Tàu chạy bằng quang năng - Tương lai “xanh” của ngành đường sắt

Tàu hỏa chạy bằng năng lượng mặt trời nhằm giảm ô nhiễm môi trường đầu tiên trên thế giới được chạy thử nghiệm tại Ấn Độ.

Người dân London có thể không mấy để ý, nhưng một dãy nhỏ các tấm pin năng lượng Mặt Trời cạnh tuyến đường sắt tại Aldershot, một thị trấn cách thủ đô London của nước Anh 50km về phía Tây Nam, có thể báo trước một tương lai “xanh” hơn cho ngành đường sắt. Đây là một thí nghiệm cung cấp điện Mặt Trời trực tiếp cho đường ray xe lửa.

Cũng như nhiều nơi khác, tại Anh, năng lượng Mặt Trời đã được hòa vào lưới điện quốc gia, vì vậy nhiều tàu chạy bằng điện cũng đang sử dụng quang năng. Nhưng bằng cách kết nối các tấm pin năng lượng Mặt Trời vào chính đường ray sẽ giúp tàu được cung cấp điện hiệu quả hơn.

Tuy nhiên, phải thừa nhận, hiện tại hệ thống tấm pin nói trên chưa cung cấp được nhiều điện. Với khoảng 37 KW, hệ thống này có thể dễ dàng sạc pin cho một chiếc ô tô điện Tesla, nhưng nó có thể sẽ không giúp một con tàu điện di chuyển được quá xa. Nhưng điều này không quá quan trọng ở giai đoạn hiện tại, vì hệ thống đó được dựng lên để thử nghiệm một ý tưởng chứ không phải là vận hành một tuyến đường ray.

Theo ông Stuart Kistruck, Giám đốc kỹ thuật khu vực phía Nam của Network Rail, đơn vị quốc doanh vận hành cơ sở hạ tầng đường sắt tại Anh, ý tưởng này đang mang lại hiệu quả và kế hoạch hiện giờ là phải nhân rộng nó ra nhiều nơi khác.Xu hướng điện khí hóa đường sắt ở Anh bắt đầu hình thành vào cuối thế kỷ XIX. Ở hầu khắp cả nước, các đường dây điện trên cao được lắp đặt, nhưng ở vùng Đông Nam nước Anh đông đúc, thay vào đó một “đường ray thứ ba” đã được sử dụng. Hệ thống này bao gồm một đường dẫn điện được đặt dọc theo đường ray, và tàu điện sẽ được cấp điện thông qua một thanh truyền, gọi là chân tiếp xúc.

Vì lý do an toàn và nhiều lý do khác, hệ thống ray thứ ba thường vận hành trong môi trường điện áp một chiều 750 V (volt), thấp hơn nhiều so với các đường dây trên cao, vốn hoạt động nhờ vào hệ thống nguồn xoay chiều 25 KV. Tương tự, dãy tấm pin năng lượng Mặt Trời có thể sản xuất ra dòng điện một chiều 600-800 V, qua đó giúp giảm thiểu tính phức tạp cũng như chi phí kết nối với đường ray như trong hệ thống ray thứ ba.

Bên cạnh tính thân thiện với môi trường, hệ thống pin năng lượng Mặt Trời còn có nhiều ưu điểm khác. Trước tiên, có rất nhiều diện tích đất không sử dụng quanh các đường ray xe lửa, nơi các tấm pin Mặt Trời có thể được lắp đặt. Các tấm pin này có thể phủ bóng lên thảm thực vật, hạn chế sự phát triển của chúng, qua đó giúp giảm "thời gian và công sức" cắt tỉa cây xung quanh các tuyến đường ray, vì lá cây rơi xuống đường ray có thể sẽ cản trở hoạt động di chuyển của tàu.Thứ hai, đây là một kế hoạch có tính kinh tế. Theo tính toán của ông Kistruck, điện năng dọc hệ thống đường ray sẽ rẻ hơn so với điện được cung cấp từ lưới điện. Ông ước tính 10% nhu cầu điện của khu vực phía Nam nước Anh có thể được đáp ứng bằng cách này, một sự tiết kiệm không đáng bị phớt lờ. Với khoảng 40% hệ thống đường sắt của Anh đã được điện khí hóa, Network Rail là người tiêu dùng điện đơn lẻ lớn nhất nước Anh, với hóa đơn điện hàng năm vào khoảng 300 triệu bảng Anh (390 triệu USD) chỉ để vận hành tàu.

Ý tưởng này cũng có thể được áp dụng ở nhiều nơi khác, và đặc biệt hứa hẹn ở những quốc gia không có nhiều sương mù như  ở Anh. Chẳng hạn, Ấn Độ đang muốn sử dụng quang năng để điện khí hóa hệ thống đường sắt của mình. Indian Railways đã lắp đặt các tấm pin Mặt Trời trên nóc các toa tàu.

Tàu ở đây vẫn chạy bằng bởi động cơ diesel, nhưng các tấm pin Mặt Trời sẽ cung cấp điện cho bóng đèn, quạt và màn hình hiển thị thông tin. Không gian hạn chế cho các tấm pin Mặt Trời trên nóc toa tàu đồng nghĩa với việc sẽ không có đủ quang năng để vận hành cả một đoàn tàu.

Tuy nhiên, Byron Bay Train, một con tàu nhỏ hoạt động trên tuyến đường ray di sản ở gần Brisbane (Australia), đã đến rất gần với ý tưởng nói trên. Đây là một con tàu hai toa chạy hoàn toàn bằng điện từ các tấm pin Mặt Trời được lắp đặt trên nóc toa tàu.

Con tàu này có thể chở được 96 hành khách trên tuyến đường dài 3km. Điều này cho thấy năng lượng Mặt Trời hoàn toàn có khả năng mở ra một tương lai “xanh” hơn cho ngành đường sắt thế giới.