Producenci pojazdów i firmy inżynierskie nie pozostają bierni – pracują nad prototypowymi rozwiązaniami. Jeden z takich projektów zmaterializuje się już we wrześniu. Będzie to pierwsza polska lokomotywa manewrowa zasilana wodorem. Zbudują ją PESA przy współpracy firmy ABB.
– Polską kolej czekają radykalne zmiany wynikające z wdrażanego przez Komisję Europejską programu „Zielony ład”, którego celem jest zmniejszenie emisji CO2 w transporcie o 30% do roku 2030, a docelowo osiągnięcie neutralności klimatycznej do roku 2050. To duże wyzwanie dla operatorów infrastruktury, przewoźników i producentów taboru. Osiągnięcie tego celu bez implementacji technologii wodorowej do transportu szynowego jest praktycznie niemożliwe – nie pozostawia wątpliwości Krzysztof Zdziarski, prezes zarządu PESA Bydgoszcz SA.
Producent pojazdów już dwa lata temu uczynił niskoemisyjny transport szynowy bazowym założeniem swojej nowej strategii produktowej. Oznacza to stopniowe odchodzenie od napędów spalinowych na rzecz nowej generacji baterii oraz ogniw paliwowych zasilanych wodorem.
Budowa prototypu jest bardzo zaawansowana
PESA nie była prekursorem w Europie, bowiem wdrażanie technologii wodorowych w transporcie szynowym rozpoczęto w Niemczech, wykorzystując sprawdzony w eksploatacji spalinowy pojazd Corradia Lint54, w którym umieszczono napęd wodorowy. Pierwsze wodorowe zespoły trakcyjne testowano w Dolnej Saksonii. Próby eksploatacyjne pojazdów wodorowych rozpoczęto także w Wielkiej Brytanii i Chinach. Ale bydgoska spółka postawiła przed sobą dwa cele – przygotowanie nowej platformy pasażerskich zespołów trakcyjnych Pesa Regio160, w oparciu o napędy elektryczne zasilane z ogniw wodorowych, a także zbudowanie prototypu lokomotywy manewrowej z napędem wodorowym.
W pierwszym przypadku rynek już czeka na nowe rozwiązania, bowiem w planach taborowych polskich samorządów zgłoszonych do Krajowego Programu Odbudowy znalazło się 37 pasażerskich zespołów trakcyjnych właśnie z ogniwami wodorowymi. Krzysztof Zdziarski zdradza, że zakupy tego typu pojazdów mają w swoich strategiach taborowych także PKP Intercity i Polregio.
Natomiast główny nacisk całego zespołu badawczo-rozwojowego spółki skupia się obecnie na projekcie lokomotywy manewrowej z napędem wodorowym przygotowywanej we współpracy z PKN Orlen i Orlen Koltrans. Budowa prototypu jest bardzo zaawansowana, a gotowy pojazd ma być zaprezentowany we wrześniu, podczas tegorocznych Targów Kolejowych TRAKO. Orlen planuje wprowadzić ją do eksploatacji na terenie rafinerii w Płocku już w przyszłym roku.
ABB została jednym z partnerów technologicznych
– W Polsce będzie to pierwszy pojazd szynowy z napędem wodorowym, a na świecie jest takich zaledwie kilka, w zdecydowanej większości na etapie prototypu, można więc powiedzieć, że jesteśmy jednym z prekursorów napędu wodorowego w branży kolejowej na świecie – mówi Maciej Duczyński, dyrektor lokalnej dywizji trakcji ABB w Polsce, który od wielu miesięcy uczestniczy w projekcie, współpracując z konstruktorami z PESA.
Firma ABB została bowiem jednym z partnerów technologicznych bydgoskiego producenta taboru. Odpowiada za przygotowanie systemu energetycznego lokomotywy, a mówiąc bardziej obrazowo – za odbiór energii z ogniwa wodorowego i skierowanie go do baterii, a później do silników elektrycznych.
– Od samego początku mieliśmy świadomość, że projekt jest nowatorski, więc musimy postawić na solidnych partnerów z ogromnym doświadczeniem w swoich dziedzinach. Jeśli chodzi o ABB, to dobrze poznaliśmy produkty tej firmy, bo niedawno wykorzystaliśmy silniki trakcyjne ABB do tramwajów dla Gorzowa Wielkopolskiego – tłumaczy Jacek Konop, wiceprezes ds. technicznych w firmie PESA – Poza tym, nie bez znaczenia jest fakt, że dostarczane urządzenia produkowane są w Polsce, więc mamy łatwy i szybki dostęp do zaplecza inżynierskiego spółki, a w razie potrzeby do służb serwisowych. Zależny nam na tym, by dostawcy rozwiązań byli w naszych projektach partnerami z prawdziwego zdarzenia.
Wodór nie jest spalany w silniku
Pojazd przygotowywany dla PKN Orlen naszpikowany jest nowoczesną technologią. Nowością dla tego typu lokomotyw jest na przykład zastosowanie elementów autonomiczności, m.in. zdalnego sterowania radiowego, które umożliwia przejście na jednoosobową obsługę w trakcie pracy manewrowej. Ponadto lokomotywa została wyposażona w system monitoringu, złożony z kamer szlaku i sprzęgu oraz kamery z mikrofonem w przedziale maszynisty.
Nowa konstrukcja to 4-osiowa lokomotywa z silnikami trakcyjnymi o mocy 4 x 180 kW. Wyposażona będzie w dwa przekształtniki trakcyjne chłodzone cieczą. Pracę systemu będzie wspierać akumulator LTO o pojemności 167,7 kWh, skąd prąd popłynie przez falowniki trakcyjne ABB z przetwornicą pomocniczą 3 x 400 V. Każdy przekształtnik zasila jeden wózek czyli dwa silniki trakcyjne. W pojeździe zastosowano zbiorniki wodoru – 175 kg i ogniwa o mocy 2 x 85 kW.
Napęd ABB z ogniwami wodorowymi do prototypu lokomotywy PESA został wyprodukowany w polskiej Fabryce Napędów ABB w Aleksandrowie Łódzkim 
Napęd ABB z ogniwami wodorowymi do prototypu lokomotywy PESA został wyprodukowany w polskiej Fabryce Napędów ABB w Aleksandrowie Łódzkim
– Warto w tym miejscu opowiedzieć, jak działa taki system, bo wiele osób jest przekonanych, że w takim rozwiązaniu wodór jest spalany jako paliwo w silniku, a tak nie jest – zauważa Maciej Duczyński. – Wodór jest przekształcany w ogniwach wodorowych na energię elektryczną, którą ładowane są baterie, a te z kolei zasilają silniki elektryczne poruszające pojazd. Jest to więc klasyczny pojazd elektryczny, tyle tylko, że prądu nie dostarcza trakcja, a ogniwa wodorowe.
Klasyczne rozwiązanie energetyczne
– W zakresie naszych prac jest bateria trakcyjna oraz falowniki trakcyjne, które nie tylko służą do zasilania silników, ale sterują również prądem przepływającym z ogniw wodorowych do systemu oraz bateriami. Służą także jako przetwornica pomocnicza, nadzorująca energię przepływającą do wszystkich odbiorników – tłumaczy Maciej Duczyński. – Tego typu przekształtniki produkowane są w Fabryce Napędów ABB w Aleksandrowie Łódzkim, więc mamy ogromne doświadczenie w ich projektowaniu i budowie na potrzeby różnych pojazdów trakcyjnych. Do tych konkretnych projektów wykorzystaliśmy znane na rynku przekształtniki trakcyjne CC750.
Maciej Duczyński przyznaje, że teoretycznie system nie sprawia większych problemów, ponieważ jest to klasyczne rozwiązanie energetyczne – źródło mocy, przekształcenie oraz stabilizacja energii i skierowanie jej do odbiorników. W sumie, to nawet nie ma większego znaczenia, że są to akurat ogniwa wodorowe, bo w ich miejsce mogłyby się znaleźć dowolne ogniwa. Jednak prawdziwym wyzwanie było zaprojektowanie i zbudowanie tej układanki w rzeczywistości, która z punktu widzenia inżynierskiego wcale nie była łaskawa.
– Ponieważ był to modernizowany istniejący już projekt pojazdu, to musieliśmy dostosować się do istniejącej struktury i jego gabarytów – mówi Maciej Duczyński. – A ponieważ ta lokomotywa jest stosunkowo mała, a zbiorniki na wodę zajmują sporo miejsca, to do zagospodarowania dla nas zostało niewiele powierzchni. I mimo, że nasz układ jest bardzo kompaktowy, to mieliśmy nie lada wyzwanie, by wszystko zostało dobrze zaprojektowane.
Ostatecznie zespół konstrukcyjny złożony z inżynierów ABB z Aleksandrowa Łódzkiego, wspierany przez ekspertów od systemów bateryjnych ze Szwajcarii "poukładał" wszystkie elementy tak, by były przede wszystkim dostępne dla serwisu i miały odpowiednie przewietrzanie.
PESA zawiera strategiczne sojusze
Lokomotywa PESA SM42Dn będzie pierwszą lokomotywą z napędem wodorowym przygotowaną specjalnie na rynek polski, ponieważ zastosowane rozwiązania konstrukcyjne uwzględniają specyficzne warunki polskiej infrastruktury kolejowej. Bydgoska spółka przeciera więc szlaki, a dobierając odpowiednich partnerów technologicznych buduje swój potencjał.
Nie jest bowiem tajemnicą, że w polu zainteresowania PESY są także pociągi na wodór dla przewozów pasażerskich. Ogniwa paliwowe mają trafić do właśnie projektowanych zespołów trakcyjnych PESA Regio160. Osiągający 160 km/h pociąg pasażerski w jednej z wersji będzie miał hybrydowy napęd wodorowy. Jadąc na linii bez trakcji napędzi go ogniwo wodorowe, a na liniach z trakcją elektryczną – prąd z sieci. Nowe pociągi na wodór PESA – lokomotywy i pociągi pasażerskie – mają pozwolić spełnić przewoźnikom wymogi Zielonego Ładu Unii Europejskiej.
– PESA angażuje się w wiele działań związanych z wdrażaniem technologii wodorowych, zawiera strategiczne sojusze technologiczne i pozyskuje partnerów do realizacji konkretnych projektów – podsumowuje Krzysztof Zdziarski. – Jestem przekonany, że mimo wielu kwestii ciągle wymagających rozwiązania, założony harmonogram naszych projektów wodorowych będzie realizowany, a pierwsza lokomotywa wodorowa zostanie wprowadzona do eksploatacji w przyszłym roku.
tekst: Sławomir Dolecki, zdjęcia dzięki uprzejmości PESA oraz arch. ABB
