Norwegia, znana ze swojego proekologicznego podejścia, intensywnie testuje elektryczne pługi śnieżne w trudnych warunkach zimowych. Te innowacyjne pojazdy mają na celu zminimalizowanie emisji i zapewnienie bezpieczeństwa oraz przejezdności dróg w obliczu obfitych opadów śniegu i niskich temperatur.
Elektryczny pług śnieżny Designwerk 1000E w akcji
W Norwegii trwają testy elektrycznego pługu śnieżnego z gigantyczną baterią o pojemności 1 000 kWh, co stanowi około 16 razy więcej niż w typowym samochodzie elektrycznym. Ten pojazd, zbudowany na podwoziu Volvo FH przez szwajcarską firmę Designwerk, jest kolejnym egzemplarzem przedsiębiorstwa, w którym zamontowano akumulatory o tak gigantycznej pojemności. Wcześniej powstały ciągniki siodłowe, które z 1 MWh baterii przy pełnym załadunku (42 tony) obiecywały do 630 kilometrów zasięgu.
Testy w trudnych warunkach
Testowany pług pracuje w warunkach dużych opadów śniegu, silnych wiatrów i w temperaturach poniżej zera. Został on dostarczony do firmy Veidekke z Oslo, aby trafić do pracy na drogach krajowych oraz autostradach. Wprowadzenie do użytku elektryka zostało zawarte w pięcioletnim kontrakcie na utrzymanie dróg, podpisanym przez firmę Veidekke na początku września. Elektryczna ciężarówka jest tam określona pojazdem doświadczalnym, a jej eksploatacja będzie bardzo dokładnie obserwowana przez ekspertów z zarządu dróg.
Designwerk 1000E od końca stycznia odpowiada za odśnieżanie trasy E6 w okolicach Dovrefjell w południowej Norwegii. Doświadcza on tam temperatur oscylujących wokół -5 stopni Celsjusza, a przez kilka dni zmagał się też z ciężkimi śnieżycami. Mimo to elektryk okazał się bez problemu obsługiwać 9-godzinne zmiany, zjeżdżając po nich na bazę z bezpiecznym, około 28-procentowym zapasem energii. Norwegowie zakładają też, że ciężarówka byłaby w stanie obsłużyć wydłużone, 10-godzinne zmiany.
Norway reopens scenic Trollstigen road after snow clearance | AFP
Wyzwania i zużycie energii
Jednak, jak wskazują raporty, norweski zarząd dróg określił średnie zużycie energii na 182 kWh/100 km, co jest wartością znacznie wyższą niż w przypadku pełnowymiarowego zestawu z naczepą w ruchu regionalnym (około 120 kWh/100 km). Oznacza to, że ciężarówki ze standardowymi bateriami, takie jak wspomniana Scania 25P o akumulatorach 300 kWh, raczej nie mają szans sprawdzić się przy odśnieżaniu dróg krajowych i autostrad, gdyż po 120 kilometrach kierowca musiałby zjeżdżać pod ładowarkę.
Ponadto, Designwerk 1000E jest bardzo specyficzną konstrukcją. Same baterie ważą w tym ciągniku 5,6 tony i są tak duże, że część z nich trzeba było rozmieścić w wieży za kabiną, liczącej około metr długości. Test ma na celu nie tylko sprawdzenie zasięgu, ale przede wszystkim tego, jak pojazd radzi sobie w trudnych warunkach pogodowych, ile energii zużywa w różnych warunkach i jakie są najlepsze sposoby ładowania tej wielkiej baterii.
Historia i ewolucja pługów śnieżnych
Walka ze śniegiem na drogach i torowiskach ma długą historię. Niemal od samego początku istnienia kolei próbowano na różne sposoby walczyć z zaspami na torowiskach. Niemal do połowy XIX wieku była to najczęściej walka ludzi wyposażonych jedynie w łopaty, wymagająca sporej liczby pracowników i co najgorsze - czasochłonna.
Pionierskie rozwiązania kolejowe
Dopiero wybudowanie nowych, o większej mocy lokomotyw parowych pozwoliło nie tylko na przyspieszenie odśnieżania, lecz także na wyeliminowanie tzw. czynnika ludzkiego z torowisk. Pierwsze kolejowe, efektywne pługi odśnieżne powstały w Wielkiej Brytanii jeszcze przed 1865 rokiem, wybudowane na potrzeby Highland Railway i North Eastern Railway, które operowały w zaśnieżonej Szkocji.
Właściwie od razu budowano trzy typy pługów:
- Małe pługi: mocowane bezpośrednio z przodu lokomotyw, mogły odgarniać śnieg o wysokości pokrywy do 60 cm.
- Potężne pługi czołowe: kiedy grubość śniegu dochodziła do 150 cm, przed pociąg wprzęgano dodatkową mocną lokomotywę z potężnym pługiem czołowym.
- Pługi pchane przez cztery lokomotywy: kiedy warstwa śniegu przekraczała 2 metry i więcej, wówczas wysyłano na trasę pług pchany przez cztery lokomotywy, dla którego właściwie nie było zaspy nie do pokonania.
Godna uwagi jest budowa jednego z oryginalnych egzemplarzy - stalowy pług obłożono drewnianymi deskami. Takie rozwiązanie miało zmniejszyć przyczepność śniegu do lemieszy, głównie ze względu na niezmienną i trudną do obniżenia ciepłotę własną materiału, jakim jest drewno. Stal szybciej można schłodzić do temperatury poniżej zera.
Brytyjskie rozwiązania początkowo nie przypadły do gustu niemieckim i austrowęgierskim specjalistom od kolei. Dopiero podczas zjazdu techników kolejnictwa w Dreźnie w 1865 roku dostrzeżono ich zalety i część pomysłów zaczęto stosować we własnych rozwiązaniach, choć częściej stosowano rozwiązania norweskie i amerykańskie.
Pług kołowy inż. Marinera i projekt Szarbinowskiego
Jednym z pierwszych był pług według koncepcji inż. Marinera, klasyfikowany jako tzw. kołowy pług holowniczy. Zasadniczo nie służył on do usuwania śniegu nawianego na torowisko, lecz do usuwania spokojnych opadów zalegających na torach i przy torowisku. Odśnieżarka była tak skonfigurowana, że można jej było używać do odśnieżania nie tylko samego toru, lecz w razie potrzeby także górnej części toru na całej szerokości 5,50 m, z ominięciem przy tym wszelkich przeszkód. Zasadniczo odśnieżarka była ciągnięta za lokomotywą i nie nadawała się właściwie do usuwania zasp.
Podczas projektowania pługów mocowanych na przodzie lokomotywy wiele uwagi poświęcono zaprojektowaniu lemieszy i ich kątów, aby nie tylko zmniejszyć opór śniegu, ale także szybko i skutecznie rozrzucać go na boki. Jedną z ciekawszych konstrukcji był pług według projektu Maxa Szarbinowskiego z ok. 1889 roku. Dzięki bardzo płaskiej, nachylonej płaszczyźnie śnieg był wycinany i lekko unoszony, następnie dzielony i wyrzucany przez klin umieszczony na wysokości około 1 metra nad górną krawędzią szyny. Przy szybkiej jeździe śnieg był wyrzucany na boki na 5-6 metrów. Szarbinowski zachował tym samym szczególną ostrożność, aby uniknąć momentów wywracających lokomotywę, takich jak te, kiedy śnieg leży pod kątem - umieścił przed krawędzią tnącą górnego klina specjalną ruchomą krawędź tnącą, którą można wykręcić niczym ster w taki sposób, aby przekroje poprzeczne następujących ilości śniegu do wyrzucenia po obu stronach były takie same. Ta ruchoma krawędź tnąca była sterowana z lokomotywy połączonej z pługiem. Jak na tamte czasy, była to naprawdę ponadczasowa konstrukcja, którą dość szybko zastosowały austriackie i szwajcarskie koleje.
Pługi wirnikowe
Niemal równolegle w tym czasie w USA powstawały pierwsze parowe pługi wirnikowe. Pewną ciekawostką jest to, że już 1869 roku dentysta z Toronto J.W. Elliott zaprojektował pierwszy pług wirnikowy przypominający wentylator na wózku wagonu towarowego. Jednak nikt nie odważył się stworzyć prototyp na podstawie rysunku. Dopiero ok. 1884 roku kanadyjska firma Orange Jull jako pierwsza opracowała praktyczny projekt - pełnowymiarowy działający model mieli skonstruować John i Edward Leslie, właściciele warsztatu mechanicznego w Orangeville w Ontario.
Nowy „obrotowy” model składał się z koła z dwoma rzędami przechylnych łopatek, które rozdrabniały śnieg i wciągały go do drugiego obracającego się wentylatora - ten z kolei wyrzucał śnieg z torów przez górną rynnę. Koło i wentylator napędzane były przez parę cylindrów parowych odbierających parę z kotła zamontowanego na tym samym nadwoziu. Do pchania pługa przez śnieg potrzebna była lokomotywa. Projekt odniósł ogromny sukces, a bracia rozwiązanie opatentowali, uzyskali prawa produkcyjne od Orange Jull i założyli firmę Rotary Steam Snow Shovel Manufacturing Company w Paterson w stanie New Jersey. Tylko do 1900 roku firma zbudowała ponad 160 pługów wirnikowych.
Na podstawie patentów Lesli jeszcze przed 1900 rokiem powstały w Europie pierwsze pługi wirnikowe. Jeden z pierwszych zbudowała firma Henschel & Sohn w Kassel dla kolei Gotarda, która sprawdziła się zarówno na wspomnianej linii, jak i na pruskich kolejach państwowych. Odśnieżarka mogła oczyszczać torowisko z zasp nawet do 3 metrów wysokości z prędkością 15 km/h, co było niebywałym osiągnięciem. Drugim dużym producentem pługów była Fabryka Wagonów w Goerlitz.
Polska kolej a walka ze śniegiem
Po 1918 roku polskie koleje odziedziczyły kilka mocno wiekowych pługów śnieżnych, głównie po kolejach pruskich. Nie przywiązywano do ich konserwacji zbytniej wagi, gdyż zimy były w miarę łagodne i mało śnieżne. Jednak w pierwszych dniach grudnia 1928 roku śnieżna i mocno mroźna zima zawitała do Polski i sparaliżowała po kilku tygodniach niemal całą komunikację kolejową i drogową. Na niektórych trasach kolejowych zaspy śnieżne sięgały nawet 3-4 metrów wysokości. Okazało się, że posiadane kolejowe pługi nie dają sobie z nimi rady, nie mówiąc już o tym, że było ich za mało. Aby ratować sytuację, na niektóre szlaki wysłano wojskowych saperów, by materiałami wybuchowymi przetarli szlak kolejowy (Radymno - Żurawica). Nawet interwencyjny zakup francuskich czołgów Renault FT17 dostosowanych do odśnieżania dróg na niewiele się zdawał.
Zima nazwana „zimą stulecia” z końcem marca odeszła do historii, a władze kolejowe zaczęły wyciągać stosowne wnioski - nie tylko o potrzebie zakupu nowych, wydajnych kolejowych pługów śnieżnych, lecz także o podjęciu przez polskie fabryki decyzji o produkcji krajowych maszyn do odśnieżania torowisk: od najprostszych ciągniętych lub pchanych małych pługów, po duże wirnikowe. Powstało kilka ciekawych projektów, z których zrealizowano te najmniejsze, lemieszowe, dokładane do lokomotyw. O ile dla kolei normalnotorowych zbudowano dwa prototypy dużych pługów opartych o maszyny parowe i będące wraz z pchającą lokomotywą skutecznym zestawem, o tyle dla kolei wąskotorowych powstała cała flota pługów. Praktycznie każda z większych spółek kolejek wąskotorowych miała swój wydajny i skuteczny pług.
Kolejne zimy do 1939 roku były łagodne i mało śnieżne - i właściwie nie było jak sprawdzić wszelkich prototypów i ulepszeń, ale zasadniczo PKP były przygotowane na kolejną zimę stulecia. Okres II wojny światowej dość znacznie zniweczył ilość posiadanego przez PKP sprzętu do walki z zimą, ale w ramach reparacji wojennych PKP weszły w posiadanie dużej liczby poniemieckich maszyn odśnieżnych, wśród nich bodajże pierwszego w historii polskiego kolejnictwa parowego pługu wirnikowego firmy Henschel (jest on eksponatem skansenu w Chabówce).
Nowoczesne rozwiązania w pługach śnieżnych
Współczesne pługi śnieżne, zarówno te przeznaczone do odśnieżania dróg, jak i chodników, są wyposażone w szereg innowacyjnych funkcji zwiększających ich efektywność i bezpieczeństwo.
Pługi dwustopniowe i hydrauliczne
Pługi dwustopniowe, zaprojektowane do usuwania śniegu z ulic, parkingów, podjazdów i chodników, wykorzystują świder ziemny i wirnik w celu szybkiego i skutecznego usuwania większej masy śniegu. Świder i wirnik można odwrócić, aby operator mógł pozbywać się przeszkód, nie zsiadając z maszyny. Zapewnia to płynną pracę i ciągłość przepływu materiału niezależnie od stanu śniegu. Joysticki w maszynie umożliwiają sterowanie rurą i deflektorem. Brak konieczności podłączania dodatkowych przewodów czy osprzętu. Pełne sterowanie - wystarczy podłączyć i używać. Obracanie w zakresie 270 stopni umożliwia odrzucanie śniegu przed maszynę lub na boki, aby wiatr nie zdmuchiwał śniegu na operatora. Hydraulicznie sterowany deflektor ułatwia sterowanie odległością odrzucania śniegu. Poprawia pole widzenia i umożliwia wykorzystanie pełnego zakresu ruchu w kompaktowych ładowarkach kołowych. Regulacja wysokości krawędzi tnącej zależnie od potrzeb danego zadania. Odwracalna przykręcana krawędź tnąca pozwala wydłużyć okres eksploatacji krawędzi tnącej i sprawia, że łatwo jest ją wymienić. Szerokie stopnie z kratą i wydatnym ząbkowaniem chronią przed poślizgiem. Poręcz zamontowana na rurze ułatwia utrzymanie równowagi podczas wsiadania i wysiadania. Uchwyt, zamocowany na osprzęcie i uszczelniony przed wpływem czynników zewnętrznych, zawiera wszystkie instrukcje obsługi i konserwacji wymagane do prawidłowej eksploatacji osprzętu.
Pług odśnieżny HPD
Szybki i zwrotny pług śnieżny HPD doskonale sprawdza się podczas odśnieżania obszarów miejskich. Kąt obrotu pługa można regulować bezstopniowo podczas odśnieżania. Skrzydło pługa odśnieżnego HPD jest wykonane z lekkiego i wytrzymałego polietylenu o dobrej odporności chemicznej i korozyjnej oraz doskonałej charakterystyce ścierania i zużycia. Pług HPD ma ukośną konstrukcję umożliwiającą podnoszenie i odgarnianie śniegu z dala od powierzchni drogi, nawet przy niskich prędkościach.
Druga krawędź tnąca T2 została zaprojektowana do bardzo wydajnego usuwania mokrego śniegu i błota pośniegowego. Jest ona aktywowana za pomocą dwufunkcyjnych siłowników hydraulicznych i podąża za nawierzchnią drogi oprócz głównej krawędzi tnącej. Krawędź tnąca T2 jest podzielona na sekcje, które mogą indywidualnie podążać za powierzchnią drogi, zapewniając doskonały efekt końcowy, co znacznie zmniejsza zapotrzebowanie na sól do stopienia pozostałego śniegu. Nacisk krawędzi tnącej T2 jest regulowany fabrycznie, dzięki czemu kierowca może skupić się na pracy z dowolną prędkością, nie martwiąc się o podnoszenie głównej krawędzi tnącej.
System bezpieczeństwa i cicha praca
System bezpieczeństwa Override z iFlex: Komponenty lemiesza iFlex działają jako urządzenie zabezpieczające. Wykonane z poliuretanu o współczynniku rozciągliwości wzdłużnej wynoszącym 300%, elementy wyginają się do tyłu i lekko unoszą pług do góry, tworząc kąt umożliwiający ominięcie przeszkody, a następnie powracają do agresywnego kąta natarcia. Wszystkie te ruchy odbywają się bez potrzeby podparcia pługa, a iFlex jest całkowicie bezobsługowy.
Cicha orka: Skrzydło pługa zmniejsza emisję hałasu dzięki elastycznym elementom i materiałowi skrzydła. Dodanie lemiesza iFlex zapewnia najczystszą i najcichszą orkę, co zmniejsza hałas otoczenia podczas orki w obszarach mieszkalnych, umożliwiając pracę przy minimalnych zakłóceniach w nocy.
Urządzenie podnoszące i system obrotu
Urządzenie podnoszące HPD ma konstrukcję równoległoboku z pionowymi, poziomymi i poprzecznymi podporami. Wszystkie przeguby mają łożyska z brązu ze smarowniczkami i czarnymi azotowanymi sworzniami, a ich grubość wynosi 90 mm, co zapewnia dodatkową wytrzymałość i dłuższą żywotność. Hydrauliczny system obrotu skrzydła pługa obraca je o 42° w lewo i w prawo za pomocą dwóch siłowników dwustronnego działania, które mają punkty połączenia z ramą napędową w dolnej części skrzydła. Zapewnia to najlepszą siłę pchania przy jednoczesnym zachowaniu stabilności używanego pługa śnieżnego.
Ochraniacze krawężników: HPD ma ochronę przed krawężnikami zarówno z lewej, jak i z prawej strony, dzięki czemu może pracować w miastach i w pobliżu urządzeń do zbierania wody na autostradach bez ryzyka uszkodzenia.
Osłona przeciwśnieżna: Wykonana z wytrzymałego i elastycznego poliuretanu, ma kształt cylindra skrzydła i pomaga wtaczać śnieg do wnętrza skrzydła i szybko go wyrzucać przy użyciu sił aerodynamicznych.
Elektromobilność w Skandynawii a odśnieżanie
Zarówno Szwecja, jak i Norwegia konsekwentnie dążą do wprowadzenia napędów zeroemisyjnych. Pomimo częstych informacji o tym, że elektromobilność wyhamowała w Skandynawii, okazuje się, że realia są zupełnie inne i że auta na prąd mają się w tym regionie świata bardzo dobrze. Co więcej, zaczynają tam jeździć coraz większe elektryki i zaczynają one wykonywać coraz trudniejsze zadania.
Doświadczenia Norwegii
Po raz pierwszy Norwegia użyła elektrycznej ciężarówki z akumulatorem o pojemności 1000 kWh do odśnieżania przełęczy górskich. Norweski Zarząd Dróg Publicznych testuje elektryczną ciężarówkę jako pług odśnieżający na autostradzie E6, tuż nad malowniczym, ale wymagającym pasmem górskim Dovrefjell. Dyrektor oddziału w Norweskiej Administracji Dróg Publicznych, Bjørn Laksforsmo, podkreślił: „Jeśli mamy osiągnąć cele klimatyczne, musimy znacznie ograniczyć emisję również w przypadku najcięższych zadań, jakie wykonujemy obecnie na drogach. Dlatego chcieliśmy przetestować ciężarówkę elektryczną na trasie E6 nad Dovrefjell”.
Ta jazda próbna na E6 Dovrefjell to tylko część większego planu Norwegii, mającego na celu sprawdzenie, jak pługi elektryczne poradzą sobie w zimie. To już drugie podejście - pierwsze miało miejsce w 2021 r., kiedy elektryczna ładowarka została użyta do odśnieżania ścieżek dla pieszych i rowerów w Trondheim, ale pojemność akumulatora nie była wystarczająca jak na warunki zimowe. Do akcji włącza się także Szwedzki Zarząd Dróg, testując na niektórych obszarach pracę elektrykami do odśnieżania o zerowej emisji.
Szerszy kontekst elektromobilności
Przykładem zaangażowania w elektromobilność jest również transport kolejowy. Spółka Stadler Polska rozpoczęła realizację dostaw na norweski rynek 26 pięcioczłonowych elektrycznych zespołów trakcyjnych typu Flirt. Pierwszy skład opuścił zakład w Siedlcach i promem kolejowym Kopernik armatora Euroafrica Shipping Lines na trasie Świnoujście-Ystad został przetransportowany do Szwecji, a następnie do Norwegii. Pojazdy budowane w Siedlcach dla norweskiego przewoźnika są przeznaczone do obsługi połączeń ruchu podmiejskiego w aglomeracji Oslo oraz regionalnego w południowej Norwegii.
Składy, które budujemy dla NSB są pojazdami bardzo wymagającymi technicznie. Posiadają wiele innowacyjnych rozwiązań, takich jak specjalny pług śnieżny, łatwe do wymiany panele czołowe i boczne, czy podgrzewaną podłogę, dzięki którym mogą sprostać specyficznym wymaganiom związanym z eksploatacją w Norwegii. Narzucone przez norweskiego przewoźnika normy związane z ekstremalnymi warunkami zimowymi panującymi w Skandynawii skutkują tym, że pojazdy mają wyjątkowo wytrzymałe konstrukcje. Dzięki bardzo dobrej izolacji są odporne na gwałtowne zmiany temperatury otoczenia, co potwierdziły testy w specjalnych komorach klimatycznych. Mogą sprawnie funkcjonować, gdy temperatura zimą spada do minus 40 stopni Celsjusza oraz latem, gdy może sięga plus 35 stopni. Pociągi wyposażone są w pług śnieżny, który zapewnia sprawną jazdę mimo śniegu zalegającego na torach. Każdy pojazd wyposażony jest w specjalne wzmocnione, łatwe do wymiany panele boczne i czołowe. W przypadku często występujących zderzeń pociągu, np. z reniferami, nie jest wymagana naprawa całego czoła pojazdu, a jedynie sprawna i szybka wymiana pojedynczych paneli. Inżynierowie Stadlera zadbali także o komfort wszystkich podróżnych: rodzin, osób starszych i niepełnosprawnych. Pojazdy mają podgrzewaną podłogę, klimatyzowane przedziały pasażerskie oraz szerokie korytarze wyposażone w urządzenia gastronomiczne. Użyte kolory i kontrasty ułatwią niedowidzącym podróżnym poruszanie się w pociągu. Niska podłoga w znacznym stopniu ułatwi podróż rodzinom z wózkami dziecięcymi oraz pasażerom na wózkach inwalidzkich. Pojazdy są ergonomiczne i bardzo dobrze wyciszone.