Gure inguruko edozein trenbide behatzen badugu, gehienetan errailen gainean katenaria dagoela ikusiko dugu: zutoinetatik zintzilik dagoen kable elektriko horren bitartez, behar duten energia lortzen dute trenek. Baina katenariaren instalazio eta mantenimenduak kostu ekonomiko esanguratsua duenez, trafiko handia duten trenbideetan baino ez du zentzurik. Hori dela eta, mundu osoko trenbideen erdia baino gutxiago daude elektrifikatuta. Orduan, zein energiarekin mugitzen dira trenak burdinbide horietan? Erantzuna erregai fosiletan dago, dieselean hain zuzen: mundu osoan asko dira funtzionatzeko diesela erretzen duten trenak, eta ondorioz gas kutsagarriak emititzen dituzte eta eragina dute klima-aldaketan.
Hori dela eta, Clean Hydrogen Partnership partzuergoak “Fuel Cell Hybrid PowerPack for Rail Application (FCH2RAIL)” proiektua finantzatzea erabaki zuen 2020an, Europar Batasunaren H2020 programaren bitartez. Proiektu honen helburu nagusia da sistema modular bat garatzea, erregai-pilak eta bateriak konbinatuz trenetan energia sortu eta metatzeko. Proiektuan hainbat enpresa eta erakundek hartzen dute parte, partzuergo moduan antolatuta: CAF, DLR, Toyota, RENFE, ADIF, CNH2, IP eta Stemmann-Technik. Proiektuaren zuzendaritza teknikoa CAF enpresaren ardura da eta 2021 urtetik 2024ra arteko iraupena izango du.
CAFen hidrogenozko tren erakuslea
Proba errealak egin ahal izateko, tren erakusle bat sortu du CAFek. Trenaren oinarria RENFEren aldirietako Civia moduko hiru kotxeko tren bat da. Tren erakusle honen ezaugarri garrantzitsua da bi modu ezberdinetan funtzionatzeko gai dela: katenariarekin (elektrifikatuta dauden trenbideetan) edo hidrogenoarekin (katenariarik ez dagoenean). RENFEren treneko kotxeetako bat, erdikoa hain zuzen, guztiz eraldatu da bertan hidrogeno-deposituak, erregai-pilak, bateriak eta beharrezko gainerako ekipamendu berri guztia instalatzeko. Zehazki bi modulu, energia sortu eta gordetzekoak (powerpack izenekoak) instalatu dira kotxe honetan. Modulu horietako bakoitzak honako ekipamendua hau du:
- Hiru erregai-pila: Toyotak garatutako gailu elektrokimiko hauek energia elektrikoa sortzen dute hidrogenoa erregai hartuz. Diesel generadoreekin alderatuz, erregai-pilek ur-lurruna baino ez dute isurtzen atmosferara.
- Bateria sistema bat (ingelesez Onboard Energy Storage System, OESS): Sistema hau katenariaren bidez kargatu daiteke, hidrogeno-beharrak murrizteko. Gainera, hibridazio-algoritmoen bitartez erregai-pilekin konbinatuz, hainbat abantaila eskaintzen ditu:
- Erregai-pilen potentzia osatu dezake une jakinetan, instalatu beharreko erregai-pilen kopurua gutxitzeko.
- Galgatzean sortzen den energia elektrikoa baliatzea ahalbidetzen du.
- Erregai-pilek uneoro ematen duten potentzia optimizatzea ahalbidetzen du, soberako potentzia xurgatuz edo falta dena eskainiz. Horrela, hidrogeno-kontsumoa gutxitzea lortu daiteke.
- DC/DC konbertsore bat: powerpack-ak sortutako eta xurgatutako energia elektrikoaren tentsioa ez da trenak erabiltzen duen tentsio bera, eta horregatik behar da halako bihurgailu bat.
- Hozte-sistema: erregai-pilen tenperatura kontrolatzeko derrigorrezkoa.
- Hidrogenoa metatzeko deposituak eta garraiatzeko sistema: Hidrogenoa oso gas arina denez, bolumen handia betetzen du presio eta tenperatura normaletan. Hori dela eta, presio altuan gordetzen da eta horrek erronka tekniko handia dakar. Halaber, beharrezkoak dira segurtasun-neurri zorrotzak, gas-ihesak saihesteko.
Aurretik aipatu dugun moduan, eraikitako tren honek bi modutan funtzionatu dezake. Modu elektrikoan, ohiko tren baten antzekoa dela esan daiteke: erregai-pilak itzalita daude eta bateriek ez dute energiarik ematen. Hidrogeno moduan, aldiz, funtzionamendua konplexuagoa da. Izan ere, hidrogeno-pilek potentzia maila ezberdinak eman ditzakete eta une oro erabaki behar da trenaren sei piletako bakoitzak zein potentzia eman behar duen. Horretarako, DASEM izeneko aplikazioa erabiltzen da (Driver Advisory System and Energy Management). Aplikazio horrek honako informazioa hau erabiltzen du:
- Azpiegituraren datuak: Geltokien posizioa, trenbidearen malda, abiadura maximoak, eta abar.
- Trenaren parametroak: Masa, trakzio- eta freno-gaitasunak, luzera, aerodinamika-koefizienteak, efizientziak, eta abar.
- Ibilbideen ordutegiak.
Datu horiek erabiliz, DASEM aplikazioak kalkulatu egiten du aukeratutako ibilbidea burutzeko beharrezko abiadura-profila: une bakoitzean trenak zer abiadura izan behar duen ordutegia ondo betetzeko eta aldi berean energia kontsumo minimoa izateko. Abiadura-profil hori abiapuntu hartuta, eta dagozkion efizientziak aplikatuz, potentzia-profil bat estimatzen du: segundo bakoitzean trenak zer potentzia eskatu edo sortuko duen (trenak freno elektrikoa aplikatzean energia berreskuratzeko gaitasuna baitu). Azkenik, potentzia-estimaziotik abiatuta, optimizazio bat burutzen du, honako galderari honi erantzunez: zein potentzia eman behar dute erregai-pilek une bakoitzean, bateriekin batera trenak behar duen potentzia emateko, ibilbide osoko hidrogeno kontsumoa minimizatuz? Hiru pausoko prozesu hau (abiadura-profila -> potentzia-profila -> erregai-pilen potentziaren optimizazioa) ibilbidearen hasieran egiten da lehenik, baina normalean trenak benetan osatzen duen abiadura-profila ez denez estimatutakoaren berdina, beharrezkoa da ibilbidean zehar birkalkulatzea, unean uneko egoerara egokitzeko (trenaren posizioa, abiadura, denbora, bateriaren karga, eta abar).
CAFen hidrogenozko trenaren probazko ibilbideak
Hainbat ibilbide osatu dira orain arte tren erakuslea probatzeko. Guztiek katenariarik gabeko zati luze xamarra dute eta gaur egun RENFEren diesel trenak ibiltzen dira bertan. Artikulu hau idazteko unean honako hauek izan dira ibilbideak:
- Zaragoza-Canfranc: Lehen probak egin ziren han. Jaka eta Canfranc artean malda handiko tarteak daude eta trenaren abiadura ezin da oso altua izan (50 km/h inguru).
- Zaragoza-Soria: Torralba del Moral (Soria) eta Soria artean ez du katenariarik. Ez du malda handirik eta batez besteko abiadura 100 km/h ingurukoa da.
- Zaragoza-Teruel: Teruelerako noranzkoan malda handiak ditu eta abiadura altuan egin daitezke.
- Madrid-Mérida: Katenariarik gabeko tarte luzeena duen ibilbidea da eta hidrogeno-kontsumo altuena eskatzen duena.
Ibilbide guztietan, oso erabilgarria izan da DASEM aplikazioa, egindako potentzien optimizazioari esker trenean kargatu daitekeen hidrogenoarekin ibilbide luzeak osatzea ahalbidetu duelako.
Oraindik martxan dagoen FCH2RAIL proiektua erakusten ari da hidrogenoaren energian oinarritutako tren bat teknikoki bideragarria dela ezaugarri ezberdinetako ibilbideetan zerbitzua emateko. Hala ere, mundu osoko trenbideetan hidrogeno-trenak ikusi aurretik beste hainbat gai argitu beharko dira; esate baterako, hidrogenoaren sorkuntza eta garraioa edota trenen fabrikazioaren eta mantentze kostua.
Egileaz:
Xabier Artaetxebarria Artieda software ingeniaria da Beasaingo CAF enpresan.