Demiryolu elektrifikasyon sistemi
Demiryolu elektrifikasyonu, trenlerin hareketini sağlamak için elektrik enerjisinin kullanılmasıdır. Elektrikli demiryollarında genellikle iki tür tren kullanılır: yolcu veya yük vagonlarını çeken elektrikli lokomotifler ve her vagonunda kendi motoru bulunan elektrikli çoklu üniteler (EMU). Bazen bu iki tip tren birlikte de kullanılabilir.
Elektrik enerjisi tipik olarak büyük ve verimli santrallerde üretildikten sonra demiryolu ağına iletilir ve buradan da trenlere dağıtılır. Bazı demiryolları kendi elektrik üretim ve iletim hatlarına sahip olsa da, çoğu elektriği genel elektrik şirketlerinden satın alır. Demiryolu şirketi ise genellikle kendi elektrik dağıtım hatlarını, şalterlerini ve transformatörlerini kurar. Hareket halindeki trenlere elektrik, ray boyunca uzanan sürekli bir elektrik hattı aracılığıyla sağlanır. Bu genellikle iki temel yöntemle gerçekleşir: rayların üzerinde direkler veya tünel tavanlarına asılı duran ve trenin üzerindeki pantograf adı verilen bir düzenekle temas eden havai hat sistemi ya da ray seviyesine monte edilmiş ve trenin altındaki kayıcı bir akım alıcısıyla temas eden üçüncü ray sistemi. Çoğu zaman hem havai hat hem de üçüncü ray sistemlerinde trenin kullandığı raylar elektriğin geri dönüş yolu olarak işlev görürken, bazı sistemlerde bu amaç için ayrı bir dördüncü ray kullanılır.
Dizel motorlu trenlere kıyaslandığında, elektrikli demiryolları önemli ölçüde daha yüksek enerji verimliliği, daha düşük emisyon seviyeleri ve daha ekonomik işletme maliyetleri sunar. Elektrikli lokomotifler genellikle dizel muadillerine göre daha sessiz, daha güçlü, daha hızlı tepki veren ve daha güvenilirdir. Ayrıca, bulundukları ortamda herhangi bir zararlı gaz salınımı yapmamaları, özellikle tüneller ve şehir içi bölgeler için büyük bir avantajdır. Bazı elektrikli tren sistemlerinde bulunan rejeneratif frenleme özelliği sayesinde, trenin hareket enerjisi tekrar elektriğe dönüştürülerek enerji sistemine geri verilir ve diğer trenler veya genel elektrik şebekesi tarafından kullanılabilir. Dizel lokomotifler petrol ürünleri yakarken, elektrik enerjisi yenilenebilir kaynaklar da dahil olmak üzere çeşitli kaynaklardan üretilebilir. Tarihsel olarak, kaynaklara bağımsızlık duyma arzusu da demiryolu hatlarının elektrikleştirilmesi kararında etkili olmuştur. Örneğin, denize kıyısı olmayan ve petrol ile kömür yatakları açısından fakir ancak hidroelektrik potansiyeli yüksek olan İsviçre, demiryolu ağını kısmen iki Dünya Savaşı sırasındaki enerji tedarik sorunlarına bir yanıt olarak elektrikleştirmiştir.
Elektrikli demiryollarının bazı dezavantajları da bulunmaktadır. Bunlar arasında, düşük trafik yoğunluğuna sahip hatlarda ekonomik olmayabilecek yüksek başlangıç yatırım maliyetleri, elektrikli trenlerin havai hatlara veya üçüncü raylara ihtiyaç duyması nedeniyle daha az esneklik ve elektrik kesintilerine karşı hassasiyet sayılabilir. Elektro-dizel lokomotifler ve elektro-dizel çoklu üniteler, elektrik kesintisi durumlarında veya elektrifikasyonu olmayan hatlarda dizel motorla çalışabilme özellikleriyle bu sorunları kısmen azaltmaktadır.
Farklı bölgelerde farklı elektrik besleme voltajları ve frekansları kullanılabildiğinden, kesintisiz uluslararası veya bölgeler arası seferler karmaşıklaşabilir ve lokomotiflerin daha gelişmiş güç sistemlerine sahip olması gerekebilir. Geçmişte, çift katlı vagon taşımacılığında havai hatlarla ilgili yükseklik sorunları yaşanırken, 2022 itibarıyla bu durum genel bir sorun olmaktan çıkmıştır. Hem Hindistan Demiryolları hem de Çin Demiryolları düzenli olarak havai hatların altında elektrikli çift katlı yük trenleri çalıştırmaktadır.
Son yıllarda demiryolu elektrifikasyonu sürekli olarak artış göstermiş olup, 2022 yılı itibarıyla dünya genelindeki toplam demiryolu hatlarının yaklaşık üçte biri elektrikli hatlardan oluşmaktadır.