Frusna eller snötäckta växlar kan orsaka förseningar och inställda tåg för pendlare under vintern. Enligt en ny studie finns en kostnadseffektiv och hållbar lösning för att växlarna ska fungera bättre.
En studie vid KTH har undersökt hur järnvägsväxlar kan förbättras i Sverige. Enligt beräkningar kostar uppvärmningen av en enda växel i Stockholmsregionen mellan 500 000 och en miljon kronor per år. Trots de stora kostnaderna orsakar problem med växlarna över tusen störningar årligen, något som kan leda till förseningar för resenärer.
Bedömningen av kostnaderna bygger på data från ett års mätningar vid en växel utanför Stockholm. Forskarnas analys visar möjliga sätt att både sänka energikostnaderna och öka tågens punktlighet.
Automatisk styrning efter väder
Enligt forskaren William Liu vid KTH är tajming, energikälla och temperatur avgörande för växlarna, särskilt när klimatförändringar leder till extremväder som hårda vindar, kraftigt snöfall och växlande is- och töperioder. Studien lyfter även behovet av automatisk styrning som anpassar växlarnas värme efter flera väderförhållanden – inte bara utomhustemperaturen.
– Värmeanordningarna på järnvägarna i Sverige håller en temperatur på 8 till 8,6 grader, men den nya forskningen visar att den faktiska värmeförlusten beror på andra faktorer än utomhustemperaturen, som vindhastighet, fuktighet och förekomst av snö, säger William Liu vid Järnvägsgruppen på KTH i ett pressmeddelande.
Dessa faktorer förändrar värmeöverföringen dramatiskt, men det nuvarande systemet saknar sådan data – särskilt vind, som studien beskriver som avgörande.
– Detta leder till oförutsägbara rälstemperaturer och fel vid låga temperaturer eller under vindbyar. Vind är ett stort problem, säger William Liu.
Temperatur, vind och nederbörd i modell
Forskarna tog fram en datormodell som förutsäger hur en växel värms upp vid olika väderförhållanden, med hänsyn till lufttemperatur, vind och nederbörd.
Insamlade data visade att växlar värms på under tio minuter när effekten ökas, vilket tyder på att värmarna inte behöver gå på full effekt hela tiden. Studien visar också att vindhastigheten påverkar värmeförlusten, vilket gör det nödvändigt att mäta vind för att förbättra styrningen.
Växlar kan styras mer effektivt
Modellen kan förutsäga rälstemperaturer vid olika lufttemperaturer och vindhastigheter, vilket gör det möjligt att styra växlarna mer effektivt – till exempel genom att oftast använda lägre effekt och använda korta ”boostperioder” före snöfall eller under vindbyar.
Studien tar också upp att markvärme, ett kostnadseffektivt och hållbart alternativ, kan användas för att värma många växlar som i dag försörjs med energi från elnätet.
– Det finns omkring 12 000 växlar i Sverige, och att värma en enda kostar en miljon kronor per år, så kostnaderna är flera miljarder. Med markvärme kan minst två tredjedelar av elkostnaderna sparas. Och med värmepumpar kan en energieffektivitet (COP) på 3 nås, vilket teoretiskt skulle kunna leda till ännu större besparingar, säger William Liu.
Andra hållbara energikällor skulle också kunna användas, till exempel solpaneler och vindkraftverk.
Samtidigt som resultaten är lovande behövs mer forskning för att hantera osäkerheter som inte ingår i den numeriska modellen, enligt William Liu.
Vetenskaplig artikel:
Energy Efficient Operations of Railway Switch Heaters and Feasibility of Using Ground Heat, Transport Transitions: Advancing Sustainable and Inclusive Mobility.
