KTH-forskning visar vägen till färre tågförseningar i snö och kyla

Enligt forskaren William Liu vid Järnvägsgruppen på KTH kostar uppvärmningen av en enda växel i Stockholmsregionen cirka 12 000 kronor per år. Trots mängden pengar som läggs på detta, så leder problem med uppvärmningen till mer än 1000 störningar årligen, vilket påverkar hundratusentals resenärer. 

Kostnadsuppskattningarna baseras på data som forskarna samlade in under ett års tid från en järnvägsväxel utanför Stockholm. Analysen visar tänkbara nya sätt att minska energikostnaderna och att samtidigt få tågen att gå i tid. Elkostnaderna skulle kunna minska med två tredjedelar. 

William Liu säger att timing, energikälla och temperatur är avgörande, särskilt när klimatförändringar orsakar extremare väder som hårda vindar, kraftiga snöfall och cykler av is varvat med töväder. Studien pekar på behovet av automatisk styrning så att växlarnas värme kan anpassas till flera väderförhållanden – inte enbart 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, såsom vindhastighet, fuktighet och förekomst av snö, säger William Liu. 

Han säger att dessa faktorer dramatiskt förändrar värmeöverföringen, men att 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.

Forskarna tog fram en datormodell som förutsäger hur en växel värms upp vid olika väderförhållanden, med faktorer som lufttemperatur, vind och nederbörd. Förutsägelserna stämde väl överens med fältdata som samlades in från växeln som de studerade. 

Insamlade data visade att växlar värms upp på mindre än tio minuter när effekten ökas, vilket tyder på att värmarna inte behöver gå på full effekt hela tiden. Studien fann också att vindhastighet påverkar värmeförlusten, vilket innebär att man behöver mäta vind för att kunna förbättra styrningen. 

Modellen kan förutsäga räls­temperaturer vid olika lufttemperaturer och vindhastigheter, vilket möjliggör styrstrategier, som att oftast köra på lägre effekt och att använda korta ”boostperioder” före snöfall eller under vindbyar. 

Studien tar också upp att markvärme – som är ett kostnadseffektivt och hållbart alternativ - kan användas för att värma många växlar som i dag får sin energi från elnätet.

– Det finns omkring 12 000 växlar i Sverige, och att värma en enda kostade ca 12 000 kronor per år under 2025. 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, som solpaneler och vindkraftverk.

Samtidigt som resultaten är lovande säger William Liu att mer forskning behövs för att hantera osäkerheter som inte ingår i den numeriska modellen. 

Vetenskaplig publicering:

Energy Efficient Operations of Railway Switch Heaters and Feasibility of Using Ground Heat, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-032-04774-8_41

För ytterligare information kontakta:

William Liu, forskare KTH, tel. 073-644 14 20, e-post: zhendong@kth.se