Императив для нулевой эмиссии легкой железной дороги

Системы Light Rail Transit (LRT) являются краеугольным камнем устойчивой городской мобильности, предлагая высокую пропускную способность, надежность и более низкие выбросы на пассажира по сравнению с частными автомобилями. Однако экологический след большинства существующих сетей LRT остается привязанным к интенсивности углерода местной электрической сети. Когда энергия извлекается из источников на основе ископаемого топлива, эти системы косвенно способствуют выбросам парниковых газов и местным загрязнителям воздуха. Достижение подлинно нулевого уровня выбросов LRT требует полностью отсоединения операций от ископаемого топлива - шаг, который не только ускоряет климатические цели, но и улучшает качество городского воздуха, снижает шумовое загрязнение и улучшает результаты общественного здравоохранения. Поскольку города во всем мире обязуются выполнять нулевые цели, переход легкого железнодорожного транспорта к операциям с нулевым уровнем выбросов стал техническим и политическим приоритетом.

Технические пути к световой железной дороге с нулевым уровнем выбросов

Источники возобновляемой энергии и декарбонизация сетей

Наиболее прямой путь к LRT с нулевым уровнем выбросов - это электропоезда со 100% возобновляемой электроэнергией. Транзитные агентства могут закупать возобновляемую энергию через соглашения о покупке электроэнергии (PPA) с солнечными, ветряными или гидроэлектрическими генераторами. Наземная генерация - такая как солнечные батареи на крышах складов, навесы или навесы станций - может покрывать часть тяговых и вспомогательных нагрузок. Некоторые агентства также инвестируют в выделенные внеплощадочные возобновляемые фермы или покупают комплектные сертификаты на возобновляемую энергию (REC). По мере декарбонизации региональных сетей интенсивность выбросов закупаемой электроэнергии падает, что облегчает для существующих электрических систем LRT требование статуса нулевого уровня выбросов. Однако реальные операции с нулевым уровнем выбросов требуют соответствия возобновляемой генерации с потреблением в режиме реального времени, что приводит к необходимости хранения энергии и интеграции интеллектуальных сетей.

Бортовое энергохранилище: батареи и ультраконденсаторы

Аккумуляторно-электрические легкорельсовые транспортные средства (LRV) устраняют необходимость в непрерывной надводной катанарной инфраструктуре на участках сети. Современные литий-ионные аккумуляторные батареи могут обеспечивать достаточную дальность в течение нескольких часов работы, с подзарядкой, происходящей на терминалах или через короткие накладные зарядные стрелы. Например, вариант аккумулятора CAF Urbos и вариант батареи Siemens Avenio аккумуляторные батареи продемонстрировали надежное обслуживание в таких городах, как Севилья и Гейдельберг. Ультраконденсаторы (суперконденсаторы) предлагают высокую плотность мощности для быстрых циклов заряда / разряда, идеально подходит для частой остановки на станциях, где быстрые пополнения происходят менее чем за 30 секунд. Комбинированные системы аккумуляторных батарей-ультраконденсаторов балансируют энергетическую емкость и доставку энергии, позволяя полностью без катанаров операции с

Гибридные системы водородных топливных элементов

Для более длинных маршрутов или сетей, где установка катенаров является непомерно дорогой, водородные топливные элементы LRV представляют собой убедительную альтернативу с нулевым уровнем выбросов. Эти транспортные средства сочетают водород, хранящийся на борту, с кислородом из воздуха для выработки электроэнергии, выделяя только водяной пар. Системы топливных элементов в сочетании с небольшими аккумуляторными буферами для пиковых потребностей в электроэнергии. Поезда Coradia iLint Alstom и несколько прототипов легкорельсовых поездов в Европе и Китае доказали, что технология жизнеспособна для пассажирского транзита. Проблемы остаются в производстве водорода (потребность в зеленом водороде от электролиза с использованием возобновляемой энергии), хранении и заправке инфраструктуры. По мере снижения затрат на зеленый водород и масштабов производства, топливный элемент LRT станет все более конкурентоспособным по стоимости для неэлектрифицированных коридоров.

Регенеративное торможение и восстановление энергии

Почти все современные электрические LRV включают регенеративное торможение, которое преобразует кинетическую энергию в электрическую энергию во время замедления и подает ее обратно в источник питания или бортовое хранилище. В системах, питаемых катенарным питанием, регенерированная энергия может использоваться другими поездами, ускоряющимися в том же сегменте или быть возвращена в сеть. С бортовым хранением восстановленная энергия может храниться и повторно использоваться для вспомогательных нагрузок или следующего цикла ускорения. Оптимизация алгоритмов регенеративного торможения и интеграция боковых накопителей энергии (например, маховики, батареи на подстанциях) может дополнительно повысить энергоэффективность на 20-35%, уменьшая общую возобновляемую генерацию, необходимую для достижения нулевых выбросов.

Инфраструктура и операционная оптимизация

Энергоэффективный дизайн станции

Помимо поездов, станции являются основными потребителями электроэнергии для освещения, эскалаторов, HVAC и информационных дисплеев. Система LRT с нулевым уровнем выбросов должна расширить свой мандат на использование энергии станции. Стратегии включают установку фотоэлектрических массивов на навесах и крышах станций, использование светодиодного освещения с уборкой дневного света, развертывание эффективных тепловых насосов для климат-контроля и включение естественной вентиляции. Умные системы управления зданиями могут планировать большие энергетические нагрузки, чтобы совпадать с периодами высокой возобновляемой генерации или низкими ценами на электроэнергию. Кроме того, зеленые крыши и вегетативные стены могут умерять микроклимат станции, еще больше снижая нагрузки HVAC.

Интеллектуальное управление трафиком и эковождение

Операционное программное обеспечение может значительно снизить потребление энергии, не жертвуя качеством обслуживания. Алгоритмы эко-вождения оптимизируют ускорение и профили движения накатом, чтобы минимизировать использование тяговой энергии при сохранении соблюдения графика. Коммуникация в режиме реального времени позволяет сигналам расставлять приоритеты при приближении поездов, уменьшая ненужное торможение и ускорение. В сочетании с передовыми системами консультирования водителей (DAS) или полностью автоматизированной работой поезда (ATO), эти меры могут сократить потребление энергии на 15-25%. Те же интеллектуальные системы могут отслеживать прогнозы возобновляемой генерации и корректировать схемы обслуживания (например, снижение пикового потребления энергии) для максимизации доли используемой возобновляемой энергии.

Преодоление барьеров реализации

капитальные затраты и финансирование

Первоначальные инвестиции, необходимые для перехода на нулевые выбросы, будь то модернизация существующих парков, строительство возобновляемой генерации или добавление хранилища, являются значительным препятствием. Электрический LRV с батарейным питанием может стоить на 20-30% дороже, чем обычный автомобиль с катенарным питанием; транспортные средства на водородных топливных элементах в настоящее время еще дороже. Однако общий анализ стоимости владения часто показывает долгосрочную экономию от снижения затрат на энергию, более низкого обслуживания (меньше движущихся частей в электрических трансмиссиях) и избегал налогов на углерод. Транзитные агентства могут использовать федеральные или государственные гранты, зеленые облигации, государственно-частные партнерства (PPP) и доходы от компенсации выбросов углерода. Зеленая сделка Европейского союза и Закон США об инфраструктурных инвестициях и рабочих местах выделили значительное финансирование для чистого транзита, что делает сейчас благоприятное время для инвестиций.

Техническая интеграция и стандарты

Интеграция бортовых систем хранения, зарядной инфраструктуры и возобновляемых систем в существующие сети LRT требует тщательной инженерии. Стандарты для совместимых разъемов быстрой зарядки, уровней напряжения и протоколов связи все еще появляются. Например, стандарт OppCharge (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс) (открытый интерфейс для зарядки от аккумуляторов) (открытый интерфейс) (открытый интерфейс) (открытый интерфейс) (открытый интерфейс) (открытый интерфейс) (открытый интерфейс) (открытый интерфейс) (

Тематические исследования: пионерские системы LRT с нулевым уровнем выбросов

Несколько городов уже развернули или объявили о почти нулевых или нулевых выбросах на железнодорожных линиях:

  • Den Haag (The Hague), Нидерланды: Трамвайная сеть HTM работает на 100% голландской ветровой энергии с 2023 года, фактически делая весь свой трамвайный парк функционально нулевым уровнем выбросов на основе выбросов.
  • Севилья, Испания: Трамвайная линия MetroCentro работает с CAF Urbos 3 трамваями-батарейками, которые перезаряжаются на каждой остановке через станции быстрой зарядки, курсируя без катанариев через исторический центр города.
  • Хассельт-Маастрихт (Бельгия-Нидерланды: Трансграничный трамвай): Планируемая линия будет использовать электрические LRV, заряжаемые через накладные пункты зарядки на терминалах, с энергией, поступающей от комбинации береговых ветровых и солнечных парков.
  • Гуанчжоу, Китай: Трамвайная система THT (Translohr) в районе экономического и технологического развития Гуанчжоу использует наземное электроснабжение и питается солнечной фермой , которая компенсирует 100% спроса на тяговую энергию.

Политика и сотрудничество в интересах устойчивого будущего

Ни одна из заинтересованных сторон не может управлять переходом в одиночку. Национальные и муниципальные органы власти должны установить четкие цели сокращения выбросов для транзита, обеспечить последовательное финансирование и оптимизировать разрешение для возобновляемых источников энергии и зарядной инфраструктуры. Транзитные агентства должны проводить подробные энергетические аудиты, пилотировать новые технологии на некритических линиях и делиться знаниями через отраслевые организации, такие как Международная ассоциация общественного транспорта (UITP). Производители должны продолжать снижать стоимость батарей, топливных элементов и зарядного оборудования при одновременном повышении надежности и срока службы. Коммунальные предприятия должны сотрудничать в области модернизации сетей, тарифов на время использования, которые стимулируют внепиковую зарядку, и интеграции распределенных энергетических ресурсов. Наконец, Участие общественности обеспечивает, что преимущества более чистого воздуха и более тихих районов сообщаются

Путь вперед

Транзит легких железных дорог с нулевым уровнем выбросов уже не является отдаленной целью, а достижимой целью, которая реализуется сегодня в новаторских городах. Сближение снижения затрат на возобновляемые источники энергии, созревания аккумуляторных и водородных технологий и сильных политических драйверов создало историческое окно для трансформации. Хотя проблемы, связанные с капитальными затратами, интеграцией инфраструктуры и стандартизацией, сохраняются, они преодолимы благодаря поэтапному внедрению, инновационному финансированию и межсекторальному сотрудничеству. По мере роста городского населения и необходимости устойчивой мобильности становятся более актуальными, системы легких железных дорог, которые когда-то полагались на энергосистемы с ископаемым топливом, могут стать демонстрацией чистого, эффективного и устойчивого общественного транспорта. Переход к LRT с нулевым уровнем выбросов является критическим шагом в строительстве городов с низким уровнем выбросов завтра.