e-book รถไฟพลังงานแบตเตอรี่

รถไฟพลังงานแบตเตอรี่

(Battery electric multiple unit: BEMU)

กรมการขนส่งทางราง
กระทรวงคมนาคม

เรยี บเรยี งโดย

ดร.ทยากร จันทรางศุ

นายปัณณพัทธ์ สมหวัง

กองมาตรฐานความปลอดภยั และบารงุ ทาง

1 รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่

(Battery electric multiple unit : BEMU)
รถไฟพลังงานแบตเตอรี่ เป็นรถไฟที่ใช้พลังงานไฟฟา้

จากแบตเตอรี่ที่ติดตั้งในตัวรถไฟในการจ่ายพลังงานไฟฟา้
ใหแ้ ก่มอเตอร์ขบั เคลอื่ น (Traction Motor) แทนการรับกาลงั ไฟฟา้
จากแหล่งพลังงานไฟฟา้ ภายนอก ผ่านระบบสายส่งไฟฟา้ เหนือหัว
(Overhead Catenary System : OCS) หรือระบบจ่ายไฟฟา้ รางที่สาม
(3rd Rail) โดยต้องมกี ารติดตงั้ แบตเตอรที่ ตี่ ัวรถไฟ ดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 : แผงแบตเตอรีท่ ีต่ ิดตง้ั ในรถไฟพลังงานแบตเตอร่ี ELECTROSTAR

รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU) 2

โดยการทางานของรถไฟพลงั งานแบตเตอรี่
จะแบง่ เป็น 2 ช่วงการทางาน

1 ช่วงทวี่ ิง่ ในทางทีม่ โี ครงขา่ ยจ่ายพลงั งานไฟฟา้

ในช่วงทวี่ งิ่ ในทางทีม่ โี ครงขา่ ยจา่ ยพลงั งานไฟฟา้ จะมีการทางาน
ที่คล้ายคลึงกับรถไฟพลังงานไฟฟา้ ทั่วไป คือ ใช้พลังงานไฟฟา้
จากโครงข่ายจ่ายพลังงานไฟฟา้ ในการขับเคลื่อนมอเตอร์
ขับเคลื่อน แต่จะมีการชาร์จพลังงานของแบตเตอรี่ที่ติดตั้ง
ในตวั รถไฟรว่ มด้วย

2 ชว่ งทวี่ งิ่ ในทางทไี่ ม่มโี ครงข่ายจ่ายพลงั งานไฟฟา้

ส่วนในช่วงที่วิ่งในทางทีไ่ ม่มีโครงข่ายจ่ายพลังงานไฟฟา้ จะ
ทาการดึงพลังงานไฟฟา้ ที่เก็บเอาไว้ในแบตเตอรี่มาจ่าย
ให้กับมอเตอรข์ บั เคลือ่ นเพื่อขับเคลอื่ นรถไฟ

3 รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

แสดงการทางานของระบบรถไฟพลังงานแบตเตอรี่
ใ น ช่ ว ง ที่ วิ่ ง ใ น ท า ง ที่ มี โ ค ร ง ข่ า ย จ่ า ย พ ลั ง ง า น ไ ฟ ฟ า้
ดังรปู ที่ 2

รปู ท่ี 2 : การทางานของระบบรถไฟพลงั งานแบตเตอร่ี
ในช่วงท่วี ิ่งในทางที่มีโครงข่ายจ่ายพลังงานไฟฟา้

รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU) 4

แสดงการทางานของระบบรถไฟพลังงานแบตเตอรี่
ในช่วงที่วิ่งในทางที่ไม่มีโครงข่ายจ่ายพลังงานไฟฟา้
ดังรปู ที่ 3

รปู ท่ี 3 : การทางานของระบบรถไฟพลังงานแบตเตอรี่
ในชว่ งทว่ี งิ่ ในทางทไ่ี ม่มีโครงขา่ ยจ่ายพลงั งานไฟฟา้

5 รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

นอกจากนี้ ในรถไฟบางรุ่นยังสามารถทาการเบรกโดยจ่ายพลังงานคืน
(Regenerative Braking) ได้โดยในช่วงทีร่ ถไฟทาการเบรกจะทา
การเปลยี่ นการทางานจากมอเตอร์ขบั เคลอื่ น เป็นเครือ่ งกาเนิดไฟฟา้
ซึง่ สามารถนาไฟฟา้ ทีผ่ ลิตไดไ้ ปชาร์จแบตเตอรี่ทีต่ ิดตั้งในตัวรถ หรือ
จา่ ยคืนกลับเข้าไปในระบบไฟฟา้ ได้

รูปที่ 4 : การทางานของระบบรถไฟพลงั งานแบตเตอรใ่ี นชว่ งเบรก

รถไฟพลงั งานแบตเตอร่ี (Battery electric multiple unit: BEMU) 6

ข้อดขี องรถไฟพลังงานแบตเตอรี่

ไม่ต้องลงทุนในการติดตัง้ โครงข่ายในการจ่ายพลังงานไฟฟา้
อย่างระบบสายส่งไฟฟา้ เหนือหัว (Overhead Catenary
System) หรือระบบจา่ ยไฟฟา้ รางทีส่ าม (3rd Rail)

ประหยดั พลงั งานเมอื่ เทยี บกบั รถไฟดีเซล

ลดการปล่อยมลพิษเมื่อเทียบกับรถดีเซลราง เช่น มีผลวิจัยว่า
ในประเทศแทนซาเนีย รถรางที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่
จะลดค่าพลังงานและลดการปล่อยคาร์บอนได้ถึง 86.67%
และ 64.96% ตามลาดับ(1)

7 รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

ข้อมูลวจิ ัยจากประเทศเยอรมนีพบว่า มีค่าพลังงานของ
รถไฟพลังงานแบตเตอรี่ 0.65 ยูโรต่อกิโลเมตร เมือ่ เทียบกับ
รถดีเซลรางที่มีค่าพลังงาน 1.00 ยูโรต่อกิโลเมตรและ
มีอัตราการปล่อยคาร์บอนน้อยลง 17% เมื่อเทียบกับ
รถดีเซลราง(2)

จากผลการศึกษาการลงทุนด้านการปรับเปลี่ยนระบบ
จา่ ยพลงั งานรถไฟในสาย Nordland ประเทศนอร์เวย์
พิจารณาความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ (อายุโครงการ
ที่ 75 ปี) พบว่าการลงทุนติดตั้งระบบฺแบตเตอรี่ให้กับ
รถไฟจะมีความคุม้ คา่ ทีส่ ุด(3)

รถไฟพลงั งานแบตเตอร่ี (Battery electric multiple unit: BEMU) 8

รปู ท่ี 5 : การเปรียบเทียบการลงทุนการปรบั เปลยี่ นระบบจ่ายพลงั งานรถไฟ
ในสาย Nordland ประเทศนอร์เวย์

แต่มีข้อจากัด คือ รถไฟจะมีน้าหนักที่มากข้ึนจากแบตเตอรี่ที่ติดตั้งที่ตัวรถไฟ
รวมถึงต้องมีการติดตั้งสถานีอัดประจุไฟฟา้ ตามสถานีระหว่างทางว่ิงเป็นระยะ
หรือสามารถใชโ้ ครงขา่ ยในการจ่ายพลังงานไฟฟา้ ที่มอี ยู่เดิมเป็นตวั อดั ประจุไฟฟา้
รว่ มดว้ ยได้ และตอ้ งมีระยะเวลาในการชาร์จแบตเตอรีก่ ่อนใหบ้ รกิ ารต่อ

9 รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

โดยในตา่ งประเทศไดม้ ีการศึกษาและเรมิ่ ใชง้ านอยบู่ า้ ง อาทิเชน่
เมอื งเฉงิ ตู เมอื งเอกของมณฑลเสฉวน มหาวทิ ยาลัยซหี นาน
เจียงทง (Southwest Jiaotong University)
ได้วิจัยและผลิตรถไฟฟา้ แบบแขวน (suspended monorails) ที่ใช้
พลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมขบวนแรกของโลก และได้ทดสอบ
ระบบการใช้งานรถไฟฟา้ แบบแขวนพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียม
โดยรถไฟฟา้ แบบแขวนขบวนดังกล่าวขับเคลื่อนด้วยพลังงาน
แบตเตอรี่ลิเธียม ซึ่งการชาร์จต่อครั้งสามารถทาให้รถไฟวิ่ง
ได้นาน 4 ชั่วโมง วิ่งด้วยความเร็ว 60 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
บนรางรถไฟทยี่ าวประมาณ 1.4 กิโลเมตร และหนึง่ ตู้มีความจุ

(4)

ผโู้ ดยสารได้ประมาณ 120 คน

รปู ที่ 6 : รถไฟฟา้ แบบแขวนพลังงานแบตเตอรลี่ ิเธยี มทท่ี ดสอบทีเ่ มอื งเฉิงตู

รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU) 10

เมอื งมิชมิ ะ จังหวดั ชซิ โู อกะ ประเทศญปี่ ุน่

ได้ทาการทดสอบรถไฟความเร็วสูงชิงกันเซ็งขบวนแรก
ของโลกที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่สารอง หรือขบวน N700s
โดยติดตั้งแบตเตอรี่ไว้ใต้ตู้โดยสารรถไฟ ในกรณีฉุกเฉิน
ที่ระบบจ่ายไฟฟา้ เหนือหัวมีปัญหา จะสามารถใช้พลังงาน
จากแบตเตอรีว่ ิง่ ไปจนถงึ สถานีเติมพลงั งานทีอ่ ยใู่ กลท้ ีส่ ุดได้(5)

รปู ที่ 7 : รถไฟความเร็วสูงชงิ กันเซง็ พลังงานแบตเตอรส่ี ารอง

11 รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

Karasuyama จงั หวัดโทชงิ ิ (Tochigi) ประเทศญปี่ ุน่
มีการใช้รถไฟพลังงานแบตเตอรี่รุ่น EV-E301 ทีใ่ ช้พลังงาน
ไฟฟา้ จากโครงข่ายไฟฟา้ เหนือหัวระดับไฟฟา้ กระแสตรงระดับ
แรงดัน 1500 โวลต์ ร่วมกับแบตเตอรี่ โดยติดตั้งแบตเตอรี่
ลิเธียมไอออนระดับแรงดัน 600 โวลต์ ขนาด 95 kWh
จานวน 2 ชุด โดยวิ่งในทางที่ไม่มีโครงข่ายไฟฟา้ เหนือหัวในเส้นทาง
Karasuyama ระยะทาง 20 กิโลเมตร ด้วยความเร็ว 65
กิโลเมตรต่อชั่วโมง (ความเร็วสูงสุด 100 กิโลเมตรต่อขั่วโมง)
ซึ่งรถไฟจะชาร์จแบตเตอรี่ที่สถานี Karasuyama อันเป็ น
สถานีปลายทาง ผ่านแพนโทกราฟทรี่ ับไฟจากสายสง่ ไฟฟา้ เหนอื หวั (6)

รปู ที่ 8 : รถไฟพลังงานแบตเตอรร่ี นุ่ EV-E301

รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU) 12

จงั หวัดอะกติ ะ (Akita)

รถไฟพลังงานแบตเตอรี่รุ่น EV-E801 เป็นรุ่นทีพ่ ัฒนามาจาก
รุน่ EV-E301 โดยติดตัง้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ขนาด 360 kWh
ที่ตัวรถไฟ และชาร์จพลังงานผ่านโครงข่ายไฟฟา้ เหนือหัว
ระดับไฟฟา้ กระแสสลับระดับแรงดัน 20 กิโลโวลต์ ความถี่
50 เฮริ ์ตซ โดยใช้วิ่งในทางที่ไม่มีโครงข่ายไฟฟา้ ในเส้นทาง
Oga ในจังหวัดอะกิตะ (Akita) ระยะทาง 26.6 กิโลเมตร
วิ่งด้วยความเร็ว 110 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในช่วงที่รับ
พลังงานไฟฟา้ จากสายส่งไฟฟา้ เหนือหัว และวิ่งด้วย
ความเร็ว 85 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในช่วงวิ่งด้วยพลังงาน
แบตเตอรี่ (7)

รปู ที่ 9 : รถไฟพลังงานแบตเตอร่รี นุ่ EV-E801

13 รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

Vivarail บริษัทผลติ รถไฟสญั ชาตอิ งั กฤษ
รถไฟรุ่น 230 ของ Vivarail บริษัทผลิตรถไฟสัญชาติอังกฤษ
สามารถผลติ รถไฟพลงั งานแบตเตอรีท่ ีว่ ิ่งได้ประมาณ 100 ไมล์
(160.93 กิโลเมตร) ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง โดยที่ตัวรถไฟ
จะตดิ ตั้งแผงแบตเตอรีล่ ิเธียมไอออน จานวน 4 แผง รวมขนาด
แบตเตอรี่ทั้งหมด 106 kWh แต่ละแผงประกอบด้วยแบตเตอรี่
ลิเธียมแรงดัน 24 โวลต์จานวน 60 หน่วย และใช้เวลาชาร์จ
ประมาณ 10 นาทีต่อครั้ง โดยชาร์จผ่านสายส่งไฟฟา้ เหนือหัว
ระดับแรงดัน 25 กิโลโวลต์ (8)

รูปที่ 10 : รถไฟพลงั งานแบตเตอรร่ี ่นุ 230 ของบริษทั Vivarail

รถไฟพลงั งานแบตเตอร่ี (Battery electric multiple unit: BEMU) 14

มณฑลเอสเซกซ์ (Essex) ประเทศองั กฤษ

ในปี 2015 รถไฟรุน่ 379 Electrostar ได้ติดตงั้ แบตเตอรี่
ลิเธียมไอออนเพิ่มเข้าไป และเริ่มใช้วิ่งในเส้น Mayflower
ในมณฑลเอสเซกซ์ (Essex) ประเทศอังกฤษ โดยรถไฟ
สามารถวิง่ ได้ระยะทาง 97 กิโลเมตร ต่อการชาร์จแบตเตอรี่
หนึ่งรอบ โดยแบตเตอรี่จะทาการชาร์จผ่านโครงข่ายไฟฟา้
เหนือหัวในช่วงที่มีโครงข่ายและที่สถานี รวมถึงผ่าน

(9)

การเบรกโดยจ่ายพลงั งานคนื (Regenerative Braking)

รูปท่ี 11 : รถไฟรุ่น 379 Electrostar ท่ตี ดิ ตง้ั แบตเตอรี่เพิ่ม

15 รถไฟพลงั งานแบตเตอร่ี (Battery electric multiple unit: BEMU)

สหพันธรฐั ออสเตรยี
ก า ร ร ถ ไ ฟ ส ห พั น ธ รั ฐ อ อ ส เ ต รี ย ร่ ว ม กั บ บ ริ ษั ท Siemens
Mobility ได้พัฒนารถไฟพลังงานแบตเตอรี่ โดยใช้ต้นแบบจาก
Siemens Desiro ซึ่งใช้ชื่อว่า cityjet eco ซึ่งรถไฟพลังงาน
แบตเตอรี่นี้สามารถใช้พลังงานทั้งจากแบตเตอรี่และสายส่ง
ไฟฟา้ เหนือหัวได้ โดยติดตั้งแบตเตอรี่ขนาด 580 kWh หากใช้
แคพ่ ลังงานจากแบตเตอรี่จะสามารถวิง่ ได้ระยะทางประมาณ 80
กิโลเมตร ความเร็วสูงสุด 100 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยรถไฟ
พลังงานแบตเตอรี่ลูกผสมนี้จะถูกนาไปใช้ในโครงข่ายรถไฟ
ทยี่ ังไม่ไดเ้ ป็นโครงขา่ ยไฟฟา้ เหนอื หัวทัง้ เส้นทาง(10)

รปู ท่ี 12 : รถไฟพลังงานแบตเตอรีร่ นุ่ cityjet eco
ที่ใช้ในประเทศออสเตรยี

รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU) 16

ประเทศเยอรมนี

ในประเทศเยอรมนี มี การใช้ รถไฟพลั งงานแบตเตอรี่ /
พลังงานไฟฟา้ รุ่น Siemens Mireo Plus B ในเส้นทาง
ที่ยังไม่มีโครงข่ายไฟฟา้ เหนือหัวครบทั้งเส้นทาง เช่น
จากออฟเฟนิ บูร์ก (Offenburg) ไปที่ อาร์เคิน (Achern)
รถไฟรุ่นนี้สามารถรับไฟจากโครงข่ายไฟฟา้ เหนือหัว หรือใช้
พลังงานแบตเตอรี่ในการขับเคลื่อนอย่างเดียวได้ โดยหาก
วิ่ งด้ วยพลั งงานจากแบตเตอรี่ อย่ างเดี ยวจะวิ่ งได้
ระยะทางประมาณ 80 กโิ ลเมตร (11)

รปู ท่ี 13 : รถไฟพลงั งานแบตเตอร่ีรนุ่ Siemens Mireo Plus B
ทใ่ี ชใ้ นประเทศเยอรมนั

17 รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

รถไฟรุน่ Talent 3 ของ Bombardier
รถไฟรุ่น Talent 3 ของ Bombardier ได้ติดตัง้ แบตเตอรี่
ลิเธียมไอออนเพิ่มเข้าไปบนหลังคาของรถไฟ โดยสามารถ
ชาร์จแบตเตอรี่ผ่านสายส่งไฟฟา้ เหนือหัว นอกจากนั้น
ยังสามารถชาร์จที่สถานีหรือผ่านการเบรกโดยจ่ายพลังงาน
คืน (Regenerative Braking) แบตเตอรี่ที่ติดตั้งรองรับ
การชาร์จอย่างรวดเร็วทาให้สามารถชาร์จจนเต็มได้ในเวลา
7 ถึง 10 นาที รถไฟสามารถวิ่งด้วยความเร็วสูงสุด 140
กิโลเมตรต่อชั่วโมง เป็นระยะทาง 100 กิโลเมตร ด้วยพลังงาน
จากแบตเตอรีเ่ พียงอยา่ งเดียว (12)

รูปที่ 14 : รถไฟรุน่ Talent 3 ที่ตดิ ตง้ั แบตเตอร่เี พ่ิม

รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU) 18

ในการลงทนุ รถไฟพลงั งานแบตเตอรจี่ ะมี 2 ทางเลอื ก

1 การซือ้ รถใหม่ทมี่ ีระบบแบตเตอรีต่ ิดตั้งในตัว

2 การปรับปรงุ จากรถไฟหรือรถดีเซลรางให้เป็นรถไฟพลังงาน

แบตเตอรี่

โดยหากเป็นการปรับปรงุ จากรถไฟหรือรถดีเซลราง
จะมีต้นทนุ ทีส่ ามารถคานวณได้ ดงั สมการ

19 รถไฟพลงั งานแบตเตอร่ี (Battery electric multiple unit: BEMU)

ในสว่ นของค่าใชจ้ ่ายในการเดินรถ รถไฟพลังงานแบตเตอรี่จะมีค่า

ไฟฟา้ ที่ใช้ในการประจุแบตเตอรี่ ซึ่งมีค่าใช้จ่ายในการเดินรถใกล้เคียง
กับค่าใช้จ่ายในการเดินรถไฟ โดยสามารถคานวณค่าไฟฟา้ ที่ใช้ในการ
ชารจ์ ประจไุ ด้ดงั สมการ

ในส่วนของคา่ ใชจ้ า่ ยในการซอ่ มบารุง รถไฟพลังงานแบตเตอรี่

จะต้อง มีกา รเปลี่ย นแบตเตอรี่ใ ห ม่ทุกๆ 10–15 ปี จากกา ร
เสอื่ มสภาพของตัวแบตเตอรเี่ อง (13)

รถไฟพลงั งานแบตเตอร่ี (Battery electric multiple unit: BEMU) 20

บทวิเคราะห์

รถไฟพลังงานแบตเตอรี่ เป็นรถไฟประเภทหนึ่งที่สามารถ

น า ม า ใ ช้ เ ดิ น ร ถ ข น ส่ ง ผู้ โ ด ย ส า ร ใ น เ มื อ ง แ ล ะ ร ะ ห ว่ า ง เ มื อ ง
ที่ระยะไม่ไกลมาก หรือใช้ในเส้นทางที่มีโครงข่ายจ่ายพลังงาน
ไฟฟา้ ยังไม่ครบถ้วนทั้งเส้นทาง ซึ่งข้อจากัดของการใช้งาน
รถไฟพลังงานแบตเตอรี่ จะขึ้นอยู่กับข้อจากัดความหนาแน่น
ของพลังงานแบตเตอรี่ ทาให้มีข้อจากัดในเรื่องของระยะทาง
ที่รถไฟพลังงานแบตเตอรี่สามารถวิ่งได้ และราคาแบตเตอรี่ที่
ยังมีราคาสูงอยู่ในปั จจุบัน ดังนั้นในอนาคตที่การพั ฒนา
เทคโนโลยีด้านแบตเตอรีม่ ีความก้าวหน้า มีน้าหนักที่ลดลง และ
ร า ค า ที่ ถู ก ล ง ร ถ ไ ฟ พ ลั ง ง า น แ บ ต เ ต อ รี่ จ ะ เ ป็ น ร ถ ไ ฟ ที่ มี
ประสิทธภิ าพและค้มุ ค่ามากทสี่ ดุ ประเภทหนงึ่

รถไฟพลงั งานแบตเตอรี่ (Battery electric multiple unit: BEMU)

เอกสารอ้างองิ

[1] Mwambeleko J. J., Kulworawanichpong T. Battery electric multiple units to replace
dieselcommuter trains serving short and idle routes. Journal of Energy Storage, vol. 11, 2017,
pp. 7-15.
[2] https://www.railjournal.com/in_depth/battery-train-energises-race-to-replace-diesel
[3] Jernbanedirektoratet (2019b). "NULLFIB: Final report."
[4] https://www.posttoday.com/economy/news/458237
[5] https://electrek.co/2020/07/03/egeb-japan-bullet-train-li-ion-battery-self-propulsion-system-
chargeup-europe/
[6] https://tokyorailwaylabyrinth.blogspot.com/2014/06/battery-mode-operation-of-ev-e301-
series.html
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/BEC819_series
[8] https://www.railmagazine.com/news/network/vivarail-targets-summer-running-for-new-battery-
unit
[9] https://www.railtechnologymagazine.com/Rail-News/prototype-battery-powered-ipemu-carries-
passengers-for-first-time
[10] https://www.railjournal.com/fleet/obb-battery-electric-train-to-carry-passengers-next-month/
[11] https://press.siemens.com/global/en/pressrelease/siemens-mobility-receives-first-order-
battery-powered-trains
[12] https://www.railway-technology.com/projects/bombardier-talent-3-battery-train/
[13] https://www.nrel.gov/transportation/battery-lifespan.html

กรมการขนสง่ ทางราง

กระทรวงคมนาคม

กรมการขนสง่ ทางรางใส่ใจ

เพ่ือความสุขและความปลอดภัย ในการเดินทางระบบรางของไทย