Ing. Maschinenbau MÁV-START Zrt. Die aktuellen Entwicklungsaufgaben der Ungarischen Staatsbahnen im Hinblick auf Umweltschutz und EU-Anforderungen Teil 5. Kurzfassung Die Erfüllung der Verpflichtungen in Verbindung mit der durch den Verkehr verursachten Schadschoff- und CO 2 - Emission ist eine aktuelle Aufgabe. Durch Verlegen eines Teils vom Straßenverkehr auf einen anderen umweltfreundlichen Verkehrszweig, also durch eine unter anderen zu Gunsten der Eisenbahn durchgeführte Änderung der Arbeitsaufteilung vom Verkehr kann diese Aufgabe erfüllt werden. Die Eisenbahn ist verpflichtet auch etwas zu unternehmen. Der Artikel behandelt die durch die Eisenbahn zu absolvierenden wichtigeren Aufgaben. Károly Kovács M.Sc. Mech. Engineer. MÁV-START Zrt. Current environmental and development tasks as well as EU requirements that faces the Hungarian Railways Part 5 Summary It is known, that the EU pledge and other current tasks those relevant for our country, such as the pollution of transport and carbon dioxide emission needs to be accomplish. The actual task can be fulfill with the shift of one part of the road traffic to other environmental friendly transport modes like the railway. The railways needs to act. This article is about the main agendas that facing our railways. Előzmények Az egy éve indított cikksorozat napjaink nagyvasúti vontatásenergetikai és környezetvédelmi célú fejlesztéseivel, a fejlesztés aktuális kérdéseivel foglakozik. Dolgoztunkban kiemelt hangsúlyt helyeztünk a kettős erőforrású és vagy hibridüzemű vontatójárművek megvalósított típusainak bemutatására. A cikksorozatban ismertettük és téma iránt érdeklődőknek figyelmébe ajánlottuk többek között az Alstom Lokomotiven GmbH Stendal vezető munkatársainak írását a H3 részletes bemutatását Klaus Hiller, Emanuel Bünger és Erwin Firschau okleveles gépészmérnök urak tollából. Bemutattuk a Bombardier, a Siemens és a Stadler cégek megvalósult hasonló fejlesztéseit is. A sikeres nemzetközi példák megismertetése mellett fontosnak gondoljuk a magyar mérnöki tudással elért vasúti innovációkra is felhívni olvasóink figyelmét. Ezért hangsúlyozzuk újra és újra, azt, ami rendszeres olvasóink számára már ismert, hogy vannak sikeres hazai példák is a dízelmozdony alapú hibrid mozdonyos innovációkra. Ezekről a Vasútgépészet korábban beszámolt. Lásd pl. az Mk48 403 sorozatú mozdony hibridhajtásúra fejlesztése Vasútgépészet 2012. 4. szám. A lillafüredi és a szilvásváradi erdei vasút elmúlt évek eredményes és világújdonságú innovációinak tapasztalatait a szép természeti környezet megóvására tett erőfeszítéseiket, a hibridüzemű mozdonyokkal elért eredményeiket lapunkban Goldbach Károly és Mátrai Imre és Nemes Péter írásából ismerhetjük meg. Mikor két erőforrású, mikor hibrid a vasúti jármű? Még szakmai körökben is gyakran keverednek ezek a fogalmak. 30
Előzetesen kimondhatjuk, hogy minden hibrid vontatójármű két erőforrású, de nem minden két erőforrású vontatójármű hibrid. A különbség az energiatárolás módjában van. Ezt a következő példák támasztják alá: A hírekben olvashatjuk, hogy az SNCF ún. kettős erőforrású AGC motorvonatokat üzemeltet és továbbiak beszerzését tervezi. Az AGC egy olyan villamos motorvonat, amelyet dízelmotorral szereltek fel abból a célból, hogy a nem villamosított vonalszakaszokon is képes legyen időveszteség nélkül tovább közlekedni. Mert a személyszállításban a menetidő csökkentés fontos követelmény, és a kettős erőforrású AGC motorkocsik is erre születtek. A két erőforrású vontatójármű villamos erőátviteli rendszere felsővezeték alatti közlekedéskor a fékezési energiát visszanyerve a felsővezetékbe visszatáplálva újrahasznosítja. A dízelhálózat alatti közlekedéskor a villamos fékezéssel keletkezett villamos energiát fékellenállásokon emészti fel, hővé alakítva. A kettős erőforrású jármű alapkivitelben a visszatáplált energiát nem tárolja, külső eszköz felsővezeték segítségével hasznosítja, vagy ellenálláson felemészti. A villamos vontatás előnyeit hangsúlyozó fejlesztések mellett fontos, hogy a gazdaságosan nem villamosítható vonalak vasút energetikai és környezeti hatékonyságának javításával foglakozzunk. A nem villamosított vonalakon az un. hibrid dízelvontatási módok elterjedése hozhat áttörést. Ehhez szükséges MÁV villamos mozdonypark, valamint dízel motorkocsik rendelkezésre állnak, amely olcsóbbá és ezért gazdaságossá teheti a jármű átépítéseket. Jelenleg kihasználatlanul áll a V46, a Bz, jelentős számban, korszerűsítésre, hasznosításra várva. A hibrid hajtású mozdonyok és motorkocsik hazai alkalmazását több magyar diplomaterv, szakanyag, egyetemi kutatással megalapozva készítettük elő, a gyakorlati megvalósítása igaz nem nagyvasúton, normálnyomtávon igen sikeresen indult. Világon elsőként megvalósult keskeny nyomközű hibridmozdony Magyarországon született. Dízel-villamos erőátvitelű és akkumulátoros mozdony innováció először a LÁÉV-nél valósult meg uniós támogatással. Azóta Szilvásváradon elkészült a második magyar hibridmozdony is, szintén uniós támogatással. A két hazai dízel-hibrid innovációkról lapunk Világújdonságok dízel hibrid vontatás a magyar erdei vasutaknál című írásban olvashatunk. A kettős erőforrású és vagy hibridvontatás előnyei a személyszállításban Cikksorozatunkban eddig elsősorban a villamos mozdonyokra fejlesztett két erőforrású mozdonyokat tárgyaltuk. Nem másodsorban, sőt sok szempontból még nagyobb hasznot remélhetünk a két erőforrású és vagy hibrid motorkocsis innovációtól. A kettős erőforrású motorkocsiknak a következő előnyei vannak: A dízel és villamos vontatás határán akár megállás nélkül is képes továbbközlekedni A pálya fejlesztése, villamosítása nélkül is menetidő rövidülés van, versenyképesebb lesz a személyszállítás Az adott vonalon a személyszállítás kevesebb járművel, motorkocsival bonyolítható le, Hibrid hajtásrendszerű vasúti jármű A hibrid rendszerű motorkocsik, mozdonyok hasonlóan a két erőforrásúakhoz, a villamos fékezéskor nyert villamos energiát újrahasznosítják. Ehhez a dízel vontatójárművön a villamos energia hatékony tárolását vagy azonnali felhasználását kell megoldani. Ezt egy speciális energiatároló, átalakító rendszer beépítésével valósítják meg. A hibrid vontatásnak nem követelménye, nem feltétele a felsővezeték kiépítése. A villamos energiát újrahasznosításáig nagykapacitású akkumulátorokban tárolják, és/vagy arra alkalmas műszaki konstrukció esetén fűtésre, egyebekre hasznosítják. 20. ábra LÁEV hibrid mozdonya Figure 20. XXXXXXXXXX 31
A személyszállítás járműveinek újrapótlási és amortizációs költsége csökken A korszerű redundáns motorkocsi konstrukció jelentősen javítja az üzembiztonságot, kizárja a vontatójármű hibák miatti járatkiesést A felsővezeték alatt kisebb költségű lesz a vonat továbbítása, mint a dízelüzemben. A hibrid hajtásban a pályageometria előnyei energetikai szempontból kihasználhatók miáltal az emelkedők, a lejtők mozgási energiáját hasznosítani lehet Gazdaságosabbá válik a vonattovábbítás, különösen a kisebb forgalmú vonalakon Csökken a felsővezeték áram kimaradás miatti zavara, ezáltal pl. havária esetén sokkal kisebb a kettős erőforrású vontatás zavarérzékenysége A feszültségmentesített állomási, vonalszakasztokon áthaladáshoz szükségtelen dízel kitolómozdonyok igénybevétele A városok, vasútállomások környezetében megszüntethető, vagy számottevően csökkenthető lesz a zaj és a káros anyag kibocsátás. A felsorolt előnyök a két erőforrású jármű magasabb beruházási költsége mellett is megtérül beruházás. Amennyiben a hibridhajtás egyszeri fejlesztési költségék szétterítjük a dízel motorkocsi flottára, továbbá, ha a nagykapacitású energiatároló akkumulátorok beszerzési költsége csökken, a hibrid beruházás, átalakítás költsége mérsékelhető, a beruházás megtérülési idője tovább csökken. Hibrid dízelmotorvonat hajtás fejlesztése Visszatekintés az Innotrans Berlin 2008 szeptemberén látottakra Az MTU Friedrichshafen bemutatta speciális többrészes egységének teljes méretű makettjét az újfejlesztésű dízelmotoros hibrid hajtású vasúti csomagját. Az MTU és partnerei fejlesztették azt a hibrid vontatás csomagot, amely alapján a meglévő az MTU PowerPack 6H 1800 padlóalatti elrendezésű motorja adja. Az MTU dízel motorja kiegészült SCR kipufogógáz-utókezelő berendezéssel. Ezzel a motor teljesítette az Euro IIIB emissziós szabályozási előírást, amely a nem közúti dízel járművekre 2012-től kötelező. Az MTU Powerpack a 400 kwos alacsony károsanyag-kibocsátású dízelmotor és villamos vontatómotor/ generátor egységet továbbá egy energia-tároló rendszert tartalmaz. Közvetlenül kapcsolódik a mechanikus hajtáslánchoz. A villamos generátor a fékezés során keletkezett kinetikus energiát átalakítja villamos árammá, majd azt a gyorsítás vagy a futás során újra hasznosítja. A hibrid hajtás különösen gazdaságos elővárosi és regionális közlekedésben, amikor gyakori a fékezés és a gyorsítás és rövid a közbenső állomástávolság. Attól függően, hogy az egyes vonalaknak milyen adottságai vannak,, hogy a hibrid powerpack az üzemanyag-fogyasztást és a CO 2 -kibocsátást akár 25%-kal is csökkentheti, a meglévő hasonló teljesítményű motorvonat közlekedéséhez mérten. Hibrid vasúti hajtás. Japán ismét úttörő szerepben A japán Hitachi egyik úttörője a témának több, mint tíz éve a New Energy Train sorozat egyik motorkocsijának az E991 prototípus járművének a tetejére szerelt fel 19 kwh akkumulátort. Ezt a kísérletet Japánban 2003 óta folytatják. A villamos motorvonat 100 km/h sebességre képes és bizonyította a 20%-os üzemanyag fogyasztáscsökkentést a hagyományos JR East dízelmotorvonathoz képest. A hibrid technológia sínre lép írták a japánok 2007 júliusban. (Hybrid technology enters the real world.a hibrid technológia belép a való világba). Az innováció lényege: akár 20%- os üzemanyag- megtakarítás is várható a kísérletek tapasztalatai alapján a 21. ábra A Hitachi E991 prototípus motorkocsi Figure 21. AAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAAAA AAAAAAAn. hagyományos dízel motorkocsis vontatáshoz képest azzal a hibridüzemű, prototípus hibrid akkumulátor dízel rendszerű motorkocsival, amely a fékezési energiát villamos energia formájában tárolni képes, és azt a vonat felgyorsítása közben újrahasznosítja. Az említett hír szerint az East Japan Railway Koumi vonal Kobuchizawa és Komoro közötti szakaszán 2007 júliusában üzembe állítottak három dízel hibrid üzeműre átalakított motorkocsit. A motorkocsikba 331 kw teljesítményű dízelmotort és 15,2 kwh tárolókapacitású lítium-ion akkumulátort építettek be. A japán Hitachi számítási szerint a nehéz vontatási feladatot teljesítő motorvonatok a gyakori megállások során jelentős üzemanyag-megtakarítást érnek el. A Hitachi a Hayabusa projekt keretében végezte el a hibrid meghajtású rendszer vizsgálatait. Ezt követően a Hitachi következő kísérletének területéül Európát választotta. Itt egy angol HST motorkocsiba építette be hibrid rendszerét és folytatott kísérleteket az akkumulátoros dízel motorkocsival, a prototípus technológia tökéletesítése céljából. Az európai fejlesztéshez alapjárműként tehát egy HST motorkocsi szolgált. A HST kísérleti motorkocsi az East Japan Railway járműveinél sokkal erősebb hibrid jármű, amely a Hitachi szerint Európa első akkumulátoros 32
támogatású dízel-elektromos erőátvitelű motorkocsija. A HST hibrid fejlesztői munkaközösség tagjai a Hitachi és a partnerei a Brush Traction, a Network Rail és a Porterbrook Leasing voltak. A kísérletek tapasztalatai szerint az innováció cél valós üzemi körülmények között is teljesülhet, az üzemanyag-fogyasztást 20%-kal, a legveszélyesebb motor szennyezőanyag-kibocsátást pedig a felére csökkentheti a HST-be épített technológia. 22. ábra A HST prototípus motorkocsi Figure 22. AAAAAAAAAAA AAAAAAAn. A Hitachi hibrid technológia A hibrid technológia legfontosabb gondolata az, hogy a járműrendszer egy egységes fedélzeti energiagazdálkodási rendszert képez. Az energiarendszer főbb elemei a dízelmotor, a nagy energiasűrűségű lítium-ion akkumulátor, az energiatároló és a vezérlés. A tároló feltölthető mind a dízelmotorról, mind pedig fékezéskor, a fékezési munka hasznosításával előállított villamos energiával. (villamos generátoros fékezéssel.) A hibrid motorvonat gyorsuláskor akkumulátorból nyeri az energiát. A dízelmotorról táplált akkumulátor egy DC-AC inverteres átalakító közbeiktatásával töltődik, amikor a vonat csak gurul, vagy fékez. Gyorsítás közben pedig az akkumulátor merül. A Hitachi 300 kw-os új aszinkron vontatómotorokat épített be, a korábbi egyenáramú motorok helyébe. A motorkocsi akkumulátorának kisütő árama 1000 kw indítási csúcsteljesítményt nyújt, és azt a jármű, álló helyzetétől 30 km/h- sebességre gyorsulásig biztosítja. Az energetikai rendszer úgy lett kialakítva, hogy a Paxman Valenta típusú dízelmotor teljesítménye és az akkumulátorban tárolt energia teljesítménye összeadódik és ezzel intenzív gyorsításra lesz képes. A káros anyag kibocsátás csökkentésére a dízelmotor üzem közben is kikapcsolható, ha a jármű például egy állomáson áll, és akkor indul be, amikor a vonat gyorsításkor a 30 km/ h sebességhez közeledik. Az energiatárolós rendszer vezérlését úgy tervezték, hogy a motort a legkedvezőbb fogyasztási pontra szabályozzák, azon megtartva üzemeltetik, és e mentén gyorsul a jármű az elérni kívánt sebessége. A gyorsítás után a sebességtartáshoz, a vontatáshoz szükséges kisebb energia igény alatt az optimális üzemállapotban járatott dízelmotorral a hajtás számára felesleges energia az akkumulátor töltésére fordítódik. Az energiatároló rendszer automatikusan tölti az akkumulátort, ha nagyobb teljesítményre van szükség a menet bármely pontján, ha emelkedő következik, vagy ha a további gyorsítás ezt igényli, akkor a dízelmotor teljesítményét az akkumulátorból kiegészíti. A villamos energiatárolós rendszer legfontosabb előnye a fékezési energiának az újrahasznosítása. Ez az energia, mint tudjuk a légfékezés során elveszik. Az energia újrahasznosításának folyamata, a motorkocsi tengelyeire szerelt vontatómotorok generátoros féküzemben dolgoznak a keletkezett villamos energiát az energiatároló rendszer közbeiktatásával az akkumulátorokba juttatják, és ott tárolják. A fékezési energia újrahasznosításával a villamos erőátvitelű, villamos fékezésre alkalmas vontatójárművek vonattovábbítási energiafogyasztása csökkenthető. Következésképpen hidraulikus erőátvitelű vontatójárműveknél ez a műszaki megoldás és a visszatáplálós villamos fékezés nem valósítható meg. Az energiatárolós rendszer vezérlése figyeli a jármű üzemét, és ha a vontatómotorok lassításkor, fékezési állapotban generátoros üzemmódban működnek, akkor az aszinkron generátor váltóáramát egyen irányítja és az akkumulátorok töltésére fordítja. A Hitachi hatásfokszámításai szerint, a visszatáplált fékezési energia mintegy 80%-a visszanyerhető és a következő gyorsítási ciklusban újrahasznosítható. A Sólyom kísérleti motorkocsi (Az MKIII TGS motorkocsi átalakítása) A japánok a Porterbrook projekt elindításkor 2005 novemberében a Sólyom nevet adták a 43. 089 pszu. kísérleti motorkocsinak. A jármű átépítése a Brush Traction Loughborough cégnél történt. A motorkocsiba energiatárolására 48 nagy energiasűrűségű egyenként 1 kwh lítium-ion akkumulátor modulok lettek beépítve. Ezek modulonkénti tömege mintegy 20 kg. A motorkocsi tengelyterhelése és megengedett tömege legfeljebb 1 tonnányi akkumulátortömeg beépítést tette lehetővé. Mivel a motorkocsi korább, kész konstrukció volt, ezért az innovációs átalakításhoz, az akkumulátorok beépítéséhez ötletes megoldásokat kellett alkalmazni, betartva a jármű tengelyterhelésére és a tömegközéppontra vonatkozó előírásokat. Az akkumulátorok egyedi tervezésű állványokra lettek felszerelve. A jövőben, ha új járműbe építik be a hibrid üzem nagykapacitású akkumulátorait, akkor a járműtervezés s hibridüzemi szempontoknak a figyelembe vételével történhet. Így az akkumulátortelepek beépítési helyét az egész járműben optimálisan szétosztva lehet megtervezni. Európában a Hitachi hibrid HST az első rendszer üzemi használatában. Az összegyűjtött tapasztalatokra alapozva született meg az E991 prototípus. 33
A Hitachi kb., 20%-os az üzemanyag fogyasztáscsökkentést várt a prototípustól. A kísérletek bizonyították, hogy ennél nagyobb megtakarítást is el lehet érni. Ilyen vontatási energia megtakarítást befolyásoló tényezők voltak: a pálya domborzati jellemzői, emelkedők, lejtők, ívek. a betartandó menetrend, a megállótávolság, a járműsebesség, a vezetéstechnika stb. A kísérletek az új konstrukcióra vonatkozóan is hasznos információkkal szolgáltak. Amennyiben a motorkocsiba kisebb tömegű korszerűbb dízelmotort, kisebb üzemanyagtartályt építenek be, továbbá korszerűbb nagy szilárdságú anyagok alkalmazásával kisebb tömegű lesz a jármű, ezek egyrészt az összes energiafelhasználást csökkentik, másrészt pedig az újrahasznosítható energia nagyságának növekedését eredményezik. További súlycsökkenést várhatóan az akkumulátor technológia fejlődésétől lehet remélni. A nagy energia sűrűségű litium-ion akkumulátor élettartama a jelenlegi becslések szerint 8-10 év, és még igen költséges a cseréje. A közúti hibrid hajtású járművek elterjedése, az akkumulátorok tömeggyártása kedvezően hat a vasúti hibrid járműgyártás költségeire is. A jövőbeli kilátások a Hitachi szerint A Hitachi projekt középpontjában a hibrid technológia kutatása áll. Az üzemi tapasztalatok összegyűjtése és kiértékelése után a Hitachi elkötelezte magát a technológia tovább fejlesztésére, és a hibridvontatás fejlesztésének folytatására. Itt fontos hangsúlyozni azoknak az üzemeltetők által tehető egyszerű intézkedéseknek a fontosságát is, mint pl. a dízelmotor üresjáratok csökkentése, amellyel önmagában 2-5%-os (esetenként még több!) üzemanyag megtakarítás érhető el. A hibridtechnológia további üzemanyag-fogyasztáscsökkentést hoz. A hibrid hajtással elérhető, igen fontos externális hasznok, amelyek különösen a sűrűn lakott környezetben fontos és kimutatható, vagyis a környezetet terhelő zaj és légszennyezés akár 50%-os csökkenését eredményezik. A korábbiakban kialakított felosztás a motorvonatoknál is alkalmazható. Tehát: villamos motorvonat és dízel motorvonat kombinációjából létrehozott kettős erőforrású motorvonat dízelmotorvonat kiegészítve energiatárolóval, hibridüzemben használva csökkenti a gázolajfogyasztást egyéb hibridkonstrukciók További példák a személyszállítás kettős erőforrású járműveire Teljes értékű kettős erőforrású, villamos és dízelüzemű motorvonatok Az SNCF AGC motorvonatcsalád 2007-ben kezdte meg közforgalomban szolgálatát. A két rendszerű villamos és dízel erőforrású, villamos üzemben 1,5 kv egyenáramú és 25 kv 50 Hz-es hálózat alatt egyaránt üzemelni képes motorvonat a beépített dízelmotorjának köszönhetően az egész francia vasúthálózaton közlekedhet. A kettős erőforrásúnak köszönhetően a nem villamosított vonalakra gyors átjárást, ezzel menetidő megtakarítást ér el. A motorvonatok dízelüzemben 140 km/h, villamos vontatásban pedig 160 km/h sebességgel közlekedtethetők. 23. ábra Az AGC két erőforrású motorvonat Európában, a legnagyobb mennyiségben üzembe állított hálózat független közrekedésre képes közforgalmú motorvonat Figure 23. XXXXXXXXXX SSSSSSS A RENFE kettős erőforrású motorvonata A RENFE 730 sorozat egy korábbi 130-as sorozatból kifejlesztett kettős erőforrású motorvonat. Másképpen nevezve ez a Talgo 250 Hybrid vagy Talgo 250 H, amelyet a TALGO és a Bombardier alkotta konzorcium alakított át a RENFE igényei szerint a 130-as sorozatának 15 szerelvényéből. Az átalakítási összköltsége 73 millió Euró volt. A vonatok 2012- ben álltak forgalomba. A Talgo kilenc alacsonypadlós betétkocsiját két vontatófej zárja közre. A vonatok saját tömege 361 tonna. Erőátvitele villamos. 34
24. ábra A Talgo 250 Hybrid a RENFE két erőforrású motorvonata Figure 24. AAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAAAA AAAAAAAn. A 730 sorozat járművei a hagyományos spanyol széles 1668 mmes nyomtávú, 3 kv-os egyenáramú rendszerben villamosított pályákon, az AVE nagysebességű vonalain, amelyek 25 kv, 50 Hz-el villamosítottak, továbbá a felsővezeték nélküli vonalakon, vagy feszültségmentes állomási szakaszokon dízelüzemben üzemszerűen használható. A 361 tonnás saját tömegű vonatok dízelerőforrása két V12-es MTU 12V4000R43L típusú egyenként 1800 kw-os névleges teljesítményű dízelmotor. A RENFE 730-as sorozat engedélyezett sebessége a nagysebességű normál nyomtávú vonalakon 250 km/h, széles nyomtávon a 3 kv egyenáram alatt 220 km/h, míg dízelüzemben 180 km/h, mert a vontatásra rendelkezésre álló dízel teljesítmény 2400 kw, ehhez elegendő. A Talgopendular billenőszekrényes technikával gyártott vonatok a nyomtávváltó állomásokon megállás nélkül, legfeljebb 15 km/h sebességgel keresztülhaladhatnak, ezzel is csökkentve a menetidőt. Az új motorvonatok a Madrid Galícia közötti utazási időt kevesebb, mint 5 órára csökkentették köszönhetően a Madrid és Olmedo között elkészült nagysebességű vonalnak és a kettős erőforrás nyújtotta vasútüzemi előnyöknek. A 730-as sorozat járművei Olmedotól Ourenséig a nem villamosított széles nyomtávolságú vonalszakaszon haladnak át, majd tovább Ourensétől Couranig pedig a legújabb spanyol nagysebességű villamosított vonalon közlekednek. Ezt a vonalszakaszt 2012. december 10- én adták át a forgalomnak. A menetidő rövidülésben fontos szerepe van a 730-as sorozat kettős erőforrású vontatási képességének, mert a gyors, kétszeri villamos/dízel/villamos vonatási üzemmód váltás önmagában is 20-25 perces menetidő rövidülést eredményezett, a hagyományos vontató járműcserés technológiához képest. Német hibrid innováció, mit tud a hibrid-desiro A 2012. évi innotrans kiállításon volt látható a képen látható zöld Desiro- A vasúti személyszállításba is betört a hibrid korszak. A 2012. évi InnoTrans vásár Berlinben volt látható az a Desiro dízelmotorvonat, amely a fékezési energiát elektromossá alakítva tárolja és indításakor újrahasznosítja. 23. ábra A biozöld Desiro Figure 23. XXXXXXXXXX Fotó: Kovács Károly A Desiro dízelmotorvonat Berlinben a 2012. évi Inno- Trans vásáron kiállítva. Az első európai dízel-hibrid technológiának alapjárműve Németországban a VT 642 sorozatjellel ellátott és évtizedek alatt bizonyított Desiro dízel motorkocsi lett. A nálunk is jól ismert Desiroktól az eltéréseket, az innovációs változásokat a padló alatt elrejtve, és a tetőn találjuk. A Desiro H motorkocsi 25 százalékkal kevesebb üzemanyagot fogyaszt, mint a hagyományos kivitelű A németek két év kutatás és fejlesztés eredményeképpen elérték, a hagyományos modellhez képest a hibrid üzemű akár 25 százalékkal kevesebb üzemanyagot fogyaszt, és ennek megfelelően alacsonyabb a CO2-kibocsátása is.. A hagyományos Desiroval főbb Adataiban azonos a VT 642 H kivitel Hosszúság: 41,7 m Ülések: 80 Végsebesség: 120 km/h Dízelmotor: 315 kw vontatómotor: 400 kw energia tárolása: lítium-ion akkumulátor, a légszennyezés csökkentése SCR utókezelő karbamid tartály Motor környezetvédelmi megfelelősége [EU Stage IIIb] Projektben együttműködő partne- 35
rek: a DB Regio hálózat, a Westfrankenbahn, az MTU Friedrichshafen [Tognum] A technológia újítás lényege a dízelmotor optimalizálva működik, a vonat a fékezési energiát elektromos energiává alakítja, tárolja a tetőn elhelyezett lítium-ion akkumulátorokban, majd a vonat indításakor gyorsításra hasznosítja. Az MTU Friedrichshafen Tognum leányvállalata fejlesztette ki a PowerPack-ot, az motorkocsi átalakítását Kasselben a DB járműkarbantartó bázisán végezték el, ahol a hibrid Desiro végleges formáját elnyerje. Villamos energia visszatápláló fékgenerátor A Desiro H innováció lényeges eleme és a legnagyobb ökológiai és gazdasági hatású technológiai fejlesztés, eredményeképpen megszületett konstrukció, amelynek a lényege, egy a beépített villamos energia visszatápláló egység a fékgenerátor a vonat lassításakor keletkező energiát villamos árammá alakítja és egy tárolóba továbbítja. A hibrid Desiro ezáltal - a nem villamosított vonalon történő üzemeltetéskor a gyakori megállásokkal tarkított, rövid megállótávolságok, és állomások közötti üzemben a fékezési energiát villamos energiává alakítja és akkumulátorokban tárolja. A legnagyobb hatékonyság az ilyen vonalakon érhető el. Ezért a DB területén Aschaffenburg és Miltenberg között kísérleteztek, amely 37 km-hosszú és 14 állomása, megállója van. A Hibrid Desiro 2012-ben befejezte a vizsgálatot és utasok nélküli próbáit, 2013-ban meg kezdte üzemi próbáit a DB Regio hálózat Westfrankenbahn vonalain. Ezután a prototípus a gyakorlatban is megmutatta, amit a mérnökök kiszámítottak és tesztekkel korábban bizonyítottak, az energia-megtakarítás akár a 25 százalékot is eléri. Hibridüzemmel elérhető energia megtakarítás a dízelvontatásban A DB hálózatán: A németek számítása szerint, ha a német vasút hálózatán közlekedő közel hatszáz Desiro (ebből 230-at a DB üzemeltet) mind hibrid üzemű lenne, akkor azzal, több tízezer tonna gázolaj megtakarítás és CO 2 kibocsátás csökkenés lenne elérhető évente Németország területén. A MÁV hálózatán A MÁV dízel motorkocsis személyszállításában egy évben elfogyasztott gázolaj mennyisége közel 15 millió liter. Ha a hibrid üzem bizonyított előnyét kihasználnánk- vagyis a gázolajfelhasználás 20%-át, azaz 300 ezer litert a hibridvontatásban megtakaríthatnánk az a gázolaj pillanatnyi elszámoló árától függően 600-650 millió Ft/év vontatási üzemköltség csökkentést eredményezne 2012. évi motorkocsis vonatkilométer teljesítés esetén. Megjegyzés: A személyszállításban ma még dízelmozdonyos vontatást figyelmen kívül hagytuk, mert az a villamosításra tervezett vonalak vonatforgalma lehet.. Egyéb hasznok A hibrid hajtásnak az emberekre és az élhetőbb környezetre gyakorolt hatása a csökkentett energiafelhasználás mellett a következőkben nyilvánul meg. Villamos üzemmódban, sem CO 2, sem más szennyező anyag kibocsátás nincs a vasút mentén A hibrid járművekkel a villamos járművekhez hasonlóan villamos üzemmódban kihasználható az állomásokon, megállóhelyeken, alagutakban, a káros anyag kibocsátástól mentes és csendes üzemeltetés. A hibrid technológia kiegészítve más korszerű és környezetkímélő technológiákkal, pl. hőszivatytyús fűtő-hűtőberendezésekkel az energiafelhasználás tovább mérsékelhető. A kettős erőforrású vasúti vontatás jövőképe Szászországnak együtt DB-vel már más tervei vannak a hibrid technológia alkalmazásában, úttörő szerepet kíván betölteni. Az Erzgebirgsbahn tervezi a sorozatgyártást. A vasúttársaság 217 km-es hálózatán a GmbH jelenleg a 16 hagyományos Desiro vonatot üzemeltet. (A Chemnitz, Zwickau és Johann George Town, DB Regio hálózati forgalomban.) A Német Közlekedési Minisztérium 1,9 millió Euroval támogatja a Hybridzugs projektet. Az uniós követelmények teljesítése más uniós országokban a német és angol modellekre alapozva továbbá a japán tapasztalatok figyelembe vételét lehet sikeres. A cikksorozatunkban bemutatott nemzetközi és szerény hazai példák meggyőzően bizonyítják, hogy a kettős erőforrású és a hibrid, a dízelvontatás szükségszerű és sokáig fennálló léte miatt fejlődőképes. Különösen a következő területeken célszerű alkalmazásuk: Két villamosított vonal közötti dízelvonatású pályarészeken átjárás, ha a vontatás üzemmód váltáskor a vontatójármű csere időigénye rontja a vasút versenyképességét. (MÁV példa a kétszeres üzemmód váltásra: Pécs Kaposvár Fonyód Keszthely Tapolca Celldömölk vonal személyforgalma) Üzemmód váltás nyári példája: lásd a MÁV 29-es észak-balatoni vonalát, ahol a menetidő további növelését elkerülendő, a Szabadbattyán Budapest Déli közötti XXXX km-en villamos vontatás helyett a pálya adta lehetőséget kihasználni nem képes dízelvontatású személyszállító vonatokat közlekedtetünk. Belátható, hogy a villamosított vonalakon a kettős erőforrású vontatójárművek alkalmazásának akkor van értelme és haszna, ha így a menetidő rövidül, és vontatójárműveket járművet takarítunk meg. Tehát a vasút megerősíti helyét a környezeti és klímabarát közlekedési 36
eszközök között Vasút energetikai és környezeti hatékonysága A nem villamosított vonalakon az un. hibrid dízelvontatási módok elterjedése hozhat áttörést. Ehhez szükséges MÁV villamos mozdonypark, valamint dízel motorkocsik rendelkezésre állnak, amely olcsóbbá és ezért gazdaságossá teheti a jármű átépítéseket. Jelenleg kihasználatlanul áll a V46, a Bz, jelentős számban, korszerűsítésre, hasznosításra várva. A hibrid hajtású mozdonyok és motorkocsik hazai alkalmazását több magyar diplomaterv, szakanyag, egyetemi kutatással megalapozva készítettük elő, a gyakorlati megvalósítása igaz nem nagyvasúton, normálnyomtávon igen sikeresen indult. (LÁEV, SzÁEV) A vasút értékei közül a környezetvédelem elsődlegességét a zéró-károsanyag kibocsátás elérését célozta meg. (vasút villamosítás, alternatív dízel erőforrású innovációk, mint a hidrogén-cellás és bio üzemanyaggal folytatott kísérletek stb.). Egyéb fontos jogi és vasút szabályozási tennivalók Az energia árak tükrözzék a valós költségeket Tények támasztják alá, hogy az energiafogyasztást kiegészítő követelmények megfogalmazásával és ösztönzők beépítésével befolyásolják, módosítják a hatóságok még akkor is, ha ez nagyobb kezdeti beruházási költséggel jár: Az európai vasúti rendszer bizonyos hálózatain az elektromos vontatási energiát nem a tényleges fogyasztás alapján számítják fel, illetve a költségek közvetlenül az ellátásért felelős szerződő intézménynél jelennek meg. Így a növekvő energiaárakban rejlő kockázat a közforrásokat terheli, miközben korlátozott azon belső ösztönzők köre, amelyek a vállalkozó vasúti társaságot energiatakarékosságra késztetnék. A jelenlegi energiaárak nem tükrözik megfelelően a klímavédelem sürgősségét és a jövőbeni energiahiány kockázatát. Általában az új vasúti járművek harminc-negyvenéves élettartammal rendelkeznek. Ha magas az energiafogyasztásuk, az a jövőben nagyobb költségeket jelent, vagy a magasabb üzemeltetési költségek, vagy az állomány korai lecseréléséből adódó magasabb költségek formájában. A villamos vontatás akkor lehet hatékony és a közszolgáltatás résztvevői számára egyaránt hasznos, ha a közszolgáltatás megrendelője érdekelt a környezetvédelemben és az energia hatékony közösségi közlekedési módok fejlesztésében, támogatásában. A villamos vontatás bizonyítottan energia hatékony, tiszta, zaj és káros anyagmentes üzemű, ezért a közszolgáltatás által elismerten fejlesztendő, A villamos vontatású vasút alacsonyabb költségű, mint a dízelvontatás, ez korrekt költségképzéssel kimutatható, kimutatandó és megkövetelhető a közszolgáltatás megrendelője által. (kwh/utas/ km fajlagos maximalizálásával.) Az üzembe helyezett villamosítási beruházások után az üzemeltetési költség korrekt megosztása, Az érdekeltségi viszonyok rendezésével, a közúttal és a dízelvontatású vasúttal szemben meglévő versenyhátrányokat eltörlik. (közlekedéssel arányos útdíj bevezetése, a gázolaj jövedéki adó felszámítása, pályahasználat során a felső vezeték alatt a dízelvontatáskor is a felsővezeték használatai díj felszámítása) Összefoglalás A vasút az egyik leginkább környezetbarát személyszállítási és áruszállítási közlekedési eszköz, állítottuk és ezt az állítást törekedtünk bizonyítékokkal alátámasztani. A bizonyítás a terjedelmi kötöttségek miatt nem lehet teljes, de az érdeklődő olvasó- nak az irodalomjegyzéki hivatkozásokban számos továbbgondolásra kész információkkal szolgálunk. Következtetésünk, hogy vasútbarát, versenysemleges törvényi, jogszabályi és gazdasági háttér szükséges, és állami szerepvállalással lehet és kell a villamosítás folytatásához a beruházási érdekeltséget megteremteni. A villamosított hálózaton pedig az villamos üzemeltetés során keletkező hasznok és költségek arányos szétosztása esetén garantálható csak a vasúti forgalom növekedése, a forgalomnak a közútról és a dízelüzemről, a villamos vontatásra átterelése. Ez fontos és elengedhetetlen feltétele a közlekedés fenntarthatóságnak. Amennyiben a vasútnál dízelvontatású üzem előzőekben javasolt jármű innovációi, hibridfejlesztései, a hibrid hajtás elterjedése megvalósulna, az segíti az uniós elvárások teljesítését. Ez fontos, szükséges, és a villamos vontatás fejlesztésével együtt elégséges lesz a kitűzött célok eléréséhez. Az uniós vállalásunk, hogy a vasút káros-anyag és CO2 kibocsátását 2030-ig 60 százalékkal csökkentjük, változatlan vontatási teljesítmény mellett. Ám ahhoz, hogy mindez megvalósuljon addig még igen sok a tennivaló és kevés az idő. Irodalomjegyzék: lesz, majd ha marad hely ha itt még van hely akkor ide, ha nem akkor máshol lesz a HÍR HÍR: DB, egy egységnyi vontatási energia kétszer hasznosul A német vasúton a villamos vontatás energiahatékonysága az elmúlt évtizedekben látványos fejlődésen ment át. Jelenleg minden tízedik kwh villamos energia kétszer hasznosul a villamos vontatásban a villamos energia visszatáplálásnak köszönhetően. Az ilyen konstrukciójú vonta- 37
tójárművek 1987-ben jelentek meg a DB-nél. A fejlődés folyamatos. A hamburgi SBahn 201-től 100%-ban megújuló energiát használ. Napjainkban a nagyvasúti visszatáplálás eredményeképpen megtakarított villamos energia mennyisége egy 200 ezres német város éves fogyasztását fedezi. A német vasút 2020-ra 20%- kal csökkenti az energiafelhasználást, és tovább növeli a megújuló energiák felhasználását. A német vasút saját szélerőmű parkot épített és más megújuló energia előállítást is támogat. 38