Alternatiivsed veoallikad reisirongidele ja rakendamise võimalus Eesti raudteedel

Lõputöö eesmärgiks oli analüüsida alternatiivsete tehnoloogiate eeliseid ja otstarbekust Eesti raudteeoludes ning nende rakendamise võimalusi. Antud töös uuris autor reisirongide erinevaid veotüüpe, sealhulgas vesinikkütuseelementide ja veoakude kasutamist peamise veojõuallikana. Kaaluti ka olemasoleva veeremi kaasajastamise võimalusi. Tuli valida sobivaim lahendus, mis oleks kooskõlas nii keskkonna- kui ka rahalise teostatavusega. Vesiniku tehnoloogiad ei osutunud sobivaks, kuigi neil on mitmeid eeliseid, nagu keskkonnasõbralikkus ja suure autonoomia potentsiaal. Siiski takistavad nende rakendamist arenenud keemiatööstuse puudumine, kus vesinik on üks tootmiskomponentidest, ning vesiniku tootmine elektrolüüsi teel, mis on hetkel väga kulukas, ei võimalda seda tehnoloogiat rakendada meie raudteedel. Seetõttu valis autor alternatiiviks veoakud, mille keskkonnasõbralikkus on märkimisväärne. Ettevõtte elektrirongid kasutavad oma tööks juba praegu 100% rohelist energiat. Aastatel 2027–2028 on plaanis elektrifitseerida riigi põhiraudteed, mille käigus jäävad akurongide peamisteks liinideks Tartu-Valga-Koidula suund ja Edela suund. Antud töös uuriti ka võimalust laadida Edelaraudtee AS taristul reisirongide veoakusid nii sõidul kui ka seisul. Akurongid on energiasäästlikud, sest võimalus kasutada regeneratiivpidurduse kaudu säästetud energiat ning veoakult energia ülekandmise madalad kaod, muudavad selle tehnoloogia eelistatumaks võrreldes traditsiooniliste diiselgeneraatorite rongidega, mille tegevuskulud on kõrgemad. Akurongide miinusteks on siiski piiratud läbitav vahemaa ühe laadimisega ning akude mahutavuse piiratus. Meie projekti jaoks kõige sobivamal akutüübil on võimsuse suhtes suur kaal, mis tähendab, et diiselgeneraatorite asendamine veoakudega tõstab rongi kaalu. Lisaks on aku salvestamise hind väga kõrge – ligikaudu 1300 eurot ühe kWh kohta. Aku eluiga on piiratud, ulatudes tootja väitel 12–15 aastani, kuid see sõltub suuresti tühjenemiste ja laadimiste arvust, samuti temperatuuritingimustest. Sellistel juhtudel võib aku eluiga olla lühem. Rongide käitamiseks on vajalik laadimis- ja akude infrastruktuur, mis peaks olema tagatud nii pöördepunktides kui ka sõidu ajal. Kokkuvõttes uuringu tulemusena võib järeldada, et akutoitel rongide tehnoloogia on alles arengufaasis. Mitmed riigid on juba hakanud tellima sarnaseid ronge tootjatelt. Eesti raudteeoludes soovitaksin moderniseerimisprotsessi alustada siiski järk-järgult. Kui moderniseerimine saab teoks, on suur osa rongidest juba üle 15 aasta vanad, mis tähendab, et põhjaliku uuendamise elluviimiseks on vajalikud suured rahalised investeeringud, mis pikendaks olevate rongide eluiga. Kokkuvõttes on akutoitel rongid paljulubav alternatiiv traditsioonilistele veojõuallikatele. Siiski, nende laialdaseks kasutuselevõtuks tuleb ületada veel mitmed tehnoloogilised ja infrastruktuuriga seotud väljakutsed.

The thesis aimed to analyse the advantages and feasibility of alternative technologies in the context of the Estonian railway system. In this work, the author focused on evaluating various traction methods for passenger trains, including the use of hydrogen fuel cells and traction batteries as primary power source. Additionally, the possibility of modernising the existing rolling stock was considered. The was to identify the most suitable solution that aligns with both environmental and economic feasibility. Hydrogen technologies, despite offering significant advantages such as environmental sustainability and high autonomy potential, were deemed unsuitable. However, the lack of a developed chemical industry in the country, where hydrogen is used as a production component, and the high cost of producing hydrogen through electrolysis, makes this technology impractical for our railways. As an alternative, the author selected traction batteries, which are highly environmentally friendly. The company's electric trains already operate 100% green energy. In 2027–2028, the country’s main railways are planned to be electrified, with the Tartu–Valga–Koidula and Southwest lines remaining the primary routes for battery trains. This study also explored the feasibility of traction batteries for passenger trains on the Edelaraudtee AS infrastructure, both during travel and at stops. Battery trains are energy-efficient, as they allow for the use of energy saved throught regenerative braking, and the energy transfer losses from the traction battery are minimal. These factors make battery technology preferable to traditional diesel generator trains, which have higher operating costs. However, the battery trains have some disadvantages, including a limited range on a single charge and the restricted battery capacity. The most suitable battery type for this project has a high weight-to-power ratio, meaning that replacing diesel generators with traction batteries would increase the train’s weight. Additionally, the cost of the battery is very high – approximately 1,300 euros per kWh. Their service life is limited to 12-15 years, according to the manufacturer, but this depends heavily on the number of charging and discharging cycles, as well as their temperature conditions. Under adverse conditions, the lifespan of the battery may decrease. The operation of battery-powered trains also requires a charging and battery infrastructure, which must be established both at terminals and along routes. In conclusion, the study found that the of battery-powered train technology is still in the developmental stage. Several countries have already begun ordering such trains from manufacturers. For Estonia, I would recommend, a gradual approach to modernization. By the time the modernization process begins, most of the trains will be over 15 years old, requiring significant financial investments to ensure a comprehensive upgrade and extend the lifespan of the new trains. Overall, battery-powered trains represent a promising alternative to traditional traction methods. However, several technological and infrastructural challenges must be addressed before they can be widely implemented.