Hybridní lokomotivy šetří peníze i životní prostředí, města nevyjímaje

Na železnici se lze setkat jednak s lokomotivami, které táhnou (případně tlačí) nemotorové osobní nebo nákladní vozy, a jednak s osobními motorovými vozy či jednotkami – tedy nakrátko spřaženými osobními vozy s vlastním pohonem. Lokomotivy v traťové službě vozí ucelené vlaky, lokomotivy posunovací manipulují s vozy ve stanici, v depu nebo na vlečkách (kolejových napojeních různých podniků). Pohon lokomotiv či motorových vozů a jednotek zajišťuje dieselový motor nebo elektromotor (u těžkých motorových lokomotiv se kromě toho používá tzv. elektrický přenos výkonu, kdy spalovací motor vyrábí elektřinu pohánějící elektromotory na podvozku – je to kvůli efektivnímu hospodaření s tažnou silou).

Elektrifikace trati včetně stanic vyžaduje velkou investici a údržba trakčního (trolejového) vedení je zdrojem provozních nákladů. Zato sám provoz elektrických vlaků, tedy elektrická trakce (z latinského trahere – táhnout), je značně levnější oproti trakci dieselové. Elektrické vlaky také neprodukují místní emise škodlivých látek.

Není nijak těžké si dovodit, kde bude největší výzva elektrickému pohonu: Zaprvé je to provoz na středně frekventovaných vedlejších tratích – dostatečně rozsáhlý, aby významně zatěžoval životní prostředí v dieselové trakci, a přitom ne tak rozsáhlý, aby se vyplatilo investovat do elektrifikace trati. Zadruhé je to posun ve stanicích, pro který z nějakého důvodu nelze použít elektrické lokomotivy napájené z troleje.

Využití elektrických hybridních pohonů na železnici se dnes v ČR soustřeďuje zejména na oblast posunu ve stanicích. To má jeden důležitý ekologický aspekt: Stanice a další objekty, kde se v provozu používají posunovací dieselové lokomotivy, se velmi často nacházejí uprostřed měst. Provoz těchto lokomotiv, nezřídka zastaralých, zde představuje pro obyvatelstvo nepříjemnou zátěž v podobě znečištění ovzduší a hluku.

Pojďme si nejprve popsat několik faktů, které charakterizují provoz lokomotiv při této službě. Z hlediska ceny provozu lze konstatovat, že náklady na provoz elektrické lokomotivy jsou zhruba poloviční až třetinové v porovnání s provozem lokomotivy dieselové. Vysoké provozní náklady dieselu jsou kromě ceny energie dány také tím, že vzhledem k potřebě zajištění stlačeného vzduchu a nemožnosti častých opakovaných startů, bývá v depech zvykem, že motory dieselové lokomotivy běží celý den. A to, i když vlastní práce lokomotivy je méně než polovina celkového času. Zbývající čas lokomotiva stojí, diesel pracuje ve volnoběžném režimu a tím se podstatně zvyšují provozní náklady na palivo a maziva a podstatně se snižuje životnost dieselu. Kromě toho uvolňují emise výfukových plynů a působí hluk.

Zdálo by se logické využívat pouze elektrické lokomotivy napájené z troleje. Jenže ne všechny trati jsou elektrifikované – z cca 10 tisíc km tratí v ČR je jich elektrifikována zhruba třetina. A i na těchto tratích existují místa, kde z provozních, ekonomických či bezpečnostních důvodů nelze instalovat trolejové vedení – například nákladová nádraží, překladiště, vlečky průmyslových závodů, depa, myčky apod.

Jak je uvedeno výše, hybridní lokomotiva může být dvojího typu. Prvním je diesel-baterie hybrid (DBH), druhým je kombinace napájení z trakčního (trolejového) vedení a z baterie, zkráceně trakce-baterie hybrid (TBH). Obě varianty mají své větší či menší ekonomické a provozní výhody. Obecně je zřejmé, že obě varianty provoz vylepšují.

U obou druhů je výhodou možnost sběru energie při brzdění a jejím následném využití pro rozjezd lokomotivy. Při brzdění pomocí elektrodynamické brzdy (EDB) dochází k tzv. rekuperaci, kdy elektromotor funguje jako generátor a vyrábí elektřinu. Pokud pro ni není využití, promění se v brzdových odpornících neužitečně na teplo vyzářené do okolního prostředí. Jiná situace je, pokud lze tuto elektřinu uložit do baterií na lokomotivě. Celkové energetické ztráty hybridní lokomotivy jsou pak velmi malé. Kromě toho se šetří nejen palivo, ale i dvojkolí a brzdové zdrže.

Tato hybridní kombinace dokáže ušetřit díky baterii až 50 % paliva. Výkon dieselu bývá většinou menší než výkon elektrického pohonu, a tak se baterie použije i pro vykrytí výkonových špiček například při rozjezdu. Přítomnost dieselového motoru přitom činí takovouto lokomotivu zcela nezávislou na vnějším zdroji elektrického napájení (troleji).

DBH může jít cestou modernizací starých lokomotiv nebo výroby nových. Tímto druhem hybridních lokomotiv se zabývá česká firma CZ LOKO.  

V ČR existují plány na modernizaci starých elektrických lokomotiv. To obnáší celkové provaření podvozku, výměnu nebo renovaci elektronických součástek, přidání baterie o kapacitě pro potřebný dojezd (20, 50 nebo i více km) a další úpravy. Takto upravené lokomotivě, účetně již dávno odepsané, se prodlouží technická životnost o 30 let. Díky tomu mohou provozovatelé drážní dopravy podstatně ušetřit investiční a provozní náklady. Na takovémto projektu pracuje plzeňská společnost DI-ELCOM.

Baterie se přitom nabíjí vždy, pokud je lokomotiva pod trolejí, takže nevznikají žádné prostoje a o baterii se nikdo nemusí starat.

Jak patrno, rozvoj bateriových technologií umožňuje šetření finančních zdrojů i životního prostředí. V případě lokomotiv pomáhají bateriové technologie podstatně snížit provozní náklady. Zanedbatelné není ani to, že např. pro obsluhu depa postačí jeden typ lokomotivy, který je schopný zajistit veškeré manipulace. Pokud si provozovatelé lokomotiv spočítají všechna pro a proti, tak hybridní lokomotiva bude výhodná volba.

Jakub Eliáš – nano power a.s. a redakce Smartcityvpraxi.cz

Ilustrační foto © archiv redakce Smartcityvpraxi.cz