Do samochodów hybrydowych już przywykliśmy. Głównie są one cenione za niskie zużycie paliwa, a zatem za tanią eksploatację, choć niestety cena ich zakupu wciąż jest wysoka. Siłą rzeczy wciąż drogie są jeszcze naprawy, ale to się na szczęście dość szybko zmienia, poza tym rośnie ich niezawodność. Tymczasem jednak napędy hybrydowe zaczynają wkraczać także na kolej. Ma to być pomost przed całkowitym przejściem na „czyste” napędy taboru kolejowego.
Tutaj można mówić o pewnym nieporozumieniu, bowiem czasem z przyczyn czysto marketingowych kolejowe pojazdy dwutrakcyjne nazywa się hybrydowymi. Na czym to polega?
Zacznijmy od tego, że przeniesienie napędu w lokomotywach i pasażerskich jednostkach trakcyjnych odbywa się inaczej niż w samochodzie. W pojazdach kolejowych z silnikiem spalinowym nie ma skrzyni biegów. Choć kiedyś takie rozwiązania stosowano. W mniejszych lokomotywach manewrowych, w tym w słynnej i wciąż gdzieniegdzie używanej „kaczuszce” SM03 była skrzynia biegów, sprzęgło i mechaniczne przeniesienie mocy. Oczywiście lokomotywa to lokomotywa, więc było odpowiednie wspomaganie, ale jednak jeździło się tą lokomotywką jak samochodem. Największym w Polsce pojazdem kolejowym ze skrzynią biegów i przekładnią mechaniczną był węgierski wagon spalinowy SN61, zwany „gancem” od nazwy producenta – Ganz-MÁVAG. Wagony te o masie 57 ton mogły przewozić do 48 pasażerów na miejscach siedzących. 250 sprowadzonych sztuk było eksploatowanych aż do końca lat 80., choć mało kto pamięta ów wibrujący pojazd z silnikiem spalinowym pracującym głośno jak traktor.
Ale to już przeszłość. W lokomotywach i wagonach spalinowych stosuje się głównie dwa inne rodzaje przeniesienia napędu. Jeden rodzaj to przekładnia hydrauliczna. Polega to na tym, że silnik spalinowy napędza pompę hydrauliczną, zaś na osiach kół montuje się silnik hydrauliczny napędzany przepływającym olejem hydraulicznym. Czasem stosuje się też przekładnie hydromechaniczną, w której za silnikiem hydraulicznym wsprzęga się mechaniczny element w postaci przekładni planetarnej, pozwalający na zmianę przełożeń, ale nawet w takie przekładni nie ma sztywnego połączenia między silnikiem a kołami napędowymi – jest odcinek w którym płynie jedynie olej hydrauliczny od pompy do turbinowego silnika hydraulicznego. Taki rodzaj przekładni rozpowszechnił się w mniejszych pojazdach, głównie w lekkich autobusach szynowych, a niekiedy w mniejszych lokomotywach manewrowych, służących do zestawiania składów na stacjach i obsługi bocznic.
Najpopularniejsze są jednak przekładnie elektryczne i to właśnie tu napęd hybrydowy ma ułatwioną drogę do kolei. Przekładnia elektryczna polega na tym, że silnik spalinowy napędza dużą prądnicę prądu stałego lub generator prądu przemiennego, zaś na osiach kół, zupełnie jak w elektrowozie, zamontowane są silniki elektryczne stanowiące napęd końcowy. Jest to więc lokomotywa elektryczna, która wozi ze sobą własną elektrownię w postaci agregatu prądotwórczego. Pierwotnym źródłem napędu jest więc silnik wysokoprężny, ale końcowym są silniki elektryczne. Przy dużych mocach i momentach obrotowych taki napęd pozwala na płynne przekazanie mocy bez obciążonych elementów mechanicznych. I jeszcze jedno – taka konstrukcja bardzo ułatwia przejście na napęd hybrydowy. Wystarczy bowiem dodać do całej układanki akumulatory i odpowiedni zautomatyzowany układ sterujący, i już wszystko mamy. W samochodach jest trudniej, bowiem silnik bądź silniki elektryczne muszą być dopiero instalowane w odpowiedni sposób, dobierane pod kątem ich właściwości, a w lokomotywach spalinowych ten problem odpada, bowiem silniki elektryczne i przeniesienie ich napędu na osie kół już są.
Lokomotywy z silnikiem dojazdowym
Pierwszymi, jakie się w Polsce pojawiły była odmiana lokomotywy E6ACT Dragon produkowanej przez NEWAG Nowy Sącz, która została wyposażona w spalinowy silnik dojazdowy. Silnik ten ma niewielką moc i napędza generator prądu również o ograniczonej mocy. Pięć takich lokomotyw (E6ACTd) zbudowano dla przewoźnika Freightliner PL. Chodzi o to, że wielu przewoźników prywatnych po przyprowadzeniu pociągu na miejsce docelowe nie chce płacić innym firmom za wykonanie manewrów by podstawić przyprowadzone wagony do rozładunku. A tory dodatkowe towarowe i bocznice często nie są zelektryfikowane. Wiele firm radzi sobie w ten sposób, że w skład włącza spalinową lokomotywę manewrową prowadzoną „na zimno”, czyli ciągniętą jak wagon. Zwiększa to jednak zużycie prądu po drodze i angażuje lokomotywę manewrową na dłuższy czas, choć w trakcie przejazdu pociągu ona nie wykonuje żadnej pracy. Dlatego rozwiązaniem był ów pomocniczy napęd dojazdowy, pozwalający na samodzielne wykonanie manewrów na stacji docelowej z opuszczonymi pantografami, bez zasilania z elektrycznej sieci trakcyjnej. Ale nie jest to klasyczna lokomotywa hybrydowa o czym warto pamiętać
Lokomotywy dwutrakcyjne
Kolejna kategoria to tzw. lokomotywy dwutrakcyjne. Są to lokomotywy elektryczne, które dodatkowo wyposażono w kompletny napęd spalinowy w postaci agregatu prądotwórczego napędzanego silnikiem wysokoprężnym. Nowoczesne technologie pozwoliły w nich zmieścić zarówno taki generator dieslowski, jak i aparaturę elektryczną niezbędną w elektrowozie, z odbierakami prądu (pantografami). Takie lokomotywy zbudowała na przykład PESA Bydgoszcz, nasz drugi wielki dostawca taboru kolejowego. Tak powstała lokomotywa 111DE, odmiana znanego elektrowozu Gama, w wersji dwutrakcyjnej o maksymalnej prędkości 160 km/h w trakcji elektrycznej i 120 km/h w trakcji spalinowej.
Ale też nie jest to lokomotywa hybrydowa, bowiem pracuje albo jako elektryczna, albo jako spalinowa. Trybu hybrydowego, w czasie którego silnik spalinowy ładuje też akumulatory wykorzystywane następnie do jazdy elektrycznej, nie ma. Ale i tak jest to bardzo nowoczesna lokomotywa, która bardzo dobrze nadaje się do prowadzenia pociągów na szlakach, które w pewnej części są zelektryfikowane, a w części nie są. Na przykład pociąg pasażerski z Warszawy do Hajnówki. Pociąg PKP Intercity TLK Biebrza jedzie na przykład w wydłużonej relacji Gdynia – Warszawa przez Olsztyn, Białystok, Bielsk Podlaski, Hajnówkę, Czeremchę, Siemiatycze, Sarnaki, Niemojki i Mordy. Z Gdyni do Białegostoku pociąg jedzie linią zelektryfikowaną a następnie do Siedlec jest niezelektryfikowana. A później ponownie jest zelektryfikowana do samej Warszawy. Dotąd pociągi TLK prowadziły tu lokomotywy spalinowe, które jechały na Dieslu „pod drutem”. Czyli niepotrzebnie zanieczyszczały środowisko i spalały olej napędowy na liniach zelektryfikowanych. A teraz nowa lokomotywa dwutrakcyjna może jechać jako elektrowóz na odcinkach zelektryfikowanych i jako spalinówka na niezelektryfikowanych. To daje spore oszczędności, a ponadto jest naprawdę dobre dla środowiska. PKP Intercity zakupiło 16 takich lokomotyw dwutrakcyjnych.
Z kolei dwutrakcyjne jednostki elektryczne do obsługi podobnych pociągów poruszających się częściowo „pod drutem”, a częściowo liniami nie zeletryfikowanymi, oferuje NEWAG Nowy Sącz. Jej 36WEh Impuls II z dodatkowym napędem spalinowym był w istocie pierwszym w Polsce szynowym pojazdem dwutrakcyjnym, choć reklamuje się go jako hybrydowy. Ale na prawdziwe hybrydy musimy jeszcze na polskiej kolei poczekać.
Jednak jedna taka jednostka na torach to zdaniem Urzędu Marszałkowskiego Województwa Pomorskiego (które zakupiło takie jednostki) to 338 ton dwutlenku węgla mniej rocznie (przy średnim rocznym przebiegu 150 000 km, z czego około 40,7% przypada na odcinki zelektryfikowane). Zmniejszenie emisji tlenku azotu szacuje się na 650 kg. Tlenku węgla – ok. 52 kg. Dzięki możliwości zmiany napędu ze spalinowego na elektryczny – do atmosfery nie trafia ok. 130 kilogramów sadzy HS. Oszczędność paliwa szacuje się na ponad 70 ton.
Właściwe lokomotywy hybrydowe
Właściwe lokomotywy hybrydowe produkuje się już na zachodzie Europy, wytwarzają je firmy Alstom i Siemens. Na przykład hybrydowa lokomotywa manewrowa, wykonana w technologii plug-in przez Alstom dla zakładów Audi w Ingolstadt. Lokomotywa ta jeżdżąc na silniku spalinowym ładuje jednocześnie akumulatory, co pozwala na wykonywanie części prac na napędzie elektrycznym, z wyłączonym silnikiem spalinowym. Jeszcze jedna ważna sprawa – lokomotywy manewrowe często dyżurują z włączonym napędem spalinowym, czekając na możliwość wykonania manewrów, bowiem pierwszeństwo ma ruch liniowy. W tym czasie chodzi silnik spalinowy na jałowym biegu, bo jego rozruch byłby zbyt kłopotliwy, więc się go nie wyłącza. Stoi taka manewrówka, czeka i pyrka Dieslem wywalając do atmosfery CO2 i zużywając paliwo. A lokomotywa hybrydowa może silnik spalinowy wyłączyć i dyżurować w gotowości do użycia silników elektrycznych z akumulatorów.
Dodatkowo wspomniana lokomotywa z firmy Audi w przerwach między pracą manewrową może podjechać do stałego stanowiska ładowania i naładować akumulatory z elektrycznej sieci przemysłowej. Dzięki temu niemal w ogóle nie używa swojego silnika spalinowego. A firma Audi przeszła prawie całkowicie na transport szynowy wewnątrzzakładowy, pomiędzy oddziałami produkcyjnymi.
Na takie lokomotywy i jednostki czekamy w Polsce. Może już niedługo, bo prace nad takimi napędami dla kolei trwają. Będzie to prawdziwy przełom, i oszczędności, i ochrona środowiska. Niedługo zapewne pojawia się też lekkie hybrydowe autobusy szynowe. Oby to się stało jak najszybciej.
Michał Fiszer
