Spoorbewakingsapparatuur voeden met wind en trillingen? Veelbelovende oplossing’ in Chinees onderzoek

Een Chinees onderzoeksteam heeft een nieuwe manier bestudeerd om treinbewakingssensoren van energie te voorzien: door de luchtstroom en trillingen te benutten die door de treinen zelf worden veroorzaakt. In een onderzoek onder leiding van de Beijing Jiaotong University presenteerden de onderzoekers een autonoom energiesysteem dat is ontworpen om een bewakingsapparaat voor spoorwegen van stroom te voorzien en dat zij een ‘veelbelovende oplossing’ noemen.

Het systeem in het onderzoek onder leiding van het State Key Laboratory of Advanced Rail Autonomous Operation van de Beijing Jiaotong University maakt gebruik van een hybride van wind- en trillingsenergie-oogsters en is bedoeld om door treinen veroorzaakte luchtstromen en trillingen van spoorbewegingen om te zetten in stabiele elektrische energie. Die energie kan dan kritieke bewakingsapparatuur ondersteunen, zonder dat er een externe energiebron of aansluiting op het elektriciteitsnet nodig is.

Lucht in beweging, sensoren in actie

Het systeem werd getest in een gesimuleerde omgeving op een testbank. In een situatie met een luchtstroom van 10 meter/seconde werd een piekvermogen aan energie gemeten van 40,87 mW. De trillingen werden ingesteld op een frequentie van 20 per seconde met een amplitude van vijf millimeter, wat ongeveer overeenkomt met de omstandigheden van een vracht onder normale omstandigheden. Deze tweede methode om energie te oogsten is tijdrovender en heeft een lagere output dan wind, met pieken van 26,21 mW. Het onderzoek concludeerde dat het prototype continu en stabiel vermogen leverde, zelfs onder variabele externe omstandigheden.

De onderzoekers testten het systeem met goederentreinen in gedachten, maar de technologie kan waarschijnlijk ook worden gebruikt om bewakingsapparatuur op passagierstreinen van stroom te voorzien. Voor passagierstreinen zouden de resultaten ongetwijfeld anders zijn, omdat ze over het algemeen lichter zijn dan bijvoorbeeld goederentreinen en met hogere snelheden rijden.

Als het gaat om het oogsten van energie uit de luchtstroom die vergelijkbaar is met die van een goederentrein, is de opslageenheid in 20 uur opgeladen. Aan de andere kant werd de oplaadtijd voor de opslageenheid door middel van door trillingen geproduceerde energie gemeten op 45 uur. Beide oplaadtijden die in het onderzoek werden voorgesteld, omvatten de gelijktijdige voeding van de bewakingsapparatuur. “De resultaten geven aan dat het voorgestelde systeem gebruik kan maken van meerdere omgevingsenergiebronnen om stabiele en continue energie te leveren onder variabele omstandigheden”.

Zelf aangedreven, autonoom

Wil een autonome voedingseenheid in het spoor kunnen werken, dan moet deze voldoen aan drie belangrijke criteria: gebruik maken van meer dan één energiebron, eenvoudige installatie en onderhoud, en bescherming tegen zware omstandigheden op het spoor. De voorgestelde unit lijkt aan alle drie de criteria te voldoen.

De apparaten zijn geminiaturiseerd en licht van gewicht, waardoor ze gemakkelijker direct aan wagons kunnen worden bevestigd. Elke oogstmachine is ook omhuld met een beschermende buitenlaag om de gevoelige interne componenten te beschermen tegen stof, regen en door trillingen veroorzaakte vermoeidheid.

Rollend materieel volgen

De technologie komt net op het moment dat de industrie zich voorbereidt op een sterke toename in het volgen van rollend materieel. Eind 2024 waren er wereldwijd trackers geïnstalleerd op ongeveer 775.000 goederenwagons. Dat aantal zal aanzienlijk toenemen: In 2029 zullen 1,3 miljoen wagons trackers hebben, volgens marktonderzoeker Berg Insight.

Zelfwerkende volgsystemen zouden de volgende stap kunnen zijn, en hoewel dit systeem nog getest moet worden op een levende trein, zijn de resultaten veelbelovend.

Lees meer:

• ‘Vibration energy harvesting zal ontwikkeling van IoT in spoorwegen stimuleren’