Bezstykowe zasilanie tramwajów Bombardiera

Bombardier Transportation zaprezentował w dniu 22 stycznia 2009 roku pierwszą na świecie bezprzewodową sieć energetyczną pozwalającą zasilać pojazdy szynowe. W niniejszym artykule przybliżamy szerzej ten system.

Pierwszy system tego typu zyskał nazwę handlową Bombardier Primove i został zainstalowany dla celów jazd próbnych na torze testowym dla tramwajów w niemieckim Bautzen. Jest to odpowiedź na rosnące zainteresowanie systemami zasilającymi pozwalającymi uniknąć stosowania sieci napowietrznej, która według niektórych przedstawicieli miast szpeci krajobraz. W związku z tym najbardziej popularne stały się dwa rozwiązania. Pierwsze to zastosowanie wydajnych baterii, natomiast drugie to stosowana przez Alstom Transport trzecia bezpieczna szyna zasilająca (APS). Jednak niedogodnościami tych systemów jest krótki okres eksploatacji baterii, natomiast w przypadku APS zabrudzenie szyny zasilającej i ślizgacza, których sprawność przez to spada a koszty eksploatacji rosną. Pewną alternatywa byłoby zastosowanie silników liniowych, jednak takie rozwiązanie jest kosztowne i wymagałoby zastosowania takiego napędu na całej trasie, co ze względów kosztowych miasta budujące tramwaje nie byłyby w stanie finansowo udźwignąć. Jednak Bombardier najwyraźniej znalazł sposób połączenia konwencjonalnego napędu z silnikiem liniowym w formie zasilania Primove.

System Primove to w zasadzie mariaż technologii magnetycznej lewitacji z tradycyjnym pojazdem, w prototypowym wariancie wykonanym jako tramwaj. Pomiędzy szyny tramwajowe zabudowano zestaw elektromagnesów stanowiących w zasadzie odpowiednik uzwojenia pierwotnego w transformatorze, natomiast pod pojazdem zostały zabudowane mniejsze elektromagnesy stanowiące odpowiednik uzwojenia wtórnego w transformatorze. Wskutek podania napięcia na „szynę zasilającą”prąd pojawia się również w samym pojedzie, bez jakiejkolwiek styczności w postaci odbieraka prądu lub innego mechanicznego połączenia. Tym w głównej mierze system Primove różni się od silników liniowych stosowanych na niektórych liniach metra w Japonii czy Chinach, ponieważ tam napięcie jest pobierane z trzeciej szyny, które potem jest kierowane do zamontowanych pod podłogą silników liniowych. W przeciwieństwie do tego w systemie Bombardiera mamy do czynienia z typowym napędem realizowanym za pomocą elektrycznych silników napędzających koło. Oczywiście podczas działania „szyny prądowej”występuje bardzo silne pole elektromagnetyczne, dlatego w celu jego niwelacji pod napięciem znajduje się jedynie sekcja nad którą jest w danej chwili pojazd. Dzięki temu gwarantowane jest bezpieczeństwo eksploatacji. System testowy ma wyjściową moc ciągłą 250 kW, co wystarcza do napędzania tramwaju długości 30 metrów z prędkością 40 km/h na 6% wzniesieniu. Jednak wersje komercyjne będą dostępne w zakresie mocy od 100 kW do 1 MW w zależności od specyfiki poszczególnych sieci.

System Primove wprowadza wiele zalet w porównaniu z dotychczas eksploatowanymi rozwiązaniami. Po pierwsze eliminuje się problemowy i generujący koszty i straty energetyczne mechaniczny przekaz energii z przewodu zasilającego do pojazdu. Zarówno sieć trakcyjna jak i odbieraki prądu zużywają się podczas eksploatacji i konieczny jest ich ciągły kosztowy serwis. W przeciwieństwie do tego w Primove przekazywanie energii elektrycznej następuje bezstykowo, czym system praktycznie staje się odporny na bieżące zużycie i nie wymaga żadnych działań serwisowych. Drugą niewątpliwą zaletą jest możliwość zabudowania szyny zasilającej pod większością stosowanych na drogach materiałów. W efekcie tego pomiędzy szynami można zastosować dowolną nawierzchnię znacznie poprawiając estetykę okolicy torów tramwajowych oraz eliminując problem zanieczyszczeń znany z trzeciej szyny. Dodatkowo odpadają zimowe problemy, ponieważ system działa również przez warstwę śniegu i lodu. Zaletą systemu jest także możliwość zainstalowania w pojeździe również tradycyjnego odbieraka prądu, co pozwala na stosowanie sieci trakcyjnej poza obszarami chronionych centrów miast, natomiast w historycznej okolicy można zastosować zasilanie typu Primove. System ten ma również dać znaczące oszczędności podczas budowy odcinków w tunelach, gdzie dzięki takiemu zasilaniu można zastosować mniejszy, a co za tym idzie tańszy przekrój. System ten może również zostać sprzężony z układem Bombardier Mitrac Energy Saver, czyli układem magazynującym energię elektryczną powstającą podczas hamowania, co przekłada się na obniżenie kosztów eksploatacji. System ten jest testowany od 2003 roku, a wyniki eksploatacji obserwowanej potwierdzają redukcję zużycia energii aż o 30 % w stosunku do tradycyjnego tramwaju bez możliwości rekuperacji energii. Niestety Primove jak każde nowe rozwiązanie ma zasadniczą wadę, jaką jest koszt jego instalacji, jednak ten w miarę upływu lat powinien maleć.

System Primove czeka jeszcze dokończenie procesu badawczego. System został zainstalowany na oddanym niedawno do eksploatacji tramwajowym torze testowym w Bautzen, gdzie 60% torów zostało wyposażonych w to zasilanie. Dla celów testów zaadoprotwano jeden z tramwajów dla Halle, gdzie zamontowano podpodłogowe odbieraki prądu. Pierwsze udane sukcesem jazdy odbyły się we wrześniu 2008 roku i od tego czasu system jest stale optymalizowany. W okresie zimowym sprawdzone zostanie działanie systemu przy padach śniegu, ujemnych temperaturach i istnieniu lodu. Sprawdzona zostanie także odporność na działanie soli i innych środków stosowanych na drogach. Cały proces badawczy ma się zakończyć pod koniec 2009 roku. Wraz z zakończeniem badań system stanie się dostępny dla odbiorców. Pomimo faktu, że system jest budowany i testowany pod kątem tramwajów, to istnieje możliwość jego montażu także w innych środkach transportu, w tym głównie w metrze.

System Bombardier Primove jest niewątpliwym przełomem w obszarze zasilania pojazdów trakcyjnych w energię elektryczną. Jest to pierwsze rozwiązanie, które pozwala na eliminację problemowych odbieraków prądu, przy jednoczesnym niemal całkowitym wyeliminowaniu zużycia elementów podczas eksploatacji. To wszystko daje olbrzymie oszczędności, jednak musimy by realistami, że przynajmniej w pierwszym okresie istnienia tego systemu na rynku nie znajdzie on odbiorców w Polsce, gdzie nadal potrzeby przetrwania biorą górę nad inwestycjami w przyszłość.