Podczas ostatniego spotkania Bractwa Mokrego Pokładu przedstawiony temat przewodni przez Wiesława Tomaszewskiego dotyczący stosowania napędu elektrycznego na statkach żeglugi śródlądowej był na tyle intrygujący, że postanowiłem pogrzebać nieco w archiwaliach żeglugowych aby co nieco rozwinąć wątek. I tak na początek natknąłem się na definicje statku z napędem elektrycznym za pomocą cieci napowietrznej. Otóż angielska nazwa tego typu statku brzmi Trolleyboat lub Trolleyship. W dalszej części następuje wyjaśnienie, że jest to pojazd wodny napędzany elektrycznie. Podobnie jak trolejbus, za pomocą pantografów pobiera prąd trakcyjny z jednego do trzech drutów trakcyjnych sieci trakcyjnej za pomocą wychylnych pantografów dzięki czemu statek może zbaczać w bok o kilka metrów od idealnej linii kursu .
Niestety, nie udało mi się dobrać odpowiedniej polskiej nazwy dla tego typu statku więc tak jak trolejbus nie pozostało mi nic innego jak posługiwać się oryginalną nazwą trolleyboat
Przez wiele wieków barki kanałowe były napędzane przez ludzi, konie lub muły na ścieżce holowniczej biegnącej obok kanału. Przed "zaprzęgnięciem" mocy silnika diesla do napędu statków śródlądowych inżynierowie opracowali kilka interesujących metod zasilania układów napędowych energią elektryczną: trollejboaty, pływające kolejki linowe i lądowe przeciągarki elektryczne. Wiele z tych ekologicznych rozwiązań można by dziś zastosować zamiast silników Diesla. Ze względu na bardzo niskie zapotrzebowanie na energię można je łatwo zasilać energią odnawialną wytwarzaną na miejscu przez turbiny wodne znajdujące się w śluzach. Jedna linia trollejboat do dziś jest nadal eksploatowana.
Pierwszym rozwiązaniem mechanicznego napędu barek kanałowych był silnik parowy - ta sama technologia, która wprowadzała pociągi w ruch. Niektóre barki kanałowe rzeczywiście zostały przekształcone w niezależne pojazdy napędzane parą lecz wkrótce stało się jasne, że nie może ta metoda być stosowana na ówczesnych kanałach przez duża liczbę statków a powodem tego stanu rzeczy był stan kanałów gdyż w tamtych czasach kanały były po prostu dużym rowem bez wzmocnionych brzegów. Gdyby wszystkie barki zostały wyposażone w silniki parowe lub holowane przez holowniki parowe, wówczas praca śrub (lub kół łopatkowych) zniszczyłaby brzegi kanałów w bardzo krótkim czasie.
Kolejną przeszkodą była ograniczona głębokość większości kanałów nieprzekracząjąca 2 do 2,5 metra (6,5 do 8,5 stóp) i to tylko osi kanału. Powodowało to, że wyższe prędkości były problematyczne ponieważ rufa statku napędzanego śrubą zwiększa zanurzenie proporcjonalnie do wzrostu prędkości statku.
Trzecim problemem związanym z wykorzystaniem energii pary było to, że nieporęczna maszyna parowa zabierała przestrzeń ładunkową obniżając w ten sposób wydajność ładunkową statku. Sprawiło to, że chociaż statki parowe istniały już od końca XVIII wieku, a wiele z nich było używanych na rzekach i jeziorach, tylko 84 z nich były eksploatowane na amerykańskich kanałach w 1906 roku.
Z powodu tych wyzwań inna oczywista metoda - statki wykorzystujące do napędu energię elektryczną z baterii akumulatorów również nie była dobrym rozwiązaniem.
Ostatecznie inżynierowie znaleźli rozwiązanie w zakresie napędu elektrycznego bez użycia akumulatorów. Z grubsza wszystkie metody można podzielić na pięć grup:
Holowanie z napędem śrubowym - silnik na statku.
Holowanie za pomocą zanurzonego łańcucha - silnik na statku.
Kolejki linowe - silnik na brzegach kanału.
Załogowe przeciągarki elektryczne - silnik na brzegach kanału.
Bezzałogowe przeciągarki elektryczne - silnik na brzegu kanału lub nad wodą.
Większość z tych systemów była początkowo zasilana silnikami parowymi, a dopiero później przystosowana do zasilania prądem, co czyniło je znacznie bardziej wydajnymi i praktycznymi. Niektóre systemy zostały następnie przekształcone w napęd silnikami Diesla. Oprócz kilku regionalnych sukcesów żadna z tych technologii nie znalazła szerokiego zastosowania, pomimo wielu udanych testów. W tamtych czasach coraz większe stosowanie ropy naftowej i globalne ocieplenie nie stanowiły jeszcze problemu. Większość krajów postanowiła pogłębić i wzmocnić kanały, aby umożliwić statkom stosowanie własnego napędu za pomocą silników Diesla.
. Zaledwie cztery lata po pierwszym eksperymentalnym Trolleyboat Frank W. Hawley zaadaptował zwykłą statek parowy na Trolleyboat (nazwany jego imieniem), który został przetestowany na kanale Erie w USA w 1893 roku.
Trolleyboat "Frank W Hawley" miał dwa silniki elektryczne (każdy o mocy 25 KM) które napędzały dwie śruby pobierając prąd z pary przewodów elektrycznych zawieszonych nad kanałem przez dwa zwykłe słupy.
Ponieważ statek często zmieniał kurs boczny, układ styków musiał być elastyczny, jednej linii zasilającej nie można było wykorzystać jako powrotną więc konieczne było zastosowanie podwójnego obwodu zasilającego. Wymagało to dwóch par przewodów dla statków przemieszczających się w przeciwnych kierunkach
W 1903 r. Niemcy eksperymentowali z holownikiem z napędem śrubowym na kanale Teltow. Był to bardzo specyficzny statek nie powodujący prawie żadnego rozmycia linii brzegowej dzięki specjalnemu rozmieszczeniu trzech śrub , ale ostatecznie zadecydowano o zastosowaniu elektrycznej przeciągarki brzegowej. O tym statku szerzej opowiem w dalszej części.
Istniała jedyna komercyjna linia typu Trolley eksploatująca statek z napędem śrubowym. Została ona zainstalowana wzdłuż 4-kilometrowego odcinka Kanału Charleroi w Belgii w 1899 roku. Trolleboaty holowały beznapędowe barki kanałowe. Linia ta stanowiła część odcinka drogi wodnej o długości 47 kilometrów (29 mil) obsługiwanego przez elektryczne przeciągarki brzegowe i była eksploatowana tylko przez kilka lat.
W Niemczech, Francji i Belgii stosowany był inny system: holowanie za pomocą łańcucha
Początkowo na holownikach łańcuchowych do przeciągania łańcucha używane były maszyny parowe lub silniki Diesla, ale niektóre z nich w późniejszym okresie zostały silnikami elektrycznymi w połączeniu z systemem "Trolley".
Metoda ta (po raz pierwszy zastosowana przez francuskiego inżyniera François Galliot) połączyła opisany powyżej system "Trolley" z alternatywnymi środkami napędu statku takimi jak lina lub łańcuch które były ułożone na dnie kanału. Były one podnpodnoszone i przechodziły przez rolki lub koła na statku które mocno chwytywały łańcuch lub linę. Rolki te były obracane przez silnik na statku umieszczony centralnie lub z boku, w momencie gdy się obracały przemieszczały statek na linie lub łańcuchu. wzdłuż drogi wodnej.
Ogólna konfiguracja była bardzo podobna jak w metodzie statku z napędem śrubowym, z tą różnicą że zamiast obracać statkową śrubę silnik obracał bębny ciągnące lub mechanizm przeciągający łańcuch. Ważną zaletą było to, że system nie powodował powstawania brzegowej fali wstecznej , a zatem był kompatybilny z płytkimi i delikatnymi brzegami kanałów.
Holowniki linowe napędzane parą były eksploatowane pod koniec lat 60. XIX wieku głównie na rzekach. Dwa z nich uprawiały żeglugę na odcinku 125 km (78 mil) Kanału Erie w Stanach Zjednoczonych w latach 1873–1880, ale podobno zakłócały tak duży ruch na kanale, że zaprzestano ich użytkowania.
Pod koniec 1893 r. (w tym samym roku, w którym trolleyboat z napędem śrubowym był testowany był na kanale Erie), pierwsza podwodna elastyczna lina została zainstalowana w kanale Bourgogne we Francji. Holownik ciągnący barki napędzany był przez silnik elektryczny statku który pobierał prąd z obwodu podwieszonych przewodów elektrycznych pozostawał w służbie przez ponad 20 lat.
Jak już wspomniałem pierwszym pomysłodawcą napędu typu "Trolley" był Frank W. Hawley który przekształcił konwencjonalny parowiec kanałowy w elektryczny statek czerpiący energię elektryczną służącą do jego napędu z sieci napowietrznej i przetestował go na kanale Erie w 1893 roku. Statek posiadał dwa silniki elektryczne, każdy o mocy 19 kilowatów (25 KM), które napędzały dwie śruby
Począwszy od 1899 r. Trolleyboat z pędnikiem śrubowym działał na czterokilometrowym odcinku kanału Charleroi-Bruksela, który służył do holowania barki lub kilku barek.
Kolejna linia napowietrzna dla staków została zainstalowana w 1933 r. na odcinku Kanału Ren-Marna i nadal działa. Sześciokilometrowa linia napowietrzna biegnie przez 3,3 kilometrowy tunel kanałowy Canal de Bourgogne w kantonie Pouilly-en-Auxois.
Po wybudowaniu kanału Teltow w Machnower See w 1903 r. Odbyła się operacja testowa z holownikiem "Teltow" z linią napowietrzną do elektrycznego napędu statku
Elektryczna żegluga łańcuchowa działa w tunelu Riqueval we francuskim departamencie Aisne od 1906 roku. Łańcuchowy holownik używa łańcucha do poruszania się, który jest układany na dnie kanału, a następnie biegnie nad pokładem statku gdzie jest prowadzony przez rolki napędzane silnikiem elektrycznym. W ten sposób holownik osiąga prędkość około 2,8 km / h. Przejście przez tunel o długości 5670 metrów zajmuje zatem około dwóch godzin. Trójbiegunowa linia napowietrzna do zasilania przymocowana do sklepieniem tunelu, jest kontynuowana przez około 200 metrów na obu końcach tunelu. Statki łańcuchowe są zasilane wymaganą energią elektryczną za pomocą dwóch elastycznych pantografów prętowych.
Dobrze znanym przykładem zastosowania tego typu napędu był holownik "Teltow" przedstawiony na fotografii na górnej wodzie śluzy Kleinmachnow na kanale Teltow.
Statek miał 17,59 metra długości i 3,80 metra szerokości. Został zbudowany w 1903 r. w stoczni Deutsche Elbschiffahrts-Gesellschaft w Dreźnie -übigau, osprzęt elektryczny dostarczyła firma Siemens-Schuckertwerke. Holownik miał w sumie trzy śruby. Dwie śruby zewnętrzne napędzane silnikami elektrycznymi o mocy 20 KM służyły jako elementy sterujące. Środkowa śruba napędzana silnikiem o mocy 25 KM, służyła tylko do napędu statku. Silniki elektryczne prądu stałego uzyskiwały energię elektryczną z trzech dużych akumulatorów lub bezpośrednio z linii napowietrznej obejmującej Machnower See. Pantograf został zamontowany na maszcie, dzięki czemu statek mógł mieć swobodę ruchu około pięć metrów od linii napowietrznej po obu jej stronach a akumulatory były ładowane z linii napowietrznej.
Przeholunki przez Machnower See zaczynały się lub kończyły na śluzie Kleinmachnow i prowadziły do zwężenia na odcinku kanału przy moście Badewitzbrücke ( późniejszym Friedensbrücke. Zelektryfikowana trasa miała zatem około 1,3 kilometra. Przeciągarki elektryczne na lądzie ( lokomotywki) były w gotowości na dwóch końcach napowietrznej linii i przejmowały holownik . Literatura mówi o fazie testowej do 1910 roku. Jednocześnie eksperymentowali z elektryczną linią napowietrzną podobną do "nieskończonej pętli" lecz próby z taką możliwością przemieszczania statków została zaniechana. Małe holowniki parowe, które były na których nie zastosowano systemu elektrycznego używane na jeziorach Machnower See i Griebnitzsee, były eksploatowane w sposób możliwie najbardziej bezdymny z użyciem oleju węglowego w celu utrzymania niskiego poziomu zanieczyszczenia dymem terenów zamieszkałych lub całkowitego jego uniknięcia. Wynika z tego, że już wtedy przywiązywano wagę do bezdymnego napędu zarówno na statkach śródlądowych jak i na lądzie.
Holownik "Teltow" został zaprojektowany do holowania barek o łącznej masie 1000 ton, a jego prędkość maksymalna wynosiła cztery kilometry na godzinę. Ogólnie rzecz biorąc, elektryczny układ napędowy był bardzo podatny na awarie, i w konsekwencji dalszy rozwój systemu holowników elektrycznych został zatem odrzucony ze względu na awaryjność wysoki koszt eksploatacji tego systemu.
Janusz Fąfara na podstawie materiału źródłowego Low-Tech Magazine