Του Δημήτρη Παυλόπουλου*
Συμπεράσματα και μελλοντικές τάσεις –προοπτικές –σύγκριση με νέες τεχνολογίες
1 .Συμπεράσματα ερευνητικών εργασιών
Στην Ελλάδα θα πρέπει να βελτιωθούν οι σιδηρόδρομοι των μεγάλων αποστάσεων, ώστε αυτές να αντέχουν σε μεγάλες καταπονήσεις, δηλαδή στην κίνηση οχημάτων αφ’ ενός µεν µεγάλων φορτίων αφ’ ετέρου δε υψηλών ταχυτήτων.
Η εγκατάσταση µονοφασικών δικτύων γραµµών µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, µε όλα τα συστήµατα προστασίας και τηλεπικοινωνιών και σταθµούς µε κέντρα ελέγχου, θα βοηθήσουν να κινηθούν οχήµατα τελευταίας τεχνολογίας (τουλάχιστον αυτές που θα συνδέουν µεγάλες Ελληνικές πόλεις ή θα συνδέονται µε ευρωπαϊκές μεγάλες πόλεις) τα οποία θα µετακινούν µεγάλο αριθµό ατόµων και προϊόντων µε µεγαλύτερη ασφάλεια, σε µικρότερο χρόνο και µε µικρότερο κόστος. Η ίδια τεχνολογία µε µικρότερη ισχύς και µε µικρότερες ταχύτητες µπορεί να εφαρµοστεί σε µετρό, όπως και σε προαστιακούς σιδηροδρόµους.
Πιο συγκεκριμένα :
Τα ντήζελ τρένα έχουν αποδειχθεί μη πρακτικά και στις υψηλές ταχύτητες απαιτούν μεγάλη κατανάλωση ενέργειας ενώ τα τρένα ηλεκτροκίνησης απαιτούν λιγότερη ενέργεια και μπορούν να ταξιδέψουν και με μεγάλες ταχύτητες.
Τα ηλεκτρικά τρένα μπορούν να τροφοδοτηθούν από τους υποσταθμούς με διάφορους τρόπους και αυτό γιατί το δίκτυο ηλεκτροδότησης μπορεί να παράγει ενέργεια από ανεμογεννήτριες, υδροηλεκτρικά εργοστάσια ή ότι άλλο προβλέπει η εκάστοτε εταιρεία παροχής ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας. Σε κάποιες περιπτώσεις το δίκτυο τροφοδοσίας του ηλεκτρικού σιδηροδρόμου μπορεί να τροφοδοτηθεί και από δικές του εγκαταστάσεις παροχής ηλεκτρικής ενέργειας.
Τα ηλεκτρικά τρένα δεν χρειάζεται να μεταφέρουν καύσιμα για την κίνησή τους όπως τα ντήζελ, κερδίζοντας έτσι σημαντικό χώρο στην αμαξοστοιχία ή την ηλεκτράμαξα
Στην εποχή όπου η προστασία του περιβάλλοντος είναι καθημερινή υπόθεση, το ηλεκτρικό τρένο είναι φιλικό προς το περιβάλλον καταναλώνοντας λίγη ενέργεια, μη εκπέμποντας ρύπους και φυσικά σε σχέση με άλλα μέσα μεταφοράς είναι και αθόρυβο.
Εφόσον ο ηλεκτρισμός αποτελεί την καθαρότερη (μηδενικοί ρύποι, μικρές εκπομπές θορύβων και θερμότητας) μορφή ενέργειας, για περιβαλλοντικούς λόγους το σύστημα τραμ θα πρέπει να θεωρηθεί αναπόσπαστο κομμάτι του δικτύου Μ.Μ.Μ. ενός σύγχρονου και περιβαλλοντικά φιλικού αστικού κέντρου.
Η ηλεκτροδότηση των τρένων έφερε επίσης την ανάπτυξη και στην ηλεκτρονική αφού ήταν απαραίτητη η γρήγορη ρύθμιση των επί του οχήματος κινητήρων. Έτσι λοιπόν αναπτύχθηκε η τεχνολογία των GTO θυρίστορ και στη συνέχεια των IGBT θυρίστορ.
Η σημερινή τεχνολογία έχει καταστήσει αρκετά οικονομικές τις διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος και αποθήκευσης ενέργειας, σε αντίθεση με το παρελθόν, επιτρέποντας την ευρεία εφαρμογή των υβριδικών τεχνολογιών.
Πολλές προτάσεις για τροφοδοσία από το έδαφος δεν είναι πάντοτε λειτουργικές, εφ` όσον επηρεάζεται η συνέχεια της λειτουργίας τους από τις καιρικές συνθήκες, τη ρύπανση, τις επιπτώσεις από μηχανικά φορτία και γενικότερα από την κατάσταση του εδάφους.
Τα συστήματα τροφοδοσίας, καλό θα ήταν να εμπεριέχουν υποσυστήματα εξοικονόμησης ενέργειας. Βασική είναι η συμμετοχή της ανακτώμενης ενέργειας από δυναμική πέδηση και της καλύτερης μεταφοράς ενέργειας μέσω των αντισταθμιστικών μέσων(χωρητικότητες, επαγωγές) απωλειών ισχύος (ωμικής ή και άεργου)επί των γραμμών τροφοδοσίας, στην συνολική τροφοδοσία.
Αν και η τεχνολογία εξελίσσεται ραγδαία, το παραδοσιακό σύστημα τροφοδοσίας εναέριων αλυσοειδών γραμμών εξακολουθεί να αποτελεί μία οικονομική και πλήρως λειτουργική λύση, με δυνατότητα συνδυασμού της με όλες τις τεχνολογίες βελτιωμένης εκμετάλλευσης και ανάκτησης ενέργειας.
Οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος αποτελούν σήμερα το πιο σημαντικό κομμάτι του συστήματος έλξης των σύγχρονων σιδηροδρομικών οχημάτων του Ο.Σ.Ε (Ηλεκτράμαξες SIEMENS, Δηζελάμαξες ADtranz, DESIRO Electric).
Τα βασικά πλεονεκτήματα των ηλεκτρονικών μετατροπέων έλξης των τριών τύπων οχημάτων μπορούν να αποτυπωθούν ως εξής:
Ελάχιστη συντήρηση των ηλεκτροκινητήρων (επισκευή μετά από1.800.000 km)
Μέγιστος βαθμός απόδοσης της ελκτικής ισχύος
Μικρή κατανάλωση ενέργειας στα ηλεκτροκίνητα οχήματα (ανάκτηση ενέργειας) αφενός λόγω τροφοδοσίας των βοηθητικών κυκλωμάτων και αφετέρου λόγω επιστροφής ενέργειας στο δίκτυο κατά την πέδηση. Επίσης, λόγω τροφοδοσίας των βοηθητικών κυκλωμάτων στις Δ/H ADtranz κατά την πέδηση.
Μικρό κόστος, βάρος και όγκο
Μικρότερες ροπές αιώρησης των ηλεκτροκινητήρων έλξης
Αύξηση του βαθμού άνεσης λόγω λιγότερων θορύβων και καλύτερης ρύθμισης της έλξης
Μείωση των αρμονικών στο ρεύμα του δικτύου
Ρύθμιση του συντελεστή απόδοσης (cosφ≈1) με συνέπεια την περιορισμένη ανάγκη σε άεργη ισχύ κατά την πορεία και την πέδηση
Οικονομία στη συντήρηση λόγω χρήσης ενιαίων module
Γίνεται λοιπόν σαφές ότι η χρήση των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος μειώνει το κόστος συντήρησης και λειτουργίας σιδηροδρομικών οχημάτων κάνοντας ταυτόχρονα πιο άνετο το ταξίδι των επιβατών. Αυτό έχει σαν συνέπεια την εξοικονόμηση κόστους για τον Ο.Σ.Ε. και ταυτόχρονα την καλύτερη εξυπηρέτηση του επιβατικού κοινού.
Μελλοντικές τάσεις – προοπτικές – σύγκριση με νέες τεχνολογίες
Μία σχεδόν νέα τεχνολογία που εμφανίζεται σε λίγες χώρες στον κόσμο είναι η τεχνολογία Maglev. Είναι η τεχνολογία της μαγνητικής αιώρησης. Πρόκειται για ένα σύστημα μεταφοράς που καθοδηγεί και ωθεί τα οχήματα, κυρίως τα τρένα που μας ενδιαφέρει, με τη χρήση μαγνητικής αιώρησης από ένα πολύ μεγάλο αριθμό μαγνητών για την ανύψωση και την πρόωση. Η μέθοδος αυτή έχει τη δυνατότητα να είναι πιο γρήγορη, πιο αθόρυβη όπως επίσης και πιο ομαλή από τα τροχοφόρα συστήματα μαζικής μεταφοράς. Η δύναμη που απαιτείται για την αιώρηση συνήθως δεν είναι ιδιαίτερα μεγάλη σε ποσοστό από αυτό της συνολικής κατανάλωσης ενός σιδηροδρομικού συστήματος. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας χρησιμοποιείται προκειμένου να ξεπεραστεί η έλξη του αέρα, όπως συμβαίνει και με κάθε άλλο τρένο υψηλής ταχύτητας.
Ιαπωνικό τρένο τεχνολογίας Maglev
Το παραπάνω τρένο που βλέπουμε , για πρώτη φορά, ξεπέρασε το φράγμα της ταχύτητας των 600 χλμ/ώρα σε δοκιμαστική διαδρομή.
Υπάρχουν διαφορές σε σχέση με τα συμβατικά τρένα οι οποίες κυρίως εντοπίζονται στην απόδοση , στο βάρος και στον θόρυβο.
Λόγω της έλλειψης της φυσικής επαφής μεταξύ των γραμμών και του οχήματος, τα τρένα maglev δεν παρουσιάζουν αντίσταση κύλισης, βελτιώνοντας σημαντικά την ενεργειακή απόδοση.
Το βάρος των μεγάλων ηλεκτρομαγνητών στις εγκαταστάσεις είναι ένα σημαντικό ζήτημα του σχεδιασμού. Ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο καλείται να αιωρήσει ένα τεράστιο τρένο. Για το λόγο αυτό οι έρευνες δείχνουν πως είναι καλύτερη η χρήση υπερ-πυκνωτών για την βελτίωση της αποτελεσματικότητας των ηλεκτρομαγνητών, καθώς και του ενεργειακού κόστους της διατήρησης του πεδίου.
Τα τρένα maglev παράγουν λιγότερο θόρυβο από ένα συμβατικό τρένο σε ισοδύναμες ταχύτητες λόγω του ότι ο θόρυβος στα τρένα προέρχεται κυρίως από εκτοπισμούς του αέρα.
Ο μαγνήτης παρουσιάζει μεγαλύτερη αξιοπιστία σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
Σύμφωνα με τα παραπάνω καταλήγουμε:
Με την τεχνολογία Maglev μηδενίζεται το κόστος συντήρησης και αυτό γιατί δεν υπάρχουν φθορές σε τροχούς/καλώδια και σιδηροτροχιές λόγω της αιώρησης. Επίσης η εκκίνηση και η πρόωση είναι ομαλή και αυτό γιατί δεν υπάρχει τριβή όπως συμβαίνει με τα συμβατικά τρένα με τους τροχούς και τις σιδηροτροχιές.
Αναφέραμε πιο πάνω για την ταχύτητα των τρένων αυτού του τύπου η οποία είναι πολύ υψηλή. Το 2015 παραδόθηκε μια γραμμή maglev στην Κίνα, όπου η αμαξοστοιχία μπορεί να αναπτύσσει 1.000 km/h.
Επίσης συγκριτικά με τα συμβατικά τρένα, δεν είναι απαραίτητη η όχληση του περιβάλλοντος με καλώδια και πυλώνες.
Σήμερα ,αν και έχουν περάσει κάποια χρόνια από την εμφάνιση της παραπάνω τεχνολογίας οι περισσότερες χώρες δεν εστιάζουν στην τεχνολογία της μαγνητικής αιώρησης και αυτό γιατί απαιτεί την εξ’ ολοκλήρου εγκατάσταση μιας νέας υποδομής για την υποστήριξη του συγκεκριμένου τροχαίου υλικού, κάτι το οποίο απαιτεί τεράστιους οικονομικούς πόρους. Σίγουρα, αρκετές χώρες που έχουν ήδη κάνει κάποια βήματα προς αυτό τον τομέα συνεχίζουν στην περαιτέρω εξέλιξη.
*Δημήτρης Παυλόπουλος, Μηχανολόγος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός.
Το κείμενο αποτελεί ερευνητική εργασία σχετικά με τα ηλεκτρικά τρένα, στο πλαίσιο της ημερίδας «Ερευνητικό Έργο Ηλεκτρολόγου Μηχανικού» της ΔΚΜ
ecopress.gr
sidirodromikanea.blogspot
