Hydrail - Hydrail

Debut Alstom Coradia iLint , osobního vlaku na vodíkový pohon, na veletrhu InnoTrans 2016

Hydrail je obecný (ne kapitalizovaný) adjektivní termín popisující všechny formy železničních vozidel , velkých i malých, které používají palubní vodíkové palivo jako zdroj energie k pohonu trakčních motorů , pomocných zařízení nebo obojího. Vodní vozidla využívají k pohonu chemickou energii vodíku , buď spalováním vodíku ve vodíkovém spalovacím motoru , nebo reakcí vodíku s kyslíkem v palivovém článku k chodu elektromotorů . Rozšířené používání vodíku k zásobování železniční dopravy je základním prvkem navrhované vodíkové ekonomiky . Tento termín je hojně používán výzkumnými vědci a techniky z celého světa.

Hydrail vozidla jsou obvykle hybridní vozidla s akumulací obnovitelné energie , jako jsou baterie nebo super kondenzátory , pro regenerativní brzdění , zlepšení účinnosti a snížení požadovaného množství vodíku. Potenciální aplikace hydrail zahrnují všechny typy železniční dopravy : příměstskou železnici ; osobní železnice ; nákladní železnice ; lehká příčka ; železniční rychlá přeprava ; důlní železnice ; průmyslové železniční systémy; tramvaje ; a jízdy speciální železnicí v parcích a muzeích.

Termín hydrail byl poprvé zmíněn 22. srpna 2003 na pozvané prezentaci ve Volpe Transportations Systems Center amerického ministerstva dopravy v Cambridge, MA. Tam přednesl Stan Thompson, bývalý futurista a strategický plánovač americké telekomunikační společnosti AT&T, prezentaci nazvanou Mooresville Hydrail Initiative. Podle autorů Stan Thompsona a Jima Bowmana se však tento termín poprvé objevil v tisku 17. února 2004 v International Journal of Hydrogen Energy jako cílové slovo vyhledávače, které vědcům a technikům po celém světě pracujícím v oblasti vodíkové kolejnice umožní více snadno publikovat a lokalizovat všechny práce vytvořené v dané disciplíně.

Od roku 2005 se konají každoroční mezinárodní konference o hydrailech. Konference pořádané Appalachian State University a Mooresville South Iredell Chamber of Commerce ve spolupráci s univerzitami a dalšími subjekty mají za cíl spojit vědce, inženýry, vedoucí pracovníky, průmyslové odborníky a provozovatele pracující nebo využívající technologii po celém světě v s cílem urychlit zavádění technologie z důvodů ochrany životního prostředí, klimatu, energetické bezpečnosti a hospodářského rozvoje. Mezi účastníky těchto konferencí byli národní a státní / provinční agentury z USA, Rakouska, Kanady, Číny, Dánska, EU, Německa, Francie, Itálie, Japonska, Koreje, Ruska, Turecka, Spojeného království a OSN (UNIDO -ICHET). V prvních letech těchto konferencí převážně dominovaly akademické obory; do roku 2013 se však údajně zúčastnil rostoucí počet podniků a průmyslových osob.

V průběhu roku 2010 se palivových článků a zařízení na výrobu vodíku ujalo několik dopravců v různých zemích, jako je Čína , Německo , Japonsko , Tchaj-wan , Spojené království a USA . Mnoho ze stejných technologií, které lze použít u hydrailových vozidel, lze použít také u jiných forem dopravy, jako jsou silniční vozidla.

Technologie

Viz také: vodík a palivový článek

Vodík je běžný a snadno nalezitelný prvek , protože každá molekula vody má dva atomy vodíku pro každý přítomný atom kyslíku . Vodík lze oddělit od vody několika způsoby, včetně parního reformingu (obvykle zahrnujícího použití fosilních paliv ) a elektrolýzy (která vyžaduje velké množství elektřiny a používá se méně běžně). Jakmile je vodík izolován, může sloužit jako forma paliva. Bylo navrženo, že vodík pro pohon hydrailů lze vyrábět v jednotlivých skladech údržby, které vyžadují pouze stálý přísun elektřiny a vody; poté může být čerpáno do tlakových nádrží na vozidle.

Vývoj lehčích a schopnějších palivových článků zvýšil životaschopnost vozidel na vodíkový pohon. Podle kanadské společnosti Hydrogenics měl v roce 2001 jeho 25 kW palivový článek hmotnost 290 kg a účinnost v rozmezí 38 až 45 procent; do roku 2017 však vyráběli výkonnější a kompaktnější palivové články o hmotnosti 72 kg as účinností mezi 48 a 55 procenty, což je zhruba pětinásobné zvýšení hustoty výkonu. Podle Rail Engineer je použití vodíkového pohonu u určitých typů vlaků, jako jsou nákladní lokomotivy nebo vysokorychlostní vlaky, méně atraktivní a náročnější než u aplikací s nízkým pohonem, jako jsou posunovací lokomotivy a více jednotek. Publikace také uvádí, že tlak na snižování emisí v železničním průmyslu bude pravděpodobně hrát roli při stimulaci poptávky po absorpci hydraulického oleje.

Klíčovou technologií typického vodíkového pohonného systému je palivový článek . Toto zařízení převádí chemickou energii obsaženou ve vodíku za účelem výroby elektřiny, vody a tepla. Jako takový by palivový článek pracoval způsobem, který je v podstatě inverzní k procesu elektrolýzy použitému k výrobě paliva; spotřeba čistého vodíku k výrobě elektřiny spíše než spotřeba elektrické energie k výrobě vodíku, i když při výměně dochází k určité úrovni energetických ztrát. Účinnost přeměny elektřiny na vodík a zpět je údajně těsně pod 30 procenty, což je zhruba obdoba současných dieselových motorů, ale méně než u konvenční elektrické trakce využívající trolejové vedení . Elektřina vyrobená z palubního palivového článku by byla přiváděna do motoru pohánějícího vlak. Náklady na elektrifikaci nadzemního drátu se pohybují kolem 2 mil. EUR / km, takže elektrifikace není nákladově efektivním řešením pro trasy se slabým provozem a alternativou mohou být řešení pro baterie a hydraily.

Železniční průmyslová publikace Železniční inženýr se domníval, že rostoucí prevalence větrné energie vedla k tomu, že některé země měly v nočních hodinách přebytek elektrické energie a že tento trend by mohl nabídnout prostředek nízké ceny a vysoce dostupné energie, s nimiž by mohl být vodík pohodlně vyrobené elektrolýzou. Tímto způsobem se předpokládá, že výroba vodíku s využitím špičkové elektřiny dostupné z elektrických sítí zemí bude pravděpodobně jednou z nejekonomičtějších dostupných postupů. Od ledna 2017 stojí vodík vyrobený elektrolýzou běžně zhruba stejně jako zemní plyn a téměř dvojnásobně jako u nafty; na rozdíl od některého z těchto fosilních paliv však vodíkový pohon produkuje nulové emise vozidel. Zpráva Evropské komise z roku 2018 uvádí, že pokud se vodík vyrábí reformováním metanu páry , jsou emise hydrailů o 45% nižší než u dieselových vlaků.

Podle společnosti Rail Engineer a Alstom je větrná farma o výkonu 10 MW schopná pohodlně produkovat 2,5 tuny vodíku denně; dost na pohon flotily 14 vlaků iLint na vzdálenost 600 km za den. Údajně od ledna 2017 celosvětová produkce vodíku roste co do množství i dostupnosti, což zvyšuje jeho přitažlivost jako paliva. Potřeba vybudovat schopnou distribuční síť pro vodík, což zase vyžaduje značné investice, pravděpodobně bude hrát roli v omezení růstu hydrailů alespoň v krátkodobém horizontu.

Železniční technologie zjistila, že železniční průmysl byl historicky pomalý při přijímání nových technologií a relativně konzervativní ve výhledu; úspěšné rozsáhlé nasazení této technologie v raném věku může být rozhodující pro překonání postojů neochoty a tradicionalismu. Přechod z naftového na hydrailový pohon by navíc mohl mít značné výhody. Podle výsledků studie provedené konsorciem Hitachi Rail Europe , University of Birmingham a Fuel Cell Systems Ltd by mohla být hydrailová vozidla v podobě přeplňovaných dieselových motorů schopna generovat výrazné snížení spotřeby energie; údajně jejich model naznačil úsporu až 52 procent na trase Norwich - Sheringham nad konvenční trakcí.

Hydrolley

Hydrolley je termín pro tramvaje nebo tramvají (vozíku) poháněn hydrail technologií. Termín (pro hydro gen tro lley ) byl vytvořen na čtvrté mezinárodní konference Hydrail, Valencie, Španělsko, v roce 2008, jako vyhledávače cílové slovo výzkumu-zjednodušení. Palubní energie odvozená z vodíku eliminuje potřebu ramen trolejového vozíku a elektrifikace koleje, což výrazně snižuje náklady na konstrukci, snižuje vizuální znečištění a eliminuje náklady na údržbu elektrifikace koleje. Termín „hydrolley“ je preferován před „hydrail light rail“ nebo jinými kombinacemi, které by mohly implikovat vnější elektrifikaci.

Bezpečnost

Hlavní článek: Bezpečnost vodíku

Vodík je hořlavý v širokém rozmezí (4% –74%) směsí se vzduchem a výbušný v 18–59%.

Projekty a prototypy

Provoz vlaků podle země

Německo

V září 2018, jako první na světě komerční vodíku-poháněl osobní vlak vstoupí do služby v Dolním Sasku , Německo . Alstom vyvinul vlak používá vodíkových palivových článků, které emituje žádný oxid uhličitý .

Viz také

Reference

externí odkazy