Ново изчислителен модел разработена от Политехническия университет във Валенсия (UPV), допринася значително за намаляване на потреблението на енергия във влаковете. Този иновативен модел има потенциала да генерира спестявания между 15% и 20%, което позволява на железопътните мрежи да бъдат по-енергийно ефективни. Изследователският екип, ръководен от стро.инж.д Рикардо Инса, от Институт за транспорт и територия (UPV), работи от месеци върху измерването и анализа на реални данни, получени от влакове, оборудвани с модерни записващи устройства.
Разработване на изчислителен модел за намаляване на потреблението на енергия във влаковете
За да изчисли точно потреблението на енергия на влаковете и тяхната ефективност при ежедневна употреба, екипът, ръководен от Insa, използва серия от иновативни инструменти. В този процес влаковете бяха оборудвани с три вида измервателни устройства:
- пантографен метър: Това устройство беше от ключово значение за записването на това колко обща енергия получава и поглъща влакът.
- Измервател на спомагателни услуги: Отговаря за записването на консумацията на енергия за системи като климатизация, отопление, осветление, врати, видеокамери и др.
- съпротивителен метър: Този измервателен уред проверява консумацията на енергия в резисторите на влаковете.
Благодарение на тази технология екипът успя да получи a подробна карта на потреблението на енергия от началото до края на всяко пътуване с влак.
Анализ на криви на скоростта за енергийна оптимизация
Игнасио Вилалба, друг изследовател от UPV, фокусиран върху изучаването на скоростни криви на влака. С тази информация беше възможно да се идентифицира оптимална скорост които влаковете трябва да поддържат във всеки участък от маршрута, което позволява значително намаляване на потреблението на енергия. Този метод е приложим както за автоматични влакове, като метрото, така и за наземни влакове, които се управляват ръчно.
Регулиране на скоростните профили и ефективно управление при ръчно шофиране
Влаковете на метрото, които обикновено работят в автоматичен режим, могат да бъдат препрограмирани да следват оптимизирани профили на скоростта. Въпреки това, за ръчно задвижвани наземни влакове е необходимо да се осигури подробни указания за водачите. Тези насоки включват насоки относно оптималните скорости за поддържане, подходящи модели на спиране и ускоряване, които позволяват да се постигнат значителни икономии на енергия.
„Идеята е, че новите профили на скоростта, получени в модела, се прилагат по време на нормална работа, което ни позволява да анализираме дали теоретичните спестявания, получени в модела, се случват на практика,“ добави Вилалба.
Отвъд модела: други стратегии за пестене на енергия в железопътния сектор
Въпреки че изследването на UPV осигури голям напредък, има няколко други стратегии, които се прилагат на практика в световен мащаб за намаляване на потреблението на енергия във влаковете. Въз основа на подобни изследвания и проучвания като това на Железопътна фондация (със заповед на ЕИК) ключови за намаляване на потреблението на енергия в сектора са следните направления:
Оптимизация при проектирането на инфраструктурни и реверсивни подстанции
От дизайна на разположението на релсите могат да бъдат приложени подобрения, като например използването на реверсивни подстанции на линии, електрифицирани с постоянен ток. Тези подстанции ви позволяват да се възползвате от енергия, регенерирана при спиране на влаковете, което значително намалява количеството енергия, което се губи.
Освен това се проучва използването на енергийни акумулатори, както на земята, така и в самите влакове, което допринася за Възстановяване на енергия по време на работа и намалява зависимостта от външно захранване. Добър пример за това са системите, внедрени в подлезите на градове като Билбао и Мадрид.
Стратегии за проектиране на превозни средства
Дизайнът на влаковете също има голямо влияние върху потреблението на енергия. The аеродинамика на влака, на производителност на задвижващата система и намаляването на масата (използване на леки материали) са съществени фактори. Освен това включването на акумулатори на борда дава възможност да се възползвате от енергията, генерирана по време на спиране, особено в трамвайни системи като тези в Сарагоса и Севиля.
Ефективно шофиране чрез автоматични системи
Икономичното шофиране е друга техника, която се възприема широко. Влаковете, оборудвани със системи за автоматично задвижване (ATO), могат да бъдат програмирани да следват оптимизирани профили на скоростта, осигурявайки ефективно използване на енергията и адаптиране на скоростта според трафика или пътните условия.
В Испания няколко линии на метрото, като линия 9 на метрото в Барселона, са напълно автоматизирани без шофьор, което позволява прецизно регулиране на потреблението на енергия. Тази технология се разширява и към високоскоростни линии и други железопътни мрежи.
Въздействие на електрическата тяга и регенеративните спирачни системи
Системите на регенеративно спиране Те позволяват на кинетичната енергия, генерирана при спиране, да се върне в електрическата мрежа или да се съхрани за по-късна употреба. Това е приложено в много съвременни влакови и метро системи, като значително намалява загубите на енергия.
От друга страна електрическа тяга предлага много по-ефективна производителност от дизеловите влакове. Renfe, например, увеличи дела на своите влакове с електрическа тяга и намали емисиите на CO2 с повече от 50%. В допълнение към подобряването на ефективността, този тип тяга генерира по-ниски нива на замърсяване.
Подобрения в климатизацията и осветлението
Друг важен аспект, който трябва да се вземе предвид при пестенето на енергия, е климатизацията и осветлението на влаковете. Използването на интелигентни системи управлението на въздуха, адаптирано към броя на присъстващите пътници, може да спести до 50% от енергията, която обикновено се отделя за климатизация.
От своя страна, димируемо LED осветление, която вече е внедрена в някои влакове, има потенциал за спестяване на енергия от повече от 70% в сравнение с традиционните системи.
Икономия на енергия при експлоатация на трафика и централизирано управление
Както бе споменато по-горе, ефективно планиране на графика и внедряване на комуникационни системи централизиран контрол на трафика може да генерира значителни икономии на енергия. Този подход позволява операциите на влаковете да бъдат препланирани в реално време, оптимизирайки техните траектории и потребление според условията на движение.
Очаква се тези технологии да станат стандарти, тъй като напредъкът в изкуствения интелект и големите данни позволява железопътните мрежи да бъдат управлявани по-ефективно.
Железопътният транспорт е един от най-ефективните транспортни средства от енергийна гледна точка. Въпреки това непрекъснатите подобрения в инфраструктурата, дизайна на превозните средства и работата на трафика, заедно с приемането на възобновяеми енергийни източници, ни позволяват да продължим да намаляваме потреблението на енергия, допринасяйки за по-устойчив и екологичен транспортен модел.