نخستین سرویس مسافری تمام باتری بریتانیا توسط GWR

راه‌اندازی نخستین سرویس مسافری تمام‌باتری در بریتانیا

شرکت Great Western Railway (GWR) نخستین قطار مسافری کاملاً باتری‌محور بریتانیا را وارد سرویس منظم مسافری کرده است؛ نقطه‌عطفی مهم در مسیر الکتریفیکاسیون راه‌آهن و حرکت به‌سوی حمل‌ونقل بدون آلایندگی. قطار کلاس 230 اکنون در شاخه گرینفورد در غرب لندن خدمت می‌دهد و به‌جای واگن‌های دیزلی قبلی، مسافران را در گردش حدوداً 8 کیلومتری بین وست ایلینگ و گرینفورد جابه‌جا می‌کند.

این اقدام نشان‌دهنده تلاشی متمرکز برای کاهش انتشار کربن در خطوط فرعی و حومه‌ای است که ترانسفورماسیون کامل شبکه به‌صورت سیم‌کشی سقفی (اکتوپل) ممکن است از نظر اقتصادی یا زمانی مقرون‌به‌صرفه نباشد. راه‌اندازی سرویس تجاری با قطارهای باتری‌برقی همچنین مبنایی برای آزمون راهکارهای فنی و عملیاتی جدید مانند شارژ سریع پرقدرت و مدیریت انرژی پیشرفته فراهم می‌آورد.

شارژ سریع در مسیرهای کوتاه

قطار باتریی کلاس 230 در این مسیر چهار ایستگاه را پوشش می‌دهد و هر سفر یک‌طرفه حدوداً 12 دقیقه طول می‌کشد که زمان‌بندی متداومی برای مسافران شهری و حومه‌ای فراهم می‌آورد. پس از انجام سفر رفت یا برگشت، قطار وارد وست ایلینگ می‌شود و در آنجا یک توالی شارژ سریع باتری‌ها در مدت تقریباً 3.5 دقیقه انجام می‌گیرد تا بانک باتری قطار برای سفر بعدی آماده شود.

این شارژ سریع از طریق یک شارژر 2,000 کیلوواتی (2 مگاوات) تأمین می‌شود که به یک بخش کوتاه از ریل تحت‌ولتاژ متصل است؛ آن بخش برق‌دار تنها زمانی فعال می‌شود که قطار با دقت کامل بر روی محل تعیین‌شده قرار گرفته باشد تا ایمنی سیستم تضمین شود. این روشِ استفاده از یک بخش زنده کوتاه ریل برای انتقال توان بالا، به کاهش نیاز به زیرساخت‌های پرهزینه و بازنگری شبکه کلی کمک می‌کند، در حالی که حفاظت ایمنی الکتریکی هم حفظ می‌شود.

برای تحقق عملکرد شارژ سریع، سیستم‌های کنترلی شامل سامانه‌های تشخیص موقعیت دقیق، ارتباطات بین شارژر و ناوگان، و پروتکل‌های ایمنیِ قطع و وصل انرژی ضروری هستند. همین‌طور تهویه و خنک‌سازی شارژر و مدیریت حرارتی باتری‌ها از موارد کلیدی در طراحی ایستگاه شارژ سریع محسوب می‌شوند تا از داغ‌شدن بیش از حد، افت کارایی باتری و کاهش طول عمر سلول‌ها جلوگیری شود.

رکورد برد و مراحل آزمون

در طول یک دوره آزمایشی 22 ماهه روی همان مسیر، GWR به‌همراه شرکا سامانه شارژ سریع و رفتار قطار را تحت شرایط عملیاتی مختلف مورد ارزیابی قرار دادند. در بخش آزمایشگاهی و میدانی، این کلاس 230 توانست با یک شارژ کامل بیش از 200.5 مایل (حدود 323 کیلومتر) را طی کند که رکورد جدیدی در فاصله طی‌شده توسط قطارهای تمام‌باتری بدون شارژ مجدد ثبت کرد.

این عملکرد نسبت به رکورد قبلی که در سال 2021 توسط Stadler Deutschland با پیمایش حدود 139 مایل (تقریباً 224 کیلومتر) با یک شارژ به‌دست آمده بود، پیشرفت قابل‌توجهی را نشان می‌دهد. چنین پیشرفتی منعکس‌کننده توسعه در فناوری باتری، نرم‌افزارهای مدیریت انرژی، و زیرساخت شارژ پرقدرت است؛ پارامترهایی که در مجموع محدوده عملیاتی، دوام باتری و کفایت سیستم را بهبود می‌بخشند.

در طول دوره آزمایشی، متغیرهایی مانند الگوهای توقف و حرکت، شرایط آب‌وهوایی، بار مسافری، بازیافت انرژی ترمزی (بازتولید انرژی توسط سامانه‌های ترمز بازتولیدی) و رفتار باتری در چرخه‌های شارژ و دشارژ طولانی‌مدت بررسی شد. تحلیل داده‌ها نشان داد که طراحی سلولی با چگالی انرژِی بالا، مدیریت دمای فعال و استراتژی‌های شارژ میان‌بری قادرند نیازهای عملیاتی خطوط فرعی را برآورده کنند، به‌ویژه هنگامی که ایستگاه‌های خاص به‌عنوان هاب‌های شارژ سریع عمل می‌کنند.

زیرساخت و همکاری

شبکه Network Rail همراه با GWR برای نصب زیرساخت شارژ سریع در وست ایلینگ همکاری کرد؛ از استقرار بانک‌های باتری پشتیبان و تجهیزات شارژ تا مشارکت در ارزیابی‌های ایمنی سیستم. هماهنگی بین اپراتور قطار، مدیریت زیرساخت و تأمین‌کنندگان تجهیزات باعث شد تا هم ناوگان و هم امکانات شارژ برای عملیات مسافری آماده شوند.

مشمول بررسی‌های ایمنی بودند: ارزیابی ریسک الکتریکی، حفاظت در برابر برخورد انسانی با بخش برق‌دار ریل، ثبات ولتاژ شبکه و تعامل شارژر با سیستم برقی محلی. این ارزیابی‌ها شامل تست‌های کنترلی، شبیه‌سازی اضافه‌بار و پاسخ به اغتشاشات شبکه بود تا عملکرد شارژرهای 2 مگاواتی در شرایط واقعی تضمین شود.

GWR هفته گذشته عملیات مسافری را آغاز کرد و برنامه‌ریزی نموده است که به‌صورت مستمر داده‌های عملیاتی را جمع‌آوری کند تا عملکرد و قابلیت اطمینان را بهینه‌سازی نماید. یک گزارش فنی کامل که جزئیات آزمایش‌ها و نتایج را تشریح می‌کند در ژوئیهٔ 2025 منتشر شد و در آن تحلیل شده است که آیا شارژهای کوتاه و مکرر در ایستگاه‌های مشخص می‌تواند امکان‌پذیر ساختن حرکت قابل‌اطمینان قطارهای باتری‌محور روی خطوطی که به‌طور کامل الکتریکی نشده‌اند را فراهم کند یا خیر.

اطلاعات جمع‌آوری‌شده شامل پارامترهایی مانند نرخ شارژ واقعی، افت ولتاژ باتری، نرخ بازتولید انرژی ترمزی، زمان‌های توقف ایستگاه و هماهنگی با برنامه حرکت سایر قطارها بود. این داده‌ها برای طراحی بهتر ایستگاه‌های شارژ، تنظیم پروفایل‌های شارژ و توسعه سیاست‌های نگهداری باتری حیاتی هستند.

چرا این موضوع برای علاقه‌مندان خودرو و خودروهای برقی مهم است

سامانه‌های باتری راه‌آهن و زیرساخت شارژ پرتوان با دنیای خودروهای برقی (EV) اشتراکات زیادی دارند: مدیریت حرارتی، سرعت شارژ، طول عمر باتری و تعامل با شبکه برق از جمله نقاط مشترک کلیدی‌اند. برای علاقه‌مندان و متخصصانی که تحول به سمت الکتریکی‌سازی را دنبال می‌کنند، موفقیت کلاس 230 نشان می‌دهد که ترکیب هاب‌های شارژ سریع و پک‌های باتری مقاوم می‌تواند عملیات بدون آلایندگی را تا خطوط ثانویه و شُعبه‌ای نیز گسترش دهد بدون آنکه نیاز به هزینه‌های بسیار بالای سیم‌کشی سقفی در تمام مسیرها باشد.

یادگیری‌های فنی قابل‌انتقال عبارت‌اند از: اهمیت سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) برای تعادل سلولی و کاهش پیرشدگی، بهره‌مندی از خنک‌کننده‌های فعال برای حفظ دمای بهینه، و تأثیر الگوریتم‌های هوشمند شارژ بر طول عمر مفید بسته‌های باتری. همچنین تعامل با شبکه برق محلی و برنامه‌ریزی بار (demand management) و استفاده از منابع ذخیره‌سازی جانبی می‌تواند بار پیک را کاهش دهد و هزینه‌های انرژی را متعادل نماید.

• مشخصات کلیدی: کلاس 230، شارژ سریع 2,000 کیلووات، توقف‌های حدوداً 3.5 دقیقه برای شارژ تکمیلی.
• رکورد: 200.5 مایل (≈323 کیلومتر) با یک شارژ در طول آزمون‌ها.
• شرکا: GWR، Network Rail؛ استقرار مبتنی بر داده و آزمون‌های ایمنی برای راه‌اندازی خدمات عمومی.

چشم‌انداز

آزمایش گرینفورد نشان می‌دهد که یک مسیر عملی برای کربن‌زدایی خطوط حومه‌ای و روستایی وجود دارد، جایی که الکتریفیکاسیون کامل اقتصادی یا فنی مناسب نیست. برای صنعت موتوری و حمل‌ونقل گسترده‌تر، نتایج این پروژه تأکید می‌کند که فناوری باتری و شارژ سریع همچنان در حال پیشرفت است و فاصله بین اهداف بلندپروازانه و واقعیت عملیاتی حمل‌ونقل صفر-آلاینده کاهش می‌یابد.

ثبت رکورد برد پیمایش با یک شارژ و اثبات قابلیت انجام عملیات مسافری تجاری، می‌تواند به تدوین سیاست‌ها، جذب سرمایه‌گذاری در زیرساخت شارژ ریلی و تعمیم راهکارها به سایر خطوط کوتاه و میانی کمک کند. از منظر اقتصادی، مدل‌هایی که هزینهٔ سرمایه‌ای (CAPEX) و هزینهٔ عملیاتی (OPEX) را برای گزینه‌های مختلف مانند سیم‌کشی کامل مسیر، قطارهای دیزلی کم‌مصرف یا قطارهای باتری-الکتریکی مقایسه می‌کنند، اکنون داده‌های واقعی بیشتری برای تصمیم‌گیری در اختیار دارند.

با ادامهٔ گردآوری داده‌های واقعی توسط GWR، انتظار می‌رود راهبردهای شارژ و مدیریت باتری بهینه‌سازی شوند؛ این موضوع می‌تواند بر طراحی قطارهای آینده و نیز استراتژی‌های الکتریفیکاسیون گسترده‌تر در شبکه ریلی بریتانیا تأثیرگذار باشد. افزون بر این، تجربهٔ عملیاتی می‌تواند الگوهایی برای ادغام انرژی تجدیدپذیر در ایستگاه‌های شارژ و استفاده از ذخیره‌سازی پشتیبان ارائه دهد که هزینهٔ عملیاتی و اثرات زیست‌محیطی را بیش‌تر کاهش می‌دهد.

در مجموع، حرکت GWR به‌سوی سرویس‌های باتری‌محور نمونه‌ای روشن از چگونگی ترکیب نوآوری فنی، همکاری بین‌بخشی و برنامه‌ریزی مبتنی بر داده برای تحقق حمل‌ونقل پایدار است. این رویکرد می‌تواند نقشهٔ راهی عملی برای سایر اپراتورها و سیاست‌گذاران در سطح ملی و بین‌المللی فراهم کند تا به‌تدریج خطوطی را که اکنون به دیزل وابسته‌اند به گزینه‌های بدون آلایندگی منتقل کنند.