Η Toyota Motor Europe θα προμηθεύει μονάδες κυψελών καυσίμου για τρένα ως μέλος της κοινοπραξίας FCH2RAIL.
Σχεδόν οι μισές σιδηροδρομικές γραμμές στην Ευρωπαϊκή Ένωση είναι ηλεκτρικές και επιτρέπουν τοπικές σιδηροδρομικές μεταφορές χωρίς εκπομπές. Στις υπόλοιπες γραμμές χρησιμοποιούνται αμαξοστοιχίες ντίζελ. Στο πλαίσιο του έργου της ΕΕ FCH2RAIL (Fuel Cell Hybrid Power Pack for Rail Applications), μια κοινοπραξία εταιρειών από το Βέλγιο, τη Γερμανία, την Ισπανία και την Πορτογαλία αναπτύσσει και δοκιμάζει ένα νέο αρχέτυπο αμαξοστοιχίας μηδενικών εκπομπών. Πυρήνας του έργου είναι ένα υβριδικό, διττής λειτουργίας σύστημα κίνησης, που συνδυάζει ηλεκτρική ενέργεια από την εναέρια γραμμή με “υβριδική συστοιχία κυψελών καυσίμου” (που αποτελείται από κυψέλες καυσίμου υδρογόνου και μπαταρίες) και λειτουργεί ανεξαρτήτως της εναέριας γραμμής.
Το έργο FCH2RAIL ξεκίνησε τον Ιανουάριο και οι διαδρομές αναφοράς και τα σενάρια λειτουργίας του αρχέτυπου έχουν ήδη καθοριστεί.
Εναέρια γραμμή και υβριδικό σύστημα: Διαδρομές διττής λειτουργίας, χωρίς εκπομπές
Όπου υπάρχουν εναέριες γραμμές, η αμαξοστοιχία θα τροφοδοτείται από αυτές. Όταν δεν υπάρχουν, η ενέργεια θα προέρχεται από την κυψέλη καυσίμου και το σύστημα μπαταρίας, υπό την επωνυμία «Fuel Cell Hybrid Power Pack».
“Θέλουμε να δείξουμε ότι αυτός ο τύπος αμαξοστοιχίας διττής λειτουργίας αποτελεί ανταγωνιστική και φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση έναντι της αμαξοστοιχίας ντίζελ”, αναφέρει ο επικεφαλής του έργου και ερευνητής Holger Dittus του Γερμανικού Κέντρου Αεροδιαστημικής – Ινστιτούτο Οχημάτων (DLR).
Σήμερα, πολλές σιδηροδρομικές γραμμές στην Ευρώπη είναι εξοπλισμένες με εναέριες γραμμέ, ένα πολύ ακριβό και μακροπρόθεσμο έργο που εξαρτάται από τις τοπικές γεωγραφικές συνθήκες. Μια εναλλακτική λύση αποτελούν τα τρένα αμιγώς μπαταρίας, αλλά διαθέτουν περιορισμένη αυτονομία (30 έως 70 χιλιόμετρα), ανάλογα με τη διαδρομή και τις εξωτερικές θερμοκρασίες. Τα τρένα ντίζελ έχουν χαμηλότερες επιδόσεις όσον αφορά την τελική ταχύτητα και την επιτάχυνση σε σύγκριση με τα οχήματα που κινούνται με ηλεκτρικούς κινητήρες και εναέριες γραμμές.
“Το υβριδικό σύστημα διττής λειτουργίας συστοιχίας μπαταριών κυψελών καυσίμου συνδυάζει τα πλεονεκτήματα αμφότερων των τεχνολογιών: Ενέργεια από εναέριες γραμμές ή αυτοφερόμενη. Αυτό μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε σιδηροδρομικές μεταφορές ακόμα πιο βιώσιμες και ενεργειακά αποδοτικές”, λέει ο Sergio Gascon, τεχνικός υπεύθυνος έργου της Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles (CAF), συνοψίζοντας τον κύριο στόχο του έργου.
Το σύστημα παροχής ενέργειας θα σχεδιαστεί κατά τέτοιο τρόπο ώστε η ισχύς και η αυτονομία να μπορούν να επεκταθούν σπονδυλωτά: Ο αριθμός των κυψελών καυσίμου και των συστοιχιών μπαταριών επηρεάζει την ισχύ κίνησης. Ο αριθμός των δεξαμενών υδρογόνου καθορίζει την αυτονομία σε μη ηλεκτρικές γραμμές. Επομένως, ο κινητήρας θα σχεδιαστεί για χρήση τόσο στις επιβατικές, όσο και στις εμπορευματικές μεταφορές.
Με προϋπολογισμό 14 εκατ. ευρώ, το έργο στοχεύει στην ανάπτυξη, επίδειξη και έγκριση ενός τέτοιου συστήματος τα επόμενα τέσσερα χρόνια. Το έργο χρηματοδοτείται με 10 εκατ. ευρώ από την κοινοπραξία Fuel Cells and Hydrogen 2 (FCH 2 JU).
«Η μελέτη μας υδρογόνου και κυψελών καυσίμου στο σιδηροδρομικό περιβάλλον έδειξε πως υπάρχει σημαντική δυνατότητα για τις τεχνολογίες FCH και ότι τα τρένα υδρογόνου θα αποτελέσουν σημαντικό μέρος στην οικοδόμηση βιώσιμου ευρωπαϊκού συστήματος μεταφορών, δήλωσε ο Bart Biebuyck, Εκτελεστικός Διευθυντής της FCH 2 JU. «Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή κατέστησε σαφές στη στρατηγική της για το υδρογόνο πως αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη επιλογή όπου η ηλεκτροδότηση είναι δύσκολη – σε συγκεκριμένα τμήματα του σιδηροδρομικού δικτύου. Το έργο FCH2RAIL θα δείξει πως η τεχνολογία παρέχει ευέλικτη λύση μηδενικών εκπομπών προς αντικατάσταση των συρμών ντίζελ σε αυτές τις περιοχές και ανυπομονώ για το αποτέλεσμα».
Διαδρομή: Λειτουργικές δοκιμές με τρένο μετατροπής
Για να κατανοήσουμε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις ενός τέτοιου συστήματος, από την παραγωγή του, τη χρήση του, μέχρι τη διάθεσή του και να αξιολογήσουμε την απόδοση υπό πραγματικές συνθήκες, σχεδιάζεται η μετατροπή μιας ηλεκτρικής αμαξοστοιχίας CIVIA (της ισπανικής κατασκευαστικής CAF) με την ενσωμάτωση μιας υβριδικής συστοιχίας μπαταριών κυψελών καυσίμου. Ο ισπανικός κρατικός φορέας σιδηροδρόμων Renfe παρέχει το τρένο. Ένα από τα κεντρικά στοιχεία του ενσωματωμένου ενεργειακού συστήματος είναι οι συστοιχίες μονάδων κυψελών καυσίμου της Toyota Motor Europe (TME), ενώ οι μπαταρίες και οι μετατροπείς ισχύος προέρχονται από την CAF. Οι αρχικές λειτουργικές δοκιμές και οι τελικές για έγκριση θα πραγματοποιηθούν σε ισπανικές και πορτογαλικές γραμμές με υποστήριξη των διαχειριστών υποδομών Administrador de Infrastructuras Ferroviarias (ADIF) και Infraestruturas de Portugal (IP). Το ισπανικό ερευνητικό κέντρο υδρογόνου Centro National de Hidrogeno (CNH2) έχει αναλάβει την κατασκευή ενός σταθμού ανεφοδιασμού υδρογόνου για το αρχέτυπο και τις δοκιμές FCHPP πριν την ολοκλήρωση της αμαξοστοιχίας.
Αγκαλιάζουμε αυτήν την ευκαιρία συνεργασίας με την κοινοπραξία για να εφαρμόσουμε την τεχνολογία μας κυψελών καυσίμου σε άλλο τύπο χρήσης. Το υδρογόνο θα διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην απάλειψη άνθρακα στους σιδηρόδρομους της Ευρώπης και είμαστε ενθουσιασμένοι που ενσωματώνουμε τις μονάδες κυψελών καυσίμου της Toyota στο “Fuel Cell Hybrid Power Pack”, δήλωσε ο Thiebault Paquet, διευθυντής του Fuel Cell Business Group της Toyota Motor Europe.
Σχεδιασμός και έλεγχος του συστήματος, διαχείριση ενέργειας και έγκριση τύπου
Μέχρι να ολοκληρωθεί η πρώτη δοκιμή, η ομάδα του διεθνούς έργου εξακολουθεί να έχει μια σειρά τεχνολογικών προκλήσεων προς επίλυση: Για το σχεδιασμό, οι μονάδες κυψελών καυσίμου και μπαταρίας πρέπει να συνδυάζονται και να ελέγχονται με τέτοιο τρόπο ώστε το σύστημα να πληροί όλες τις απαιτήσεις και να μπορεί παράλληλα να υλοποιηθεί αποδοτικά. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει δυνατότητα χρήσης της απορριπτόμενης θερμότητας των μονάδων κυψελών καυσίμου για αποτελεσματικό κλιματισμό και θέρμανση της αμαξοστοιχίας. Η κατασκευάστρια κλιματιστικού Faiveley / Stemmann Technik (STT) και η DLR ερευνούν καινοτόμες λύσεις για μείωση της ενεργειακής ζήτησης για θέρμανση, εξαερισμό και κλιματισμό (HVAC) στο πλαίσιο του έργου.
Το έργο εξετάζει επίσης κανόνες και πρότυπα στους τομείς του υδρογόνου και των σιδηροδρομικών μεταφορών και επιχειρεί να τους συνενώσει διασφαλίζοντας ασφαλή αλληλεπίδραση μεταξύ της τεχνολογίας υδρογόνου και της εναέριας σύνδεσης ανά πάσα στιγμή. Βάσει αυτών, η ομάδα έργου αναπτύσσει προτάσεις προς διευκόλυνση των εγκρίσεων εκ μέρους των αρμόδιων αρχών σε ολόκληρη την ΕΕ στο εγγύς μέλλον.
