ในขณะที่อยากจะเขียนบล็อกเกี่ยวกับสาระความรู้รถไฟ ก็คิดว่าจะเล่าเรื่องอะไรก่อนดี ... งั้นก็เรื่องง่ายๆ ก่อน แล้วค่อยลงรายละเอียดกันไป แล้วจะลองเล่าให้ทุกคนได้เพลิดเพลินไปกับมันละกัน...
สวัสดีผู้อ่านทุกท่านครับ
วันนี้ขอเล่าเรื่องเกี่ยวกับ "ระบบขับเคลื่อน" พื้นฐานของรถไฟ ให้ผู้อ่านได้รู้จักกันครับ
รถไฟปู๊นๆ รถไฟชานเมือง รถไฟลอยฟ้า ใต้ดิน หรือความเร็วสูง แม้จะมีหน้าตาไม่เหมือนกันแต่เขาก็เป็นรถไฟเหมือนกันครับ
ระบบที่เป็นพื้นฐานที่สุดของรถไฟ ก็คงจะเป็นรถไฟแบบที่ใช้หัวรถจักร (locomotive) ลากตู้โดยสารหรือตู้สินค้า (carriages)
สิ่งนี้เป็นสิ่งที่ทำให้รถไฟแตกต่างจากรถยนต์โดยสิ้นเชิง เพราะเราอยากได้เครื่องยนต์หัวเดียว ลากของได้ทีละหลายๆ ตู้ในครั้งเดียว จะได้ประหยัดค่าใช้จ่ายในการขนส่ง นั่นคือรถไฟในยุคบุกเบิก
ทุกวันนี้หัวรถจักรยังเป็นที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ไม่ได้เป็นระบบที่ล้าสมัยแต่อย่างใด หัวรถจักรหัวเดียวลากตู้สินค้าคอนเทเนอร์ได้ 30 กว่าตู้ หรือบางที่ก็เป็นร้อยตู้
แต่สำหรับรถไฟขนส่งผู้โดยสาร เรากลับเห็นว่าหัวรถจักรมีจุดด้อยอยู่บางอย่าง เช่น เวลาถึงสถานีปลายทางแล้วต้องกลับหัวขบวน เอาหัวรถจักรไปสับเปลี่ยน หรือในด้านความเร็ว/ความเร่งที่ยังไม่ทันใจวัยรุ่น
ปัญหาการสับเปลี่ยนหัวรถจักร แก้ได้โดยการเอาหัวรถจักรสองคัน มาไว้หัวท้ายอย่างละคัน จึงเป็นที่มาของระบบ Push-Pull คือมีหัวรถจักร "ลาก" อยู่ด้านหน้า แล้วมีอีกหัว "ดัน" อยู่ด้านท้าย
แล้วต้องมีคนขับอยู่ที่หัวรถจักรทั้งสองคันไหม? ก็ได้ แต่เพื่อให้ง่ายต่อการควบคุมมากขึ้น เราก็พัฒนาระบบควบคุมหัวรถจักร เช่น ต่อสายไฟระหว่างหัวท้าย ให้คนเดียวควบคุมรถจักรได้สองคันพร้อมๆ กัน
ทั้งนี้ Push-Pull ไม่ได้มีการใช้ในประเทศไทยแต่อย่างได
Multiple Unit
เพื่อขจัดปัญหา performance ด้านความเร็ว ความเร่ง หรือเบรกของรถไฟแบบหัวรถจักร เลยมีแนวคิดกระจายกำลังขับเคลื่อนไปตามตู้ต่างๆ แบบนี้มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า Power-distributed traction (ส่วน locomotive เรียก Power-concentrated traction ก็ได้)
รถไฟฟ้าแบบ Multiple Unit ที่เราคุ้นเคย
สมมติว่ารถไฟขบวนหนึ่งมี 6 ตู้ ถ้าเป็นหัวรถจักร ก็จะมีหัวรถจักร 1 ตู้ กับตู้โดยสารอีก 5 ตู้ (กลับไปดูรูปแรกสุด) ถ้าเป็น Multiple unit ก็เป็นตู้โดยสาร 6 ตู้ มีมอเตอร์ขับเคลื่อนติดอยู่สัก 3 ไม่ก็ 4 ตู้
การกระจายกำลังขับเคลื่อนเช่นนี้ทำให้รถมีน้ำหนักเบาลง performance ความเร่ง/เบรก ดีขึ้น และเพิ่มพื้นที่การโดยสารได้อีกด้วย เพราะเมื่อเราตัดหัวรถจักรออกไป เราได้ตู้เพิ่มมาอีกตู้หนึ่ง
ว่าแต่ Push-Pull นับเป็น multiple unit ด้วยหรือไม่ เพราะ multiple unit บางรุ่นก็มีรถขับเคลื่อน (motor car) อยู่ที่ตู้หัวท้ายสองตู้เช่นกัน (เช่น รถไฟฟ้าหลายๆ สายของไทย)
แต่จุดเด่นชัดเจนของ multiple unit คือเขากระจายอุปกรณ์อื่นๆ เช่น ระบบไฟฟ้าควมคุม คอมเพรสเซอร์ (สำหรับเบรก) ไปตามตู้ต่างๆ ด้วย ไม่เหมือนกับ Push-Pull ที่มีทุกอย่างอยู่ใน Locomotive หัวรถจักรเปล่าหัวเดียวก็สามารถวิ่งได้ด้วยตัวเอง แต่ multiple unit คือต้องทำงานกันเป็นชุด ขาดคนใดคนหนึ่งไม่ได้
ตัวอย่าง multiple unit ของรถไฟฟ้าบีทีเอส (รุ่น Siemens A-1 สมัย 3 ตู้)ตู้หัวท้ายเป็นตู้มอเตอร์ขับเคลื่อนก็จริง แต่ระบบอื่นๆ เช่น compressor สำหรับเบรก
หรืออุปกรณ์บางตัวจะไปอยู่ที่ตู้ไม่มีกำลังคือตู้กลาง
แต่ก็ไม่เสมอไป บางทีรถดีเซลรางก็สามารถวิ่งได้ด้วยคันเดียว แล้วยังต่อกันหลายคันเพื่อทำขบวนได้ด้วย การออกแบบ Multiple Unit นั้นมีความหลากหลาย
... 🚃 ... 🚃 ... 🚃 ...
เราเรียนรู้ระบบขับเคลื่อนของรถไฟแบ่งตามการจัดเรียงกันไปแล้ว มาดูระบบขับเคลื่อนแบ่งตามพลังงานกันต่อครับ เราคงเคยได้ยิน "รถจักรดีเซลไฟฟ้า" อาจจะงงว่ามันคือยังไง เครื่องดีเซล หรือไฟฟ้ากันแน่ มาเรียนรู้กันครับ
รถไฟรุ่นแรกคงหนีไม่พ้นรถจักรไอน้ำ ใช้แรงดันไอน้ำมาขับเคลื่อนลูกสูบและทำให้ล้อหมุน เสน่ห์ของความเป็นเครื่องจักรไอน้ำ (steampunk) ยังคงเป็นที่ชื่นชอบของหลายๆ คน
How Steam Locomotive works
ต่อมาก็เป็นรถไฟที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน ส่วนใหญ่ก็คงจะคุ้นเคยกับเครื่องยนต์ดีเซล แต่บางประเทศก็เคยมีรถไฟคันเล็กๆ ที่ใช้เครื่องยนต์เบนซินด้วย
หลักการของรถไฟดีเซลธรรมดา เหมือนกับรถยนต์ เอาพลังงานจากเครื่องยนต์มาหมุนล้อขับเคลื่อน โดยผ่าน transmission ต่างๆ สำหรับรถไฟมักจะใช้ระบบไฮดรอลิก จึงนิยมเรียกว่า ดีเซลไฮดรอลิก
ก่อนที่จะไปที่ดีเซลไฟฟ้า รู้จักกับรถไฟฟ้าก่อนครับ
เพราะจริงๆ แล้วหลักการของรถไฟฟ้ารุ่นบุกเบิกนั้นง่ายมาก ลากสายไฟไปต่อกับรถไฟ แล้วมี converter สักอย่างที่เปลี่ยนแปลงไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ได้ ก็ได้เป็นรถไฟฟ้ารุ่นบุกเบิกแล้ว รถไฟฟ้าเกิดมาคู่ขนานกับรถจักรไอน้ำด้วยซ้ำไป สมัยร้อยปีที่แล้วเราก็มี "รถรางไฟฟ้า" แล้ว
รถดีเซลไฟฟ้า
ไปสักพักหนึ่งเราเริ่มพัฒนามอเตอร์ที่มีกำลังสูงได้ ถ้าเอามอเตอร์มาเป็นกำลังขับเคลื่อนรถไฟก็คงดี เพราะมอเตอร์ให้กำลังได้มากกว่าดีเซลหมุนล้อตรงๆ
แล้วเราจะเอาไฟฟ้ามาจากไหน...
1. ลากสายไฟฟ้ายาวๆ ไปตลอดเส้นทางเหมือนรถรางไฟฟ้าในเมือง ทว่าค่าใช้จ่ายคงสูงมากทีเดียว
2. อีกวิธีหนึ่งคือการเอา power generator ไปติดบนรถไฟ
และนั่นก็เป็นที่มาของรถดีเซลไฟฟ้า (DIESEL ELECTRIC) นั่นคือเอาเครื่องดีเซลมาปั่นไฟฟ้า เพื่อไปหมุนมอเตอร์ขับเคลื่อนรถไฟ
รถยนต์รุ่นใหม่ก็มีการใช้เทคโนโลยีแบบเดียวกันครับ แต่เพิ่งเป็นเทคโนโลยีใหม่ ขณะที่รถไฟในประเทศไทยเองใช้เทคโนโลยีนี้มากว่า 70-80 ปีแล้ว
... 🚃 ... 🚃 ... 🚃 ...
รถไฟไฮบริด (Hybrid Trains) / รถไฟพลังงานแบตเตอรี่ (Battery-Powered)
สำหรับรถไฟ Diesel Hybrid นั้น ระบบจะไม่เหมือนรถยนต์ไฮบริดนะครับ รถยนต์ไฮบริดส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์หมุนล้อ โดยมีมอเตอร์ติดตั้งคู่ขนานไว้ช่วยขับเคลื่อน แต่รถไฟไฮบริดจะเป็นแบบ Diesel Electric แล้วแบตเตอรี่ก็จะต่อเข้าไปที่ Converter เหมือนเป็นชุมสายของพลังงานไฟฟ้า แล้วระบบจะเลือกว่าใช้พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจาก Generator หรือ Battery
(แต่ปัจจุบันรถยนต์บางรุ่นก็เริ่มใช้ระบบขับเคลื่อนลักษณะเดียวกัน คือเครื่องยนต์เป็น Generator และขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เพียงอย่างเดียว)
รายละเอียดการทำงานของรถไฟไฮบริด (Hitachi Review, 2017)
ส่วนรถไฟหรือยานยนต์พลังงานแบตเตอรี่นั้น แนวคิดนี้มีมานานแล้ว แต่ที่เพิ่งมาบูมในช่วงนี้ เป็นเพราะการผลักดันการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอย่างจริงจัง และตามด้วยเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น วิ่งได้ไกลขึ้น ราคาถูกลง ฯลฯ
รถไฟฟ้าพลังงานแบตเตอรี่นั้นก็มีความหลากหลาย
บางรุ่นก็ใช้ปลั๊กไฟต่อกับแท่นชาร์จ บางรุ่นก็ชาร์จกับสายไฟฟ้าบนเส้นทางเดิมได้เลย
อนาคตของระบบขับเคลื่อนรถไฟ
ถ้ารถไฟทั้งระบบของเราติดตั้งสายไฟฟ้าเข้าไปนั้นก็คงจะเป็นสิ่งที่ดี แต่จริงๆ แล้วการเพิ่มสายไฟฟ้าเข้าไปก็จะเป็นการเพิ่มภาระการบำรุงรักษาเส้นทางเข้าไปด้วย บ้างก็มีการคำนวณเพื่อหาจุดคุ้มทุนว่าถ้าจะทำเป็นรถไฟฟ้าแบบติดสายไฟจะต้องมีปริมาณรถไฟวิ่งมากน้อยเพียงใด รถไฟฟ้าขนส่งในเมืองที่วิ่งทุกๆ 2 ถึง 10 นาที และทุกคนในเมืองอิดโรยกับควันพิษจากยานยนต์อื่นๆ เต็มทนแล้ว รถไฟฟ้าคือทางเลือกที่คุ้มทุนมากๆ แต่ถ้ารถไฟในต่างจังหวัดที่มีรถไฟวิ่งทีละ 2-3 ชั่วโมง อาจจะต้องคิดอีกที
ซึ่งจริงๆ ผมก็ว่ายังมีความเป็นไปได้นะ แต่ไปๆ มาๆ บางผลการสำรวจก็เริ่มบอกว่าในอนาคตอันใกล้เทคโนโลยีแบตเตอรี่อาจจะถูกกว่าก็ได้
รถไฟที่วิ่งได้ทั้งสายไฟฟ้า ได้ทั้งเครื่องดีเซลไฟฟ้า และยังมีแบตเตอรี่ช่วย
ใส่เข้าไปได้หมดทุกอย่าง แต่ค่าใช้จ่ายต่างๆ ก็คงไม่น้อยเช่นกัน...
หรือจะมีเทคโนโลยีสุดเทพ เช่น Hydrogen (หรือ Fuel Cell) ก็คือการนำไฮโดรเจนมาทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศก่อให้เกิดไฟฟ้า ที่คุ้มค่าเพราะว่าเราอัดไฮโดรเจนให้แน่นเต็มถัง ประมาณ 350 เท่าของความดันบรรยากาศ น้ำหนักเบา และใช้ที่เก็บนิดเดียว แต่ผลิตไฟฟ้าได้เยอะเลย จึงเป็นพลังงานใหม่ที่หลายคนกำลังแสวงหา แต่ก็ยังมีข้อกังวลว่าไฮโดรเจนรั่วแล้วติดไฟระเบิดง่าย ก็ต้องมีการพัฒนาและควบคุมความปลอดภัยต่อไป...
ส่วนระบบขับเคลื่อนแบบ Locomotive หรือ Multiple Unit นั้น ทุกวันนี้ก็มีแนวโน้มว่า Multiple Unit จะเริ่มแพร่หลายมากขึ้น เช่นอินเดียเองก็เริ่มหันมาใช้รถไฟฟ้า Multiple Unit สำหรับรถไฟทางไกล (intercity) มากขึ้น ญี่ปุ่นทำทุกวิถีทางที่จะโละหัวทิ้งรถจักรออกไป แม้แต่รถนอน รถสินค้าหรือรถไฟขนของบำรุงทางก็เป็น Multiple Unit ไปแล้ว (แม้ว่ารถสินค้าส่วนใหญ่ยังไงก็เป็น Locomotive)
M250 - Super Rail Cargo รถไฟสินค้าแบบ Multiple Unit (กึ่ง Push-Pull)
กระจายมอเตอร์ไป 4 ตู้ หัวรถจักรก็มีพื้นที่บรรทุกคอนเทเนอร์ในตัวด้วย
ประเทศไทยเองก็มีแนวทางที่จะเพิ่มรถไฟแบบ Multiple Unit มากขึ้นในการโดยสารเช่นกัน แต่เสน่ห์ของรถไฟแบบ Locomotive จะหายไปไหนหรือไม่นั้น หรือรถไฟทุกคันจะกลายเป็น EV ไปหมดหรือไม่นั้น ก็ชวนให้ติดตามตอนต่อไปเหมือนกัน...
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น