Vlaky budou jezdit i na baterky

Doprava má v dalších dekádách výrazně zezelenat. Aby bylo možné splnit klimatické cíle Evropy i Česka, musí se co nejvíce lidí a nákladu přesunout ze silnic na koleje. Vlaky na nich budou jezdit na elektřinu z obnovitelných zdrojů. Na dosažení tohoto cíle se pracuje i v Česku.

Hlavní tratě jsou vybavené trolejovým napájením a vlaky jezdí na elektřinu, na méně vytížených trasách se ale elektrifikace nevyplatí a jezdí po nich vlaky na naftu. Řešením mají být hybridní vlaky. Z trolejí dobíjí své baterie, z nichž si následně berou energii při jízdě na neelektrifikovaných tratích. Čistá doprava se tak dostane i tam, kam dříve nemohla.

Na hybridních vlacích společnosti Siemens Mobility se podílí i čeští konstruktéři a softwaroví inženýři. Desítky jich v Praze a Plzni pracují na centrálním řídicím systému těchto vlaků a zjednodušeně tak zastřešují vývoj z jiných částí skupiny. V českých vývojových centrech (kromě Prahy a Plzně jde například o Ostravu) vzniká i řada dalších částí těchto vlaků. Mimo jiné projektují například kabeláž, informační systém pro cestující, zástavbu toalet či datové spojení vlaku se světem. V Česku se také řeší požární bezpečnost nebo elektromagnetická kompatibilita. Výsledkem jejich práce jsou například jednotky Desiro Cityjet eco pro rakouské dráhy nebo Mireo Plus B pro Německo. "Vývoj nového vlaku je především týmová práce odborníků z mnoha oborů, které si velmi cením," říká Jiří Šašek z plzeňského vývojového centra Siemensu.

Nafta je ze hry

Je to svého druhu revoluce. Takové vlaky tu donedávna nebyly, ale budou standardem. "Vozidla, která dnes vyvíjíme, mají životnost 30 let, budou tu jezdit i v roce 2050," vysvětluje Jiří Pohl, dopravní expert společnosti Siemens Mobility, který se zabývá udržitelnou dopravou i energetikou. Za třicet let tu už nebudou žádné uhelné elektrárny a na silnicích nebudou auta se spalovacími motory. Takový je plán dokumentu Zelená dohoda pro Evropu. Cíle jsou určeny a podle Pohla je již naftový motor v regionálních osobních vlacích ze hry. "Spalováním fosilních paliv nevratně přesouváme veškerý v nich uložený uhlík z podzemí do ovzduší. To má negativní dopad na klima, proto se musíme naučit žít i bez nich," popisuje.

Navíc železniční dopravci už zvažují, zda má dnes smysl kupovat nové vlaky na naftu. Je to investice na třicet let a není jisté, jestli je vůbec bude možné celou dobu provozovat. Mezi dopravci tak roste poptávka po vlacích, které poslouží i za desítky let. Výrobci železničních vozidel proto musí vyvinout nové pohony. Jedním z řešení je zmíněný hybridní vlak. Stejně jako skončily povozy tažené koňmi či parní lokomotivy, nyní ke konci míří ty dieselové. "Chceme elektrická vozidla dostat i na neelektrifikované tratě," říká Pohl.

Železničním vozidlům se Siemens věnuje od devatenáctého století. V roce 1879 představil první elektrickou lokomotivu na světě, která byla nasazena do běžného provozu. Během generací vývoje se technika postupně posouvala kupředu a hybridní vlaky jsou příležitostí, jak by železnice mohla poskočit zase o kus dál. Vozidla, která začleňují do pohonu i baterie, nutí vývojáře dívat se na některé věci jinak než dosud.

"Funkce pro akumulátorové napájení a jeho integraci do vozidla vytváříme víceméně od nuly," popisuje Jiří Šašek. Elektřina z baterií je na rozdíl od té z trakčního vedení omezený zdroj, proto je třeba s ní více šetřit. Jde nejen o snížení nákladů, ale i o prodloužení dojezdu. "Řešíme například i možnost nocování vlaku v místě bez trakčního vedení," říká Šašek. Projektanti hledají řešení, jak třeba během noci v zimě spotřebovat co nejméně energie. Řeší se i možnost napájení vlaku z běžné sítě v koncových stanicích, aby vyhřívání klíčových komponentů nebralo energii z baterie. V ideálním případě by si měl vlak se svou baterií vystačit, mohou ale nastat extrémní mrazy, případně z důvodu mimořádné události nebude před nocováním dost nabitý.

Hybridní vlaky budou pro dopravce výhodné i kvůli plánované další elektrifikaci českých tratí. Kde se postaví nové troleje, budou je moci využívat, jinde pojedou na baterie. Investice do elektrifikace, které plánuje Správa železnic, tak přinesou více úspor energie i emisí a budou efektivnější. To je změna proti současné situaci, kdy i pod trolejemi stále jezdí naftou poháněná vozidla.

Bez zbytečných přestupů

Bezemisní provoz je jen jednou z výhod hybridních vlaků oproti těm naftovým. Kdo chce dnes cestovat mezi elektrifikovanou a neelektrifikovanou tratí, buď jede celou cestu bez přestupu naftovým vlakem, nebo musí přestupovat, případně počkat na výměnu lokomotivy. S hybridním vlakem bude cestování rychlejší a pohodlnější. Lidé tak budou mít více důvodů používat energeticky i emisně úspornou dopravu.

I v Česku se nabízí řada možností, kde je vhodné vozidla tohoto typu používat. Jde například o spojení Jihlavy a Hlinska. Trať je elektrifikovaná po Havlíčkův Brod. Hybridní vlaky, které si berou energii z trolejí nebo z baterie, dokážou projet celou trať na elektřinu a bez emisí. Cestující pojedou zelenou dopravou bez nutnosti přestupování.

Počítá se i se spojováním elektrických a hybridních jednotek do společného vlaku s využitím automatických spřáhel. Hybridní vlak tak může být připojen například na konec elektrického vlaku z Jihlavy do Čáslavi. V Havlíčkově Brodě se odpojí a dojede na energii v bateriích do cíle své cesty mimo oblast elektrifikovaných tratí a zpět k trakčnímu vedení.

Hybridní vlaky mohou dát podle Pohla smysluplnou budoucnost lokálním tratím, které mají potenciál k růstu počtu cestujících. Přinesou tišší a rychlejší jízdu a na řadě míst nabídnou lepší spojení než stávající kombinace motorových a elektrických vlaků.

Tam, kde bude poptávka slabší, zajistí veřejnou dopravu elektrobusy. A tam, kde bude cestujících nejméně, přijde flexibilní veřejná doprava v podobě elektrických autonomních automobilů. Právě ty mohou svážet cestující z menších obcí k hlavní železniční trati.

Zatímco hybridní vlaky doplní cestování po železnici na méně vytížených tratích, na těch s největší poptávkou nastoupí vysokorychlostní vlaky s rychlostmi 350 kilometrů v hodině. Ty umí snížit emise produkované dopravou tím, že motivují cestující z aut a letadel k použití bezemisní dopravy. Železnice se díky novým technologiím zatraktivní a jen tak může být součástí dopravy budoucnosti, která nesmí poškozovat zdraví lidí jedovatými látkami ani vytvářet emise skleníkových plynů.

Velkou předností bateriových vlaků je rekuperace energie, tedy nabíjení baterie při brzdění. "To je účinnější než u aut, vlak má nízké valivé i aerodynamické odpory," vysvětluje Šašek.

Dojezd na baterie je v závislosti na profilu tratě kolem 100 kilometrů, což pro většinu regionálních tratí s rezervou postačuje. Počítá se i s možností změn během provozu − například pokud dojde k elektrifikaci části trati, může se baterie zmenšit nebo po skončení životnosti zcela vymontovat a použít ve stacionárním úložišti energie. Po použitých bateriích z vozidel je velká poptávka. Jako vyrovnávací zásobník energie k solárním elektrárnám dobře poslouží i ty, které už na použití ve vlaku nebo elektromobilu nestačí.

Pomohly mobily a notebooky

Vlaky s akumulátory nejsou nic nového, experimentoval s nimi už František Křižík, dnes ale dávají mnohem větší smysl. Důvodem jsou lepší a dostupnější baterie. "Jejich rozvoji pomohla hlavně spotřební elektronika," vysvětluje Pohl. Jak bylo potřeba dodávat baterie do stále náročnějších mobilních telefonů a notebooků, urychlilo to i jejich vývoj. Do článků s nižší hmotností a menšími rozměry se vejde více energie a klesla i jejich cena. Na to navázal rozmach elektrických automobilů, který vývoj baterií posunul ještě dál.

Pro nasazení na dráze jsou ale na akumulátory jiné nároky než u aut nebo spotřební elektroniky. U vlaků se počítá s nasazením 16−18 hodin denně, sedm dní v týdnu, 365 dní v roce. Jejich baterie se budou i několikrát denně rychle nabíjet z trakčního vedení, musí proto být mnohem robustnější. "Mohou být těžší a dražší, ale musí být trvanlivé a spolehlivé," říká Pohl. Výzvou je i rychlost dobíjení pod trolejí. Vlak může z trakčního vedení nabíjet mnohonásobně větším výkonem než ty nejrychleji se dobíjející elektromobily. Důležité je najít optimální poměr mezi rychlostí nabíjení a životností baterie.

Společnost Siemens Mobility vyvíjí i vozidla, která si potřebnou elektřinu vyrábí v palivovém článku z vodíku. Ten dává jako palivo smysl tam, kde ve velkém vzniká jako levný vedlejší produkt při přechodu energetiky na obnovitelné zdroje. Pro ty jsou charakteristická častá období okamžitého přebytku výroby elektřiny nad její spotřebou. Například v Německu a dalších přímořských státech se k jeho výrobě používají přebytky z větrných elektráren. Do vodíku se tak v podstatě ukládá elektřina, kterou v noci vyrábí větrníky a nikdo ji v tu chvíli nepotřebuje. V těchto zemích se hledají cesty, jak vodík využít v dopravě. V Česku takové přebytky a potřeba ukládat je do vodíku zatím nejsou. Ale vozidla se už připravují.

Připraveno ve spolupráci se společností Siemens Mobility