Gedeeltelijke bovenleiding: elektrisch rijden zonder overal draden op te hangen
Een trein onder stroom herken je meestal aan de draad boven de rails: de bovenleiding, waar een metalen arm op het dak — de stroomafnemer — voortdurend tegenaan schuurt om elektriciteit binnen te halen. Bij gedeeltelijke bovenleiding hangt die draad niet over het hele traject, maar alleen boven een deel ervan. Op de stukken zonder draad rijdt de trein gewoon door, aangedreven door een batterij aan boord die eerder is opgeladen terwijl de trein wél onder de draad reed.
Vergelijk het met een elektrische fiets die je oplaadt terwijl je op een aangesloten trainer trapt, en die je vervolgens gebruikt om een stuk verderop zonder stopcontact te rijden. Zodra de fiets weer bij een oplaadpunt komt, vult de accu zich automatisch weer bij. Voor treinen betekent dit dat je niet meer de hele lijn hoeft vol te hangen met dure masten en draden om toch volledig elektrisch te kunnen rijden — juist relevant voor rustige regionale lijnen waar de kosten van volledige elektrificatie zich moeilijk laten terugverdienen.
Wat is het precies?
Een gewone elektrische trein trekt continu stroom uit de bovenleiding en heeft geen eigen energieopslag nodig. Een dieseltrein heeft juist helemaal geen bovenleiding nodig, maar verbrandt brandstof en stoot dus CO2 en fijnstof uit. Gedeeltelijke bovenleiding zit hier tussenin en combineert beide werelden in één voertuig, een zogeheten batterij-elektrische trein of BEMU (Battery Electric Multiple Unit).
Zo'n trein heeft, naast de gebruikelijke stroomafnemer, een pak tractiebatterijen aan boord — vergelijkbaar met de accupakketten in elektrische auto's, maar dan groter en zwaarder uitgevoerd voor treingebruik. Rijdt de trein onder de bovenleiding, dan drijft de stroom uit de draad niet alleen de motoren aan, maar laadt tegelijk ook de batterij op. Nadert de trein het einde van het bedrade stuk, dan schakelt de besturing automatisch over: de stroomafnemer gaat omlaag en de batterij neemt het aandrijven volledig over, geruisloos en zonder uitstoot.
Aan het einde van het onbedrade stuk — of bij terugkomst op een bedraad spoor — gaat de stroomafnemer weer omhoog en herhaalt het proces zich. Hoe lang een trein op batterij kan doorrijden hangt af van het gewicht van de trein, het profiel van het traject (hellingen kosten meer energie), de buitentemperatuur (verwarming en airconditioning verbruiken flink) en natuurlijk de capaciteit van het batterijpakket. In de praktijk gaat het om afstanden van pakweg twintig tot tachtig kilometer op batterij, afhankelijk van het type trein en de omstandigheden.
Een verwante maar iets andere toepassing zie je bij sommige moderne trams. Daar wordt bovenleiding soms bewust weggelaten in historische stadscentra, niet om kosten te besparen maar om het straatbeeld esthetisch schoon te houden. De tram rijdt dat stuk op een batterij of supercondensator die tussen de haltes, terwijl de tram wél onder draad rijdt, snel wordt bijgeladen.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel is elektrisch rijden mogelijk maken op lijnen waar volledige elektrificatie financieel of praktisch niet aantrekkelijk is. Het plaatsen van masten en bovenleiding over een compleet traject is duur: er zijn onderstations nodig om de stroom te leveren, bruggen en tunnels moeten soms worden aangepast om voldoende hoogte te bieden, en op plekken met weinig treinverkeer weegt die investering zwaar tegenover de baten.
Door alleen de drukkere of makkelijker te bedraden delen van een lijn te elektrificeren, en de rest te overbruggen met batterijvermogen, hoopt men een groot deel van de klimaat- en gezondheidswinst van elektrisch rijden te behalen tegen een fractie van de kosten van volledige elektrificatie. Dat is aantrekkelijk voor spoorbeheerders en vervoerders die dieseltreinen willen vervangen zonder meteen honderden kilometers spoor te moeten ombouwen.
Daarnaast biedt het flexibiliteit: dezelfde trein kan op het hoofdnet gewoon als volwaardige elektrische trein rijden en vervolgens zonder overstap doorrijden op een niet-geëlektrificeerde aftakking. Reizigers hoeven niet over te stappen op een dieseltrein voor het laatste stuk van hun reis, wat zowel comfortabeler is als beter voor het klimaat.
Voorbeelden uit de praktijk
Duitsland loopt voorop met deze technologie. Spoorwegbeheerder Deutsche Bahn testte in 2018 samen met toenmalig treinbouwer Bombardier (nu onderdeel van Alstom) een Talent 3-batterijtrein die tijdens proefritten een opmerkelijk grote afstand op één batterijlading aflegde — een testresultaat dat destijds als record werd gepresenteerd en veel aandacht trok in de sector.
In de Duitse deelstaten Sleeswijk-Holstein en Baden-Württemberg rijden sinds de vroege jaren 2020 in reguliere dienst treinen van het type Stadler FLIRT Akku, gebouwd door de Zwitserse treinbouwer Stadler. Deze treinen vervangen dieseltreinen op lijnen die deels wel en deels niet zijn bedraad.
Op de lijn tussen Leipzig en Chemnitz zet Alstom BEMU-varianten van de Coradia in, eveneens om dieseltractie op een gedeeltelijk geëlektrificeerd traject te vervangen.
In het Verenigd Koninkrijk zijn met omgebouwde D-Trains (voormalige metrostellen van Vivarail) en met tri-mode-treinen van onder meer Alstom en Bombardier proeven gedaan om batterijaandrijving te combineren met bestaande bovenleiding, vooral op het spoorwegnet rond Londen en in Wales.
Bij trams is Nice in Frankrijk een vaak aangehaald voorbeeld: sinds de opening van het net in 2007 rijden de trams door het historische centrum zonder bovenleiding, op een systeem van Alstom dat onderweg energie bijlaadt. Vergelijkbare oplossingen met supercondensatoren zijn te vinden bij trams in Franse steden als Reims en Angers, en bij het Spaanse bedrijf CAF zijn systemen ontwikkeld die in steden als Sevilla en Zaragoza wire-free rijden mogelijk maken.
In Nederland wordt vooral gestudeerd op de mogelijkheden: op niet-geëlektrificeerde regionale lijnen, zoals in de Achterhoek en delen van Limburg, onderzoeken vervoerders en ProRail al langer of batterijtreinen een alternatief kunnen zijn voor dieseltreinen of voor volledige elektrificatie. Concrete, definitieve besluiten en instapdata voor gedeeltelijke bovenleiding op Nederlandse lijnen zijn op dit moment niet met zekerheid vast te stellen; wie de actuele stand wil weten, doet er goed aan de berichtgeving van ProRail en de betrokken vervoerders te volgen.
Hoe ver is de techniek?
De basistechnologie is inmiddels bewezen: er rijden in Duitsland dagelijks batterij-elektrische treinen met reizigers, en de systemen functioneren in de praktijk betrouwbaar genoeg voor regulier gebruik. In die zin is gedeeltelijke bovenleiding geen toekomstdroom meer, maar een technologie die de fase van proefrit voorbij is.
Toch zijn er nog reële obstakels. Batterijpakketten voor treinen zijn zwaar, en dat gewicht gaat ten koste van het aantal reizigers dat een trein kan meenemen of van de resterende actieradius. Opladen kost tijd: als het bedrade stuk van een lijn te kort is, heeft de batterij niet genoeg tijd om voldoende energie te verzamelen voor het onbedrade vervolg. Koud weer is een andere spelbreker, omdat verwarming van het interieur veel stroom vraagt en zo de bereikbare afstand op batterij verkleint.
Ook de levensduur en vervangingskosten van tractiebatterijen spelen mee: net als bij elektrische auto's neemt de capaciteit van een batterijpakket geleidelijk af, en de vervanging van zo'n pakket is een aanzienlijke kostenpost die vervoerders moeten incalculeren over de levensduur van een trein, die al gauw dertig jaar beslaat. Tot slot vergt gedeeltelijke bovenleiding nog altijd een investering in ten minste een deel van de bovenleiding en in onderstations, dus het is geen gratis alternatief — wel een goedkoper alternatief dan volledige elektrificatie.
Wie werken eraan?
De belangrijkste treinbouwers op dit vlak zijn de Zwitserse fabrikant Stadler Rail, met de FLIRT Akku, en het Frans-Canadese Alstom, dat na de overname van Bombardier Transportation ook diens Talent 3-technologie in huis heeft en eigen BEMU-varianten van de Coradia-familie bouwt. Ook Siemens Mobility ontwikkelt met de Mireo Plus B een batterij-elektrische trein voor de Europese markt.
Duitsland is met afstand het land waar deze technologie het verst is doorgevoerd, met Deutsche Bahn en regionale vervoerders als grote afnemers en met deelstaten die de aanschaf mede financieren. Ook in het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk, Spanje en Italië lopen proeven en projecten. In Nederland zijn het vooral ProRail, NS en regionale vervoerders die de mogelijkheden verkennen voor lijnen die nu nog met diesel worden bereden.