Poznań 3-08-2024r.

Hybrydowy Zespół Trakcyjny (HZT).

Hybrydowy Zespół Trakcyjny Impuls 2 typu 36WEh jest pierwszym Polskim pociągiem, który oprócz napędu elektrycznego zasilanego z sieci trakcyjnej 3 kV DC, posiada też napęd spalinowy, w postaci układu MTU PowerPack. Taki system pozwala na poruszanie się pociągu po szlakach bez trakcji elektrycznej.

Pociąg serii HZT Impuls 2 typu 36WEh powstał w Nowym Sączu w tajemnicy i całkowicie został opracowany przez Polskich inżynierów i techników. Pojazd nie tylko jest innowacyjny, ale przede wszystkim praktyczny i doskonale wpisał się w Polską sieć kolejową. Według stanu na dzień 31 grudnia 2018 roku, długość czynnych linii kolejowych w Polsce wynosiła 19 200 km, w tym 11 900 km jest zelektryfikowanych. W czasach Polski Ludowej planowano zelektryfikowanie całej sieci kolejowej. Jednak nieudolnie prowadzona przez komunistów gospodarka narodowa nie mogła tego planu wykonać. W pojeździe HZT Impuls 2 typu 36WEh zastosowano innowacyjne technologie, które udało się połączyć w sprawnie działający układ.

W 2019 roku, pojazd został oficjalnie zaprezentowany podczas 13. Międzynarodowych Targów TRAKO 2019 w Gdańsku. Podczas tych targów firma NEWAG S.A. otrzymała nagrodę główną w prestiżowym konkursie imieniem inżyniera Ernesta Malinowskiego, dla wyrobów i innowacji technicznych stosowanych w kolejnictwie. Wyróżniony w konkursie został Hybrydowy Zespół Trakcyjny Impuls 2 typu 36WEh.

HZT NEWAG IMPULS 2 typu 36WEh to najnowszy i zarazem najnowocześniejszy zespół trakcyjny na świecie, który w Polsce jest już eksploatowany przez kilka regionalnych kolei. Pojazd ten powstrzymał powstawanie następnych białych plam na mapie Polskiej Sieci Kolejowej, które wykluczyły znaczną część Polskiego społeczeństwa z dostępu do tego środka transportu. Pierwsze tego typu pojazdy zostały zakupione przez: województwo zachodniopomorskie, województwo dolnośląskie, województwo łódzkie i województwo wielkopolskie.

HZT NEWAG IMPULS 2 typu 36WEh to pociąg trójwagonowy, który pod trakcją elektryczną porusza się z prędkością 160 km/h, a dzięki silnikom spalinowym, na szlakach bez drutów, porusza się z prędkością 120 km/h. Są to parametry, które idealnie wpasowują się w Polskie tory. Pociąg zabiera na pokład 330 pasażerów, a co ważne jest dostosowany dla osób z ograniczoną możliwością poruszania się. Pasażerowie mają do dyspozycji: WIFI, gniazdka elektryczne 230 V AC, porty USB, klimatyzację, miejsce do przewozu roweru, nowoczesny system informacji pasażerskiej, podokienne stoliki, półki bagażowe, toalety w systemie zamkniętym.

Można dodać, że NEWAG oferuje także pojazdy typu bimodalne, czyli z dodatkowym członem spalinowym. Żaden przewoźnik takiego pojazdu jeszcze nie zamówił. Pojazdy z napędem hybrydowym lub bimodalnym gwarantują prędkość biegu do 120 km/h.

Nowe magazyny energii.

Firma NEWAG nie stoi w miejscu. W lutym 2023 roku, opracowała pierwszy w Europie hybrydowy zespół trakcyjny (HZT) z zasobnikiem superkondensatorów firmy Medcom. Firma Medcom opracował układ superkondensatorowego zasobnika energii do hybrydowego zespołu trakcyjnego Impuls 2 produkcji NEWAG S.A. Nowy pojazd został zaprezentowany we wrześniu 2023 roku, na targach InnoTrans i jest pierwszą tego typu konstrukcją na świecie. Opracowany przez Medcom dwunapędowy system pojazdu to falowniki trakcyjne, które nie tylko sterują pracą asynchronicznych silników trakcyjnych, ale także wytwarzają napięcie do zasilania układów pokładowych podczas jazdy w trybie spalinowym. Do hybrydowych pociągów typu Impuls 2 firma Medcom dostarcza także przetwornice pomocnicze, zasilacze buforowe, system TCMS i rozdzielnie niskiego napięcia.

Zaprezentowana na targach InnoTransie, nowa jednostka HZT 36WEh, została dodatkowo wyposażona w zasobnik superkondesatorów. Dzięki skutecznemu wykorzystaniu hamowania elektrodynamicznego, realizowanego przez falowniki trakcyjne podczas pracy pojazdu w trybie spalinowym, ładuje się zasobnik superkondensatorowy, aby w następnym cyklu można było wykorzystać zmagazynowaną energię. Układ napędowy odzyskuje energię kinetyczną rozpędzonego pojazdu i przekształca ją w energię elektryczną, która następnie jest gromadzona w pokładowym zasobniku superkondensatorów. Zgromadzona energia jest następnie wykorzystywana w trakcie postoju na stacji do zasilania pojazdu, a także do ponownego rozruchu do prędkości około 50 km/h. Dzięki temu pociąg jest w stanie opuścić peron stacji kolejowej wyłącznie na czystej i darmowej energii.

Pan Paweł Choduń, wiceprezes zarządu MEDCOM, wyjaśnił; – „Rozbudowa stosowanego przez nas do tej pory układu napędowego wymagała dodania do systemu dwóch nowych elementów – zasobnika superkondesatorów oraz towarzyszącego mu przekształtnika DC/DC. Energia odzyskana w trakcie hamowania w pierwszej kolejności przekazywana jest z falowników trakcyjnych do przetwornicy DC/DC, która obniża napięcie. Dopiero potem trafia ona do zasobnika superkondensatorów. W trakcie przyspieszania pojazdu przetwornice podnoszą napięcie, a następnie energia jest kierowana do falowników. Precyzyjne zarządzanie systemem gwarantuje, że generatory spalinowe zwiększaj swoją moc dopiero po wyczerpaniu energii z zasobnika.”

Według analiz przeprowadzonych przez firmę NEWAG, na odcinku Goleniów – Kołobrzeg, redukcja zużycia paliwa sięgała 17% – 22%. Przy cenach oleju napędowego i codziennej eksploatacji pojazdu, przełoży się to na oszczędności liczone w milionach złotych. Równie istotnym atutem modernizacji jest bardzo cicha praca pojazdu i redukcja spalin podczas postoju na stacji kolejowej oraz w trakcie rozruchu. System sterowania zwiększa moc agregatów spalinowych dopiero po pokonaniu około 500 metrów, co zapewnia zwiększony komfort pasażerom oczekującym na peronach.

Zasobniki superkondensatorów firmy Medcom były do tej pory stosowane w tramwajach. Stosuje się je między innymi w  tramwajach PESA JAZZ dla Warszawy i Gdańska oraz w tramwajach Hyundai Rotem dla Warszawy.

Dane T-T HZT NEWAG IMPULS 2 typu 36WEh:

Pociąg składa się z trzech wagonów. Układ osi Bo’2’2’Bo. Masa własna 119 000 kg. Masa brutto 120 500 kg. Maksymalny nacisk osi na tor 183,3 kN. Liczba pasażerów do 330 osób. Długość ze sprzęgami 59,30 m. Moc znamionowa 1 600 kW. Zasilanie 3 kV DC. Światło drzwi wejściowych 1,30 m. Wysokość progu wejściowego od główki szyny 0,62 m. Pociąg może być eksploatowany przy temperaturze otoczenia od -25 do +40 stopni Celsjusza. Maksymalna prędkość eksploatacyjna; 120 km/h – w trybie spalinowym, 160 km/h – w trybie elektrycznym. Przyśpieszenie rozruchu; ≥0,4m/s² – w trybie spalinowym, ≥1.1 m/s² – w trybie elektrycznym. Skrajnia kinematyczna PN-EN 15273-2:2013. Rozstaw szyn 1435 mm. Oświetlenie w technologii LED.

PowerPack.

PowerPack serii 1800 i 1600 zostały zaprojektowane jako zwarta i płaska konstrukcja specjalnie do instalacji pod podłogą lub na dachu pojazdu trakcyjnego. Dzięki temu każdy PowerPack może być indywidualnie skonfigurowany pod wymagania danego producenta taboru.

Jako napęd spalinowy zastosowano silniki Diesel MTU serii 4000, o mocy 390 kW. Pociągi 36WEh wyposażone są w dwa zespoły napędowe zwane PowerPack. Każdy z nich składa się z wysokoprężnego silnika spalinowego MTU, 6-cylindrów, rzędowy z turbodoładowaniem, o mocy 390 kW. Silnik może współpracować z hydromechaniczną przekładnią trakcyjną ZF lub z generatorem prądu. To drugie rozwiązanie jest w pociągach Impuls 2 typu 36WEh. Silnik ma także urządzenia pomocnicze takie jak między innymi: chłodnica silnika, alternator, sprężarka klimatyzacji oraz układu dolotowego powietrza i wydechowego spalin. Silniki te cechuje; duża niezawodność, łatwość konserwacji, długie okresy między remontami i niskie zużycie jednostkowe paliwa. Przekładnia jest zoptymalizowana dla prędkości do 120 km/h. Silniki wysokoprężne MTU serii 4000 są produkowane w konfiguracji cylindrów 6H, 8V, 12V, 16V i 20V, i są dobre do montażu w szerokiej gamie lokomotyw, SZT i HZT. Stosuje się w nich wtrysk paliwa typu Common Rail MTU. Silniki wysokoprężne mają dobry stosunek mocy do masy. W pociągu HZT Impuls 2, silnik spalinowy napędza generator prądu o mocy 360 kW, który daje napięcie od 2 700 V do 3 050 V.

W MTU PowerPack stosuje się silniki; 6H1800 lub 12V1600, które są umieszczone centralnie. Prędkość obrotowa wału silnika jest przenoszona albo na przekładnię, albo na generator trakcyjny. Po przeciwnej stronie PowerPack jest układ chłodzenia oraz opcjonalne inne urządzenia: generator pokładowy, sprężarki powietrza, klimatyzacji, CaPos. Układ wydechowy jest po jednej stronie silnika spalinowego, a czerpnia powietrza jest po drugiej stronie silnika. Całość spoczywa na jednej ramie, którą można zamontować pod podłogą pudła wagonu lub na jego dachu. W jednostce można stosować przekładnie hydrauliczne, mechaniczne lub elektryczne. Dzięki kompaktowej budowie PowerPack ma konfigurację Plug & Play, co pozwala na szybki montaż lub demontaż i łatwy dostęp do podzespołów. Takie rozwiązanie wpływa także na obniżenie masy całego zespołu. MTU PowerPack mają elektroniczną kontrolę najważniejszych parametrów pracy zespołu, co pozwala na bieżąco monitorować stan techniczny zespołu napędowego. MTU PowerPack spełniają normy EPA Tier 3, 4i oraz EU Stage IIIB. MTU PowerPack mają zastosowaną technologię selektywnej redukcji katalitycznej (SCR), a po Polsku redukcji ilości tlenków azotu NOx. Bez wątpienia napęd ma niski stopień wibracji i akceptowały poziom hałasu.

MTU PowerPack o mocy 2 x 390 kW jest montowany na przykład w pociągach SZT PESA Link oraz SZT NEWAG 222M Impuls. Taki sam zespół napędowy jest montowany w zagranicznych SZT Bombardier Turbo Star. Natomiast zespoły napędowe typu PowerPack 390 kW w ilości od 1 egzemplarza do 4 egzemplarzy są montowane w pociągach osobowych Alstom Lint 54; w zależności od ilości wagonów. 

Firma MTU oferuje także Hybrid PowerPack. Jest to system dodatkowo wyposażony w akumulatory, o mocy od 30,6 kWh do 122,4 kWh. To rozwiązanie ma przekładnię mechaniczną i silnik elektryczny lub tylko silnik elektryczny.

Opis HZT NEWAG IMPULS 2 typu 36WEh.

HZT NEWAG IMPULS 2 typu 36WEh to pociąg złożony z trzech wagonów, przy czym ich oznaczenia są nastepujące; wagon pierwszy „A”, wagon drugi środkowy „C”, wagon trzeci końcowy „B”. Pociąg posiada wszystkie cechy EZT Impuls 2 typu 36WE. Do tych cech należy ekonomiczna kabina maszynisty z możliwością dodania miejsca dla pomocnika. Kabina ma indywidualną klimatyzację i układ ogrzewania. Można zamontować lodówkę, czajnik, kuchnię mikrofalową, umywalkę i dodatkowe szafki. Do kabiny mechanika zamontowano osobne drzwi prowadzące z zewnątrz, zarówno na jednej jak i na drugiej burcie. W poprzednim EZT Impuls 1 takich drzwi nie było. Z części pasażerskiej do kabiny są tylko jedne drzwi. Nie ma drzwi między kabiną, a częścią maszynowni, co zwiększa poziom hałasu w kabinie.

Przełączanie z sieci trakcyjnej na trakcję spalinową jest proste. Kierunek jazdy dajemy na Zero. Na ekranie systemów, w zakładce urządzenia dajemy okienko trybu pracy. Opuszczamy pantograf. Po kilku sekundach na ekranie włączamy tryb spalinowy. Kiedy elektronika się przełączy, to wracamy do ekranu głównego i tą samą dźwignią od pantografu uruchamiamy PowerPack. Trzeba pamiętać o uruchomieniu wyłącznika szybkiego. Wszystko trawa kilkanaście sekund. Podobnie postępujemy odwrotnie. Pantografy są umieszczony na środkowym członie pociągu.

Podłoga w pojeździe Impuls 2 jest na wysokości 0,62 m, a nad wózkami 0,76 m. Natomiast w pierwszym i ostatnim wagonie, gdzie pod podłoga są PowerPack jest wyżej. Poszczególne wagony mogą być wyposażone w różną ilość drzwi pasażerskich. Typ 36WEh w każdym wagonie posiada jedną parę drzwi wejściowych pasażerskich. Wydłuża to czas wymiany pasażerów, ale zwiększa liczbę miejsc siedzących. Światło drzwi wynosi 1,30 m. Dodatkowym plusem jest zmniejszenie ilości układów automatyki drzwi. Wnętrze pociągu zostało zaprojektowane w konsultacji z Kolejami Wielkopolskimi. Cały pociąg jest Klasy 2. Środkowy wagon jest przystosowany do podróży osób niepełnosprawnych oraz przewozu rowerów i wózków dziecięcych.

W członie środkowym jest jedna duża toaleta w systemie zamkniętym. Drzwi do toalety są otwierane ręcznie, bo w pociągach Impuls 1 automatyka ulegała awarii. Toaleta jest przystosowana do obsługi pasażerów niepełnosprawnych oraz wyposażona w przewijak dla dzieci.

Silniki napędowe elektryczne mają moc 400 lub 500 kW. W pojeździe 36WEh zastosowano silniki elektryczne trakcyjne 4 x 400 kW. Są to silniki trójfazowe asynchroniczne, a są sterowane elektronicznie poprzez falownik. Na każdy wózek jest jeden falownik. Przekładnie mechaniczne są dwustopniowe.

Pojazd jest wyposażony w automatyczne sprzęgi typu Scharfenberga. Nowością są osłony, które łatwo jest odblokować i przesunąć w górę, bo są na stałe połączone ze sprzęgiem. Nie ma możliwości ich zgubienia.

Opracował Karol Placha Hetman