Trên khắp thế giới, nhiều đoàn tàu vẫn chạy diesel. Để chuyển sang điện, các nhà khai thác truyền thống có hai lựa chọn: đường ray điện hoá hoặc dây trên cao (tàu lấy điện bằng cần tiếp xúc trên nóc). Cả hai đều đắt đỏ và phức tạp khi lắp đặt. Rào cản lớn khác là hạn chế của lưới điện địa phương – rất khó có kết nối công suất lớn để cấp điện cho tàu. Đó là lý do pin mặt trời là giải pháp hữu ích để mở khoá các dự án điện khí hoá. Tại Anh, công ty Riding Sunbeams thực hiện thử nghiệm nhỏ: xây dựng mảng pin Aldershot năm 2019 nằm sát đường sắt và cung cấp điện vào mạng cho đầu tàu. Quy mô chỉ 40kW – tương đương khoảng 10 hệ pin mái nhà của một gia đình Anh điển hình. Dù nhỏ, dự án chứng minh năng lượng tái tạo có thể cấp điện trực tiếp cho đường sắt. Sau Aldershot, Riding Sunbeams từng kỳ vọng triển khai thí điểm thương mại quy mô lớn, nhưng vướng vốn. Nay, Network Rail – đơn vị sở hữu và bảo trì hạ tầng đường sắt Anh – đang tìm nhà cung cấp cho các dự án năng lượng tái tạo ven đường sắt.
Các dự án mới kéo theo phức tạp mới. Ở Aldershot, tuyến đã điện khí hoá sẵn – chỉ cần “cắm” pin mặt trời vào hệ thống hiện hữu. Nhưng với các tuyến chuyển từ diesel sang dây trên cao, việc tận dụng điện mặt trời khó hơn vì pin tạo điện một chiều (DC), trong khi dây trên cao dùng điện xoay chiều (AC). Tại Anh đang phát triển bộ chuyển đổi để giải quyết bài toán này.
Ở hướng khác, Colton Junction – nút giao nhanh nhất nước Anh (tàu chạy tới 125mph) – vừa được điện khí hoá nhờ phần mềm 3D do University of Huddersfield phát triển. Phần mềm mô hình hoá hệ dây trên cao, cho phép lập kế hoạch cực kỳ chi tiết, giảm chi phí vì không cần một số phép thử truyền thống. Mọi thứ được đặc tả trong phần mềm, giúp cho mọi đoàn tàu đều chạy tối đa tốc độ tại nút này.
Không chỉ cải tiến dây điện, còn có cách tiếp cận mới hẳn. Start-up Ba Lan Nevomo phát triển hệ đẩy điện từ: lắp cáp nhôm dày trong vỏ giữa hai ray, tạo từ trường đủ mạnh để đẩy các toa hàng gắn nam châm, bỏ đầu máy hoàn toàn. Mỗi toa trở nên độc lập, chúng cũng có thể vận hành theo nhóm. Lợi ích lớn là dừng rất nhanh, nên có thể xếp các toa di chuyển độc lập gần nhau trên cùng đoạn ray, tăng mật độ vận tải.
Tại Mỹ, Parallel Systems cũng điện khí hoá từng toa hàng độc lập, nhưng bằng pin. Mỗi toa có tầm hoạt động 800km. Các chuyên gia lưu ý việc điều phối các toa độc lập trên mạng lưới hiện hữu có thể khá thách thức.
Trung Quốc sản xuất đầu máy chạy pin không chỉ để sử dụng nội địa, mà còn cho các đối tác nước ngoài. Thái Lan từng mua một đầu máy chạy pin công suất 4.100kWh do nhà máy tại Đại Liên cung cấp, có thể chạy 200km, kéo tàu khách 1000 tấn với tốc độ 100 km/h. Thái Lan cũng đã tự sản xuất đầu máy tương tự. Để chạy trên quãng đường dài hơn, đầu máy cần kéo theo toa pin dự trữ, hoặc sạc pin (mất 60 min) hoặc thay pin (mất chỉ 10 min). Thái Lan dự tính sản xuất 50 đầu máy như thế (mang tên MINE). Ga trung tâm Bangkok lắp đặt các điểm sạc pin cho đầu máy.
Tại Australia, công ty đường sắt Aurizon sử dụng toa pin lithium-ion 1800 kWh. Đầu máy hybrid với toa pin này có tầm hoạt động 400 km. Đoàn tàu có đầu máy FLXdrive gắm toa pin 7100 kWh có tầm hoạt động 850 km mà không cần sạc bổ sung. Công ty đường sắt này chuyển đổi các đầu máy diesel đang khai thác sang chạy pin.
Công nghệ mới đang thúc đẩy điện khí hoá, và tàu điện nay là lựa chọn mặc định cho các tuyến mới.Tất cả các công nghệ này đều khả thi về mặt vật lý. Vấn đề là quản trị bài toán kinh doanh.
Nguồn: Railway Age; BBC, 2025
