WILDENRATH, Đức — Một bài thuyết trình gần đây của Siemens đã mang đến cơ hội so sánh các đoàn tàu chạy bằng pin và hydro mới của công ty dành cho châu Âu, đồng thời cung cấp cái nhìn về một trạm nạp hydro di động mới dựa trên phương tiện giao thông đường bộ.
Đoàn tàu Mireo Plus B chạy bằng pin của Siemens vận hành trên đường thử tại Wildenrath, Đức, vào ngày 26 tháng 4 năm 2023. Đây là đoàn tàu sản xuất sẽ đi vào hoạt động vào cuối năm nay, hoạt động trên các tuyến đường dốc trong Rừng Đen. Keith Fender
Thiết bị đã được giới thiệu tại trung tâm thử nghiệm thuộc sở hữu của Siemens ở tây bắc nước Đức. Cơ sở Wildenrath, với hai vòng thử nghiệm, được xây dựng trên địa điểm của một căn cứ không quân cũ của Anh đã đóng cửa vào những năm 1990.
Cả đoàn tàu hydro và pin đều dựa trên đoàn tàu điện nhiều đơn vị đường sắt khu vực/đi lại Mireo của công ty được bán chủ yếu ở Đức. Thiết bị sử dụng nhiên liệu thay thế trước đây đã được trưng bày tại hội chợ thương mại InnoTrans ở Berlin vào tháng 9 năm ngoái [xem “Siemens lạc quan về thị trường hành khách Hoa Kỳ,” Trains News Wire, ngày 24 tháng 9 năm 2022]. Tuy nhiên, cơ hội để đi trên cả hai trong cùng một sự kiện và so sánh cách thức hoạt động và hiệu suất của các đoàn tàu là điều mới mẻ. Không có nhà sản xuất nào khác mang lại trải nghiệm so sánh như vậy, mặc dù Stadler và Alstom, hai nhà chế tạo tàu lớn khác của châu Âu, hiện có ví dụ về cả hai loại tàu.
Tàu điện, với các nguồn năng lượng bổ sung
Có lẽ không có gì đáng ngạc nhiên, vì pin lithium-titan-oxide lớn được đặt dưới các toa chở khách là trung tâm của hệ thống lực kéo của cả hai đoàn tàu, nên khả năng tăng tốc và mức độ tiếng ồn của chúng giống như bất kỳ EMU đi lại hiện đại nào khác. Đi trên con tàu hydro, các kỹ sư của dự án Siemens đã chỉ ra một âm thanh the thé yếu ớt phát ra từ mái nhà khi các tế bào nhiên liệu, do công ty Ballard của Canada cung cấp, đang sạc lại pin. Nếu điều này không được chỉ ra, hầu hết các tay đua thậm chí sẽ không nhận ra điều đó.
Mặt khác, đoàn tàu chạy bằng pin / EMU giống như các phiên bản EMU thẳng đã được sử dụng rộng rãi. Siemens cho biết họ đã đảm bảo các phiên bản Mireo chạy bằng pin và hydro hoạt động giống như phiên bản EMU thuần túy về khả năng tăng tốc, phanh và tốc độ tối đa 100 dặm / giờ. Tàu hydro chỉ thải ra hơi nước khi nó hoạt động; nhờ thiết kế thông minh, nhiệt thải ra từ pin nhiên liệu được tái sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy điều hòa không khí.
Điểm khác biệt của các đoàn tàu với các EMU thông thường là tính linh hoạt của chúng khi rời khỏi các tuyến đường điện khí hóa. Đoàn tàu chạy bằng hydro sẽ có phạm vi hoạt động lên tới 625 dặm trước khi tiếp nhiên liệu và pin đi được khoảng 75 dặm trước khi sạc lại. Siemens - như bạn có thể mong đợi từ một công ty đã giúp phát minh ra kỹ thuật điện theo đúng nghĩa đen vào thế kỷ 19 - đã đi đầu trong việc nói rằng cách tốt nhất để cung cấp năng lượng cho một đoàn tàu là điện khí hóa liên tục. Nhưng công ty thừa nhận điều này chỉ có ý nghĩa kinh tế đối với một số tuyến đường sắt ở nhiều quốc gia.
Điểm chung về doanh số bán hàng của Siemens với các nhà chế tạo lớn khác là các đoàn tàu kết hợp hoạt động EMU thông thường với pin sẽ có ý nghĩa đối với những hành trình tương đối ngắn cách xa đường dây điện khí hóa, nhưng pin nhiên liệu hydro kết hợp với pin có thể mang lại hiệu suất giống như EMU trong khoảng cách xa hơn từ điện khí hóa. Siemens đã phát triển cả hai đoàn tàu trong 5-7 năm qua và đã chứng kiến công nghệ pin và pin nhiên liệu cải thiện hiệu quả trong thời gian đó.
Chiếc Mireo Plus H chạy bằng hydro thứ hai được dành để sử dụng ở Bavaria, có trụ sở tại Augsburg, gần Munich. Nó được nhìn thấy ở đây cùng với các xe kéo tiếp nhiên liệu tại Wildenrath. Keith Fender
Kinh nghiệm cho đến nay ở châu Âu cho thấy khái niệm EMU về pin đang được áp dụng rộng rãi; những chuyến tàu này có giá cao hơn EMU thông thường nhưng không bằng tàu hydro. Các chuyến tàu chạy bằng khí hydro đang được đưa vào sử dụng ở Đức [xem “Các chuyến tàu chạy bằng khí hydro đầu tiên trên thế giới đưa vào phục vụ hành khách thường xuyên,” News Wire, ngày 26 tháng 7 năm 2022 và “Các chuyến tàu chạy bằng khí hydro gặp khó khăn …,” News Wire, ngày 14 tháng 2 năm 2023]. Nhưng điều này chỉ có được nhờ khoản trợ cấp bổ sung hơn 500 triệu đô la từ chính phủ Đức, mong muốn chứng minh công nghệ và tích lũy kinh nghiệm sản xuất trước các quốc gia khác.
Các nhà quản lý của Siemens thừa nhận một cách riêng tư rằng chi phí mua các đoàn tàu chạy bằng hydro cao đã khiến một số khách hàng không hài lòng. Nhưng họ đưa ra lập luận rằng so với tàu diesel mà họ sẽ thay thế, tàu hydro sẽ rẻ hơn về lâu dài, vì hầu như không cần thay thế gì trong suốt thời gian sử dụng của tàu. Các DMU thường cần đại tu toàn bộ động cơ và hệ thống truyền động khoảng 8 năm một lần ở các quốc gia như Đức hoặc Vương quốc Anh, với các động cơ mới hoặc được tân trang lại được lắp đặt năm hoặc sáu lần trong suốt vòng đời của đoàn tàu. Tàu Mireo Plus H chạy bằng hydro sẽ cần pin nhiên liệu mới sau 30.000 giờ phục vụ – nhưng vì pin nhiên liệu chỉ được sử dụng trong vài phút trong hầu hết các giờ tàu chạy nên tổng số này có thể mất một thập kỷ hoặc hơn để đạt được. Mặt khác, pin được sử dụng nhiều hơn trong cả tàu pin và hydro. Chúng dự kiến sẽ cần thay thế sau khoảng 35.000 đến 50.000 giờ sử dụng. Để so sánh, ngành công nghiệp ô tô hiện dự kiến thay thế pin chỉ sau 8.000 giờ.
Siemens Plus H đào tạo hydro trên một mạch thử nghiệm khác tại Wildenrath. Các pin nhiên liệu hydro, nặng khoảng một tấn mỗi pin, được gắn trên mái nhà cũng như các xi lanh nhiên liệu hydro bằng sợi carbon áp suất cao. Đường thử được trang bị đường ray tiêu chuẩn và đường ray đồng hồ đo, hai loại điện khí hóa đường ray tiếp xúc để thử nghiệm toa tàu điện ngầm và dây điện trên không có thể xử lý bất kỳ điện áp nào cho tàu hỏa hoặc xe điện trên tuyến chính. Keith Fender
Tiếp nhiên liệu nhanh với 'hydro xanh'
Để chuẩn bị cho các cuộc thử nghiệm chở khách của các đoàn tàu hydro Siemens ở miền nam nước Đức bắt đầu từ năm 2024, công ty đường sắt quốc gia Đức Deutsche Bahn (DB) đã phát triển một hệ thống nhiên liệu hydro di động. Được lắp trong xe đầu kéo, nó hiện bao gồm một phương tiện lưu trữ và một phương tiện khác có hệ thống điều khiển và máy tính trên tàu để tiếp nhiên liệu cho tàu hỏa. Hệ thống tiếp nhiên liệu tự động hóa cao sử dụng máy tính trên tàu và xe tải của trạm tiếp nhiên liệu để kiểm soát áp suất mà hydro được nạp vào tàu. Quá trình này bắt đầu ở áp suất thấp và tăng lên tới 500 Bar (khoảng 7.250 pound trên mỗi inch vuông), với mục đích làm đầy hai bình hydro áp suất cao của đoàn tàu (công suất 90 kg, hoặc 198 pound) trong 16 phút.
Một mô-đun thứ ba đang được xây dựng sẽ tạo ra hydro từ nước bằng phương pháp điện phân; hiện tại hydro được mua từ ngành công nghiệp hóa chất. Năng lượng để tạo ra hydro, rất có thể là vào ban đêm, sẽ được lấy từ dây xích trên cao tại các kho đường sắt điện khí hóa, với dòng điện xoay chiều 15.000 vôn được sử dụng cho dòng điện kéo ở Đức được giảm xuống còn 400 vôn để cung cấp năng lượng cho hệ thống điện phân.
DB đã tuyên bố lấy phần lớn lực kéo trên cao của mình từ các nguồn phi nhiên liệu hóa thạch. DB Energy, công ty con chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng và nhiên liệu trên phần lớn mạng lưới của Đức, đã quyết định sử dụng hệ thống này vì họ đã sở hữu hầu hết lưới điện đường sắt và việc sử dụng hệ thống của riêng mình sẽ không ảnh hưởng đến lưới điện địa phương ở các thành phố nơi sử dụng hệ thống tạo hydro.
Hệ thống đầu tiên sẽ được thử nghiệm tại thành phố Tübingen, gần Stuttgart vào cuối năm nay.
Kho chứa hydro di động (trái) và xe kéo tiếp nhiên liệu do DB phát triển, nhìn thấy bên cạnh đoàn tàu. Keith Fender
