Dunia Kereta - Kereta Hybrid

Setelah sebelumnya kita pelajari bersama tentang kendaraan hybrid beserta konfigurasi/ susunannya dan juga cara kerjanya secara umum, Mengenal Kendaraan Hybrid, maka pada kesempatan kali ini kita akan berkenalan dengan kereta hybrid. Teknologi hybrid sebenarnya sudah lama merambah ke dunia perkeretaapian. Akan tetapi, masih jarang kita dengar karena di Indonesia sendiri belum ada lokomotif ataupun kereta hybrid ini. Sedangkan untuk mobil hybrid, di Indonesia sudah banyak, sehingga kita mungkin lebih familiar.

Pada kesempatan ini akan kita pelajari bersama bagaimana prinsip kerja kereta hybrid. Kereta hybrid sendiri meliputi lokomotif hybrid dan kereta berpenggerak hybrid. Untuk mempermudah pemahaman akan kita bahas untuk lokomotif hybrid.

Prinsip kerja kereta hybrid

Kendaraan hybrid adalah kendaraan yang memiliki dua sumber energi untuk bergerak. Seperti dijelaskan pada artikel mengenai kendaraan hybrid, prinsip kerja kereta hybrid tidak jauh berbeda. Ada konfigurasi/susunan seri, parallel, dan seri -  parallel. Disini akan dibahas sekilas tentang prinsip kerja kereta hybrid Thosiba HD300 yang memiliki konfigurasi seri.

Seperti dapat dilihat pada ilustrasi gambar diatas, gambar ‘a’ adalah ketika kondisi powering (kereta berjalan dipercepat atau juga kondisi kecepatan konstan) sedangkan gambar ‘b’ adalah kondisi ketika braking (pengereman). Ketika powering, maka motor traksi memerlukan energi/daya untuk bergerak. Daya ini akan disuplai oleh engine atau baterai, atau bahkan keduanya tergantung kebutuhan. Dalam artian, ketika energi yang dibutuhkan kecil maka bisa diambilkan dari baterai dengan syarat baterai tidak habis (dalam istilah teknik SOC baterai tidak nol. SOC (State of Charge) melambangkan kondisi baterai SOC=100 % berarti  baterai penuh, sedangkan SOC = 0 % berarti baterai habis energinya ). Ketika daya diambilkan dari baterai, maka engine dapat dimatikan sehingga lebih hemat BBM dan juga mengurangi kebisingan kereta, apalagi kondisi kereta di stasiun. Ketika kebutuhan energi tidak mampu disuplai baterai, baik karena kebutuhan energi yang terlalu besar atau karena kondisi SOC baterai mendekati batas bawah, maka energi bisa diambil dari engine. Sedangkan ketika kebutuhan energi besar, misalnya ketika ditanjakan, maka kereta dapat mengambil energi baik dari engine dan juga beterai. Kondisi kapan pemakaian sumber energi ini didesain sesuai tujuan kereta dibuat.

Sedangkan ketika kondisi braking, gambar ‘b’, regenerative braking digunakan untuk mendapatkan energi hasil pengereman dengan megubah motor traksi menjadi generator. Energi listrik hasil pengereman ini disimpan dibaterai sehingga tidak terbuang dan dapat dimanfaatkan lagi.Mungkin ada pertanyaan, ketika regenerative braking, apakah arus listrik bisa mengalir balik melewati inverter (VVVF), dan menjadi arus DC untuk bisa disimpan dibaterai? Untuk bisa melakukanya, maka dipilih inverter bi-directional. Artinya inverter tersebut bisa mengubah listrik AC menjadi DC dan listrik DC menjadi AC, maka dikatakan sebagai bi-direksional. Ketika arus hasil pengereman ini terlalu besar sehingga melewati batas arus charging baterai, atau ketika kondisi baterai penuh meskipun arus pengeremannya kecil, maka chopper akan memutus aliran listrik ini dan diarahkan ke brake resistor untuk dibuang menjadi panas. Setelah kondisi arus tidak melewati batas maksimum charging baterai atau ketika baterai kosong, maka listrik hasil pengereman akan kembali disimpan ke baterai. Kondisi ini sepenuhnya sudah dikendalikan oleh controller.

Contoh Lokomotif Hybrid

Thosiba HD300 Series (Jepang)

Lokomotif HD300 adalah tipe Bo-Bo. Dikembangkan oleh Thosiba pada Maret 2010. Teknologi hybrid yang dipakai adalah diesel-battery, sedangkan konfigurasinya seri. Tujuan dikembangkannya lokomotif ini adalah untuk mengurangi polusi BBM dan mengurangi polusi suara. Kereta ini dibuat dengan konsep modular, artinya masing – masing komponen bisa diganti jika mengalami kerusakan tanpa harus mengganti seluruh sistem. Baterai yang dipakai adalah Lithium-Ion LIM30H-8A buatan GS Yuasa. Lokomotif ini disebutkan mampu mengurangi emisi NO hingga 62 %, hemat konsumsi bahan bakar hingga 36 %, dan polusi udara berkurang hingga 22dB dibansing lokomotif konvensional.

TEM9H Sinara Hybrid (Rusia)

TEM9H merupakan kereta hybrid pertama di Rusia yang merupakan pengembangan dari lokomotif disek TEM9. Susunan bogie lokomotif ini Bo-Bo. Lokomotif ini diklaim mampu mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 40 % dan  emissi hingga 55 %.

Railpower GG20B Green Goat (Kanada)

Lokomotif ini dikembangkan oleh Railpower Technologies pada 2001. Sistem kerja hybridnya ditunjukkan pada gambar dibawah. Engine hanya dipakai untuk charge baterai, sedangkan sistem propulsinya mengambil energi listrik dari baterai. Keunggulan sistem ini adalah: Lebih efisien bahan bakar karena ketika kondisi kereta idle, tidak ada losses yang besar dari engine. Kereta ini diklaim mampu menghemat bahan bakar hingga 40 – 70% dan mengurangi emisi hingga 80-90%.

 GE Evolution Hybrid (USA)

Kereta hybrid GE ini diproduksi pada tahun 2007. Tipe bogienya Co-Co. Didesain untuk mengurangi konsumsi BBM dan emisi udara, kereta ini dilengkapi dengan mesin disel empat tak GEVO dan Sodium Metal-Chloride baterai. Disebutkan bahwa kereta ini mampu mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 15 % dan emisi hingga 50%.

Alstom BR 203H (German)

Lokomotif shuntung ini dilaunching pada 2006, yang merupakan pengembangan dari lokomotif BR203. Prototipenya dilengkapi dengan 200 kW genset dan 350 kW baterai modul. Konfigurasi hybrid yang dipakai adalah parallel. Bersumber dari Alstom, kelebihan dari lokomotif ini adalah hemat bahan bakar hingga 40 %, reduksi emisi hingga 50 %, dan polusi suara berkurang hingga 10 dB.

Rada 718 (Ceko)

Rada 718 dibuat oleh CKD Praha pada 1986. Dilengkapi dengan engine 189 kW dan 360 kW baterai Ni-Cd. Berdasarkan pngujian lokomotif ini mampu mengurangi konsumsi bahan bakar hingga 20 – 30 % dibanding loomotig standart.

Raba Mk 48 Hybrid (Hungaria)

Raba Mk 48 hybrid adalah modifikasi dari lokomotif Raba Mk 48. Dilengkapi mesin cumins QSB6.7 dan baterai Lithium-Iron-Phosphate.

Berikut data perbandingan dari beberapa contoh lokomotif yang sudah disebutkan, meliputi massa kereta, susunan roda, konfigurasi hybrid dan lain sebagainya.

Ref:

Konarzewski, Marcin, dkk. Hybrid Locomotives Overview of Construction Solutions. Journal of KONES Powertrain and Transport. Vol.20.No.1.2013.