Überraschung! Die Photovoltaikbahn hat ein Potenzial von 239,6 TWh! Wird es die Energielandschaft verändern?

Kürzlich gab das italienische Startup Greenrail Group bekannt, dass es mit dem Einsatz seiner maßgeschneiderten Photovoltaik-Eisenbahnschwellenlösung auf einer Eisenbahnstrecke in Italien begonnen hat.

Seit 2018 testet das Unternehmen Photovoltaikschwellen auf Bahnstrecken. Occhipinti, der CEO des Unternehmens, sagte, dass diese Schwellen einfach zu montieren und zu reinigen seien. „Die Reinigung einer 1 km langen Solarbahn mit einem darunter angebrachten Wagen mit Bürsten und Wassersprühgeräten dauert nur wenige Minuten. Dadurch können wir die Reinigung großer Flächen in kurzer Zeit abschließen und sparen so Ressourcen und Zeit im Vergleich zur Reinigung mit Standard-Photovoltaik Pflanzen.“

Greenrail hat sechs Monate lang eine Reihe regelmäßiger Tests durchgeführt, um die Energieeffizienz, die Witterungsbeständigkeit und die Auswirkungen auf den Bahnbetrieb zu bewerten. Sie sagten, dass die Solarschwellenlösung eine ausgezeichnete Robustheit und Wirksamkeit aufweist. 1 km Solarschwellen reicht aus, um 44 MWh Strom pro Jahr zu erzeugen. Diese Energie kann ins Netz eingespeist oder zum Betrieb von Bahnhöfen, Bahnübergängen und Ampeln in abgelegenen Gebieten verwendet werden.

Photovoltaik-Paneele auf Schienen

Die Idee, Schwellen durch Sonnenkollektoren zu ersetzen, ist nicht neu. Bankset Energy im Vereinigten Königreich und die Deutsche Bahn in Deutschland experimentieren mit dem Einbau von Solarzellen in Eisenbahnschwellen oder der Befestigung von Photovoltaikelementen an Gleisschwellen. Sie glauben im Allgemeinen, dass zwischen den Schienen ein riesiger Raum ist. Warum also nicht Solarpaneele anstelle von Schwellen verwenden, die effektiv Strom erzeugen können, ohne den Zugverkehr zu behindern.

Unter diesen hat Swiss Sun-Ways seine eigenen einzigartigen Vorteile. Es ist das erste Unternehmen, das ein abnehmbares Solarsystem für Schienen entwickelt. Der Gründer ist davon überzeugt, dass abnehmbare Paneele eine wichtige Voraussetzung für die Wartung dieses Systems sind, ebenso wie das Eisenbahnmanagement und das Wartungspersonal bei der Verwaltung der Gleise die Schienen polieren.

Nach Angaben der Erfinder sind ihre Paneele korrosionsbeständiger als herkömmliche Paneele, und die schwarze Farbe der Paneele und die Verwendung von Antireflexionsfiltern reduzieren Störungen für Lokführer. Sensoren können den normalen Betrieb der Paneele überwachen, und an beiden Enden der Zuggruppe angebrachte Rundbürsten können automatisch Restschmutz entfernen, der sich auf der Oberfläche der Paneele angesammelt hat, wie etwa Staub oder Gleisschotterreste. Für Gebiete mit starkem Schneefall oder niedrigen Temperaturen will das Startup ein System zum Schmelzen von Eis und Schnee entwickeln.

Die Schweiz setzt wie andere Länder auf erneuerbare Energien, um die Energiewende zu erreichen und sich schrittweise dem Ziel einer Null-Emissions-Gesellschaft zu nähern. Der Mangel an verfügbarem Platz macht es der Schweiz jedoch schwer, Großanlagen zu bauen, und die Installation von Solarpaneelen auf privaten Gebäuden, Infrastruktur oder Berggebieten wird durch zahlreiche Vorschriften behindert.

Diese Technologie hat also großes Potenzial in der Schweiz. Theoretisch könnte das 5.317 Kilometer lange Bahnnetz der Schweiz ein Solarkraftwerk mit einer Gesamtfläche von 5,317 Millionen Quadratmetern beherbergen, was etwa 760 Fußballfeldern entspricht. Laut Sun-Ways kann das Schweizer Inlandsbahnnetz, ohne Tunnel oder Abschnitte mit unzureichender Sonneneinstrahlung, 1 Terawattstunde Solarenergie pro Jahr produzieren, was etwa 2 % des Stromverbrauchs des Landes ausmacht.

Sun-Ways wird von rund 10 Partnerunternehmen und der Schweizerischen Agentur für Innovationsförderung unterstützt. Bei Genehmigung durch das Bundesamt für Verkehr wird im Mai das weltweit erste mobile Solarkraftwerk in Betrieb genommen.

Und die Ziele des Startups beschränken sich nicht nur auf die Schweiz. Sun-Ways plant eine Expansion in Europa, insbesondere in Deutschland, Österreich und Italien, sowie in den USA und Asien. „Es gibt mehr als eine Million Kilometer Eisenbahnstrecken auf der Welt. Wir glauben, dass 50 % der Eisenbahnen der Welt mit unserem System ausgestattet werden können.“

Chinas Bahn-Photovoltaik-Markt und seine Schwierigkeiten

Chinas Eisenbahnen verlaufen durch den Süden der bunten Wolken, angrenzend an den Großen Afrikanischen Grabenbruch Ostafrikas, und überqueren kurvenreich und langgestreckt die Oberfläche des Baikalsees. Ab August 2024 wird die Gesamtlänge der chinesischen Eisenbahnen 160.000 Kilometer überschreiten und damit weltweit an dritter Stelle stehen. Wenn alle Schwellen auf der Strecke durch Photovoltaik-Paneele ersetzt würden, würde dies enorme wirtschaftliche Vorteile bringen.

Belebte Eisenbahnabschnitte verbrauchen viel Strom und der Nordwesten hat gute Sonneneinstrahlung. Der durch Photovoltaikschwellen erzeugte Strom kann vom Stromnetz entlang der Bahnstrecke aufgenommen werden, was enorme Vorteile bietet. Für Pilotprojekte kommen nur stark befahrene Bahnstrecken wie Peking nach Guangzhou oder Shanghai oder Strecken von Peking nach Xinjiang in Frage.

Nach institutionellen Angaben beträgt das Gesamtpotenzial für die Photovoltaik-Stromerzeugung, das im Eisenbahnnetz meines Landes entwickelt und genutzt werden kann, 239,6 TWh. Im Schienenverkehrsnetz können der Raum entlang der Eisenbahnlinie, die Vordächer großer Bahnhofsgebäude und die Oberseite von Lokomotiven und Fahrzeugen Raumressourcen für die Integration der Photovoltaik-Stromerzeugung bereitstellen, und der Strom, der von elektrifizierten Eisenbahnen und Bahnhofsserviceeinrichtungen genutzt wird, kann dies tun bieten auch einen großen Raum für die Photovoltaik-Stromerzeugung.

Es wird geschätzt, dass der jährliche Stromverbrauch der chinesischen Hochgeschwindigkeitsbahnen bis 2030 auf 191,9 TWh steigen wird. Für das Anwendungsszenario der Photovoltaik-Eisenbahn wird unter den Bedingungen von 5 %, 10 % und 15 % Photovoltaik im Schienenverkehr die jährliche Stromselbstkonsistenzrate des Schienenverkehrssystems 6,2 %, 12,5 % und 18,7 % erreichen Die jährliche Reduzierung der Kohlendioxidemissionen wird 12.000 Tonnen übersteigen.

Dies sind jedoch perfekte Annahmen ohne Berücksichtigung anderer Faktoren, und wir müssen immer noch praktische Probleme berücksichtigen.

Das erste Problem: Photovoltaische Absorption

In den letzten Jahren ist mit der schrittweisen Förderung der dezentralen Photovoltaik und der kontinuierlichen Weiterentwicklung großer Basisprojekte das Problem der Photovoltaik-Absorption immer stärker in den Vordergrund gerückt. Wie also kann man die Energie der Bahn-Photovoltaik absorbieren? Tatsächlich ist es sehr einfach. Der von Photovoltaikbahnen erzeugte Strom kann an Stromnetze, Bahnhöfe und nahegelegene Stromverbraucher verkauft werden.

Der Bahnhof nutzt die Photovoltaik-Stromerzeugung, um Züge anzutreiben und Batterien aufzuladen; Verbraucher können den von Photovoltaikbahnen erzeugten Strom für den Hausgebrauch kaufen; Darüber hinaus kann der überschüssige Strom gewinnbringend an das Stromnetzunternehmen verkauft werden, wodurch eine lokale Absorption und eine diversifizierte Nutzung erreicht werden kann. Der überschüssige Strom in abgelegenen Gebieten kann in Kombination mit der neuen Schwungrad-Energiespeichertechnologie auch vor Ort gespeichert werden.

Das zweite Problem: hohe Kosten

Der Markt für Photovoltaik-Stromerzeugung kann weltweit nicht weit verbreitet werden, da er immer noch durch die Kosten begrenzt ist. Hinzu kommen die besonderen Anforderungen von Photovoltaik-Bahnen an Technologie und Ausrüstung, die Kosten sind vorstellbar. Sun-Ways hat die Kosten pro Megawatt nicht bekannt gegeben, wird aber ein Pilotprojekt auf einem Abschnitt des öffentlichen Verkehrsnetzes im Westschweizer Kanton Neuenburg durchführen. Das Projekt hat fast 400.000 Schweizer Franken gesammelt. Wenn es in Zukunft gelingt, großflächig zu bauen, könnten die Kosten für Bahn-Photovoltaik noch deutlich sinken.

Die dritte Frage: Eisenbahnunternehmen

Die endgültige Entscheidung darüber, ob Bahn-Photovoltaik gefördert werden kann, liegt bei den Eisenbahnunternehmen. Die China Railway Corporation ist im Wesentlichen für den Betrieb der chinesischen Eisenbahnen verantwortlich, einschließlich der auf Schwellen installierten Photovoltaik.

Obwohl das Land jetzt den Bau neuer Energiequellen energisch vorantreibt, um das „Dual-Carbon“-Ziel zu erreichen, sind die Aussichten für die Kombination bestehender Bahnanlagen mit Photovoltaik rosig, wenn der erzeugte Strom jedoch auf die Oberleitung übertragen werden soll, um den Zug anzutreiben , es muss verstärkt werden. Es gibt Probleme mit der Versorgung und Stabilität des Photovoltaikstroms. Da bei der Bahn hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Stromversorgung gestellt werden, ist auch die Abstimmung mit anderen Stromquellen ein Problem. Angesichts der möglichen Sicherheitsrisiken können Basis-Eisenbahnbüros in so wichtigen Bereichen der Sicherheit des Eisenbahnsystems keine unabhängigen Entscheidungen treffen.

Beispiele für Photovoltaik bei der chinesischen Eisenbahn

Die Eisenbahn hat einen großen Strombedarf. Mit dem Photovoltaik-Stromerzeugungsprojekt werden die Stromkosten effektiv gesenkt und Energieeinsparungen sowie eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes erreicht. Obwohl es in meinem Land keinen Präzedenzfall für die Verlegung von Photovoltaikanlagen auf Schienen gibt, wird der Bereich der Bahnphotovoltaik seit langem aktiv erforscht.

Am 25. Dezember 2021 wurde das dezentrale Photovoltaik-Stromerzeugungsprojekt auf dem Dach des Xiong'an-Bahnhofs der Beijing-Xiongan Intercity Railway (Asiens größter Hochgeschwindigkeitsbahnhof) offiziell zur Stromerzeugung ans Netz angeschlossen. Das Projekt basiert auf dem Modell „Selbsterzeugung und Eigennutzung, überschüssiger Strom wird ins Netz eingespeist“ und verfügt über eine installierte Gesamtleistung von 6 Megawatt, die den Hochgeschwindigkeitsbahnhof Xiong'an pro Jahr mit 5,8 Millionen Grad sauberer Elektrizität versorgen kann Jahr.

Als größter neu gebauter Bahnhof entlang der Intercity-Eisenbahn Peking-Xiongan verfügt der Hochgeschwindigkeitsbahnhof Xiong'an über eine Gesamtbaufläche von 475.000 Quadratmetern, und das gesamte Bahnhofsgebäude ist in geplant eine wassertropfenförmige elliptische Form. Im Rahmen des Photovoltaik-Stromerzeugungsprojekts auf dem Dach werden 17.700 Stück 42.000 Quadratmeter große polykristalline Silizium-Photovoltaikmodule auf beiden Seiten des Bahnhofsdachs verlegt. Wenn man von einer hohen Stelle herabblickt, ist es wie „eine Perle auf einem Wassertropfen, die glänzt“, was die Dachform ergänzt.

Während das Projekt wirtschaftliche Vorteile bringt, werden 1.800 Tonnen Standardkohle eingespart und die Kohlendioxidemissionen um 4.500 Tonnen pro Jahr reduziert, was der Anpflanzung von 12 Hektar Bäumen entspricht.

Im Juli 2016 schloss das Hohhot Railway Bureau in der Inneren Mongolei, China, das erste Demonstrationsprojekt des Landes zur Photovoltaik-Stromerzeugung für ein Eisenbahnsystem ab. Auf den Dächern von Eisenbahngebäuden und nahe gelegenen Flächen im Shaliang Logistics Park unter der Zuständigkeit des Hohhot Railway Bureau wurden 6.780 Photovoltaikmodule verlegt, um ein 2,4-MW-Projekt zur dezentralen Photovoltaik-Stromerzeugung mit einer jährlichen Stromerzeugung von etwa 3 Millionen kWh abzuschließen wird hauptsächlich für den Schienentransport und die Produktion verwendet.

Das verteilte Photovoltaikprojekt „Hutie Photovoltaic“, das zeitgleich mit dem Shaliang Logistics Park gestartet wurde, umfasst: Hohhot Railway East Station, Hohhot Station, Baotou Station usw., insgesamt vier Standorte, mit einer Gesamtinstallationskapazität von etwa 16,5 MW und wird voraussichtlich 24,75 Millionen kWh Strom pro Jahr erzeugen, was einem Stromerzeugungsgewinn von 6,73 Millionen RMB entspricht.

Der Leistungsumfang des Hohhot Railway Bureau umfasst Tausende von Eisenbahnbezirken in der zentralen und westlichen Inneren Mongolei sowie die Grundstücke, Häuser und Stromversorgungsnetze auf beiden Seiten der Eisenbahnlinie mit einem durchschnittlichen jährlichen Stromverbrauch von 1,6 auf 1,9 Milliarden kWh. Etwa 80 % des Gesamtstromverbrauchs entfallen auf den Bahnbetrieb und den Bahnstrom, der Rest entfällt auf Produktion und Leben. Huhhot Railway hat unter der Marke „Huhhot Railway Photovoltaic“ den Bau von Photovoltaikanlagen durchgeführt, wodurch die Stromausgaben der Bahn gesenkt, eine Unternehmensumgestaltung herbeigeführt und aktiv auf die landesweite Forderung nach Energieeinsparung und Emissionsreduzierung reagiert wurde.

Obwohl Photovoltaikbahnen bis zur großflächigen Förderung und Anwendung noch einen langen Weg vor sich haben, hat sich ihr Potenzial im Bereich der Entwicklung neuer Energien bereits gezeigt. Darüber hinaus ist es einfach ein wunderbarer Bereich für die Anwendung grüner Energie in vielen Bereichen. In Zukunft wird es mit der Verbreitung der Entwicklung grüner Energie und Umweltschutztrends eine engere und innovativere Zusammenarbeit zwischen erneuerbaren Energien und Massentransport geben.