České železnice a spotřeba energií

I přes prudký rozvoj automobilismu si železnice stále udržuje významné postavení na dopravním trhu. V současné době zajišťuje 22,8 % přepravy zboží a cca 31,6 % hromadné přepravy osob (bez městské hromadné dopravy) s tím, že bude snaha tento podíl na trhu ještě zvýšit. Je předpoklad, že význam železnice se bude z hlediska ekologie, úspory energie, spolehlivosti a bezpečnosti i nadále zvyšovat. Význam železnice si uvědomila i Evropská komise, která na podporu tohoto dopravního systému vydala řadu dokumentů a snaží se rozvoj železnice podporovat i finančně.

Při porovnávání železniční a silniční dopravy je třeba vyzdvihnout aspekt spolehlivosti a bezpečnosti železnice. Ze srovnání železniční a silniční dopravy za rok 2006 vyplývají následující statistické údaje. Nehodových událostí, kdy u drážní dopravy budeme uvažovat pouze podíl celostátní a regionální dráhy, počet nepřevyšuje 2500 nehod za rok, silniční doprava vykazuje v průměru přes 15 000 nehodových událostí. Počet usmrcených osob se v drážní dopravě pohybuje kolem hranice 250, a to naprostou většinu představují následky střetnutí na přejezdech bez zavinění železnice, zatímco v dopravě silniční došlo k usmrcení 956 osob.

Velké přednosti má železnice také v oblasti ekologie. Železniční doprava vychází nejlépe v porovnání se silniční a leteckou dopravou co do emisí škodlivin, a to jak v osobní, tak i nákladní dopravě. Např. emise CO2 u železniční osobní dopravy představuje 43 % hodnoty emitované silniční dopravou a u nákladní železniční dopravy je to pak jen 0,2 % ve srovnání s dopravou silniční.

Ve svém příspěvku bych se však chtěl zaměřit především na problematiku železnice jako největšího spotřebitele energie v republice.

Železnice a energetika

Železniční síť České republiky představuje 9496 km tratí, z toho je 1851 km (19,5 %) tratí dvou- a vícekolejných, 3041 km (32,0 %) je elektrizovaných.

Specifikem nejen České republiky je existence dvou napájecích trakčních systémů, stejnosměrného 3 kV a střídavého 25 kV/50 Hz, který je ale odlišný od střídavého systému u našich sousedů v Německu a Rakousku, kde je 15 kV, 16 2/3 Hz. Pro dopravce tato skutečnost představuje nezbytnost používání dvousystémových hnacích vozidel (AC/DC) pro provoz na tratích, kde jsou oba systémy – střídavý i stejnosměrný a třísystémových pro mezinárodní provoz do Německa a Rakouska.

Železnice je energeticky úsporná

Železniční doprava je vzhledem k přepravnímu výkonu energeticky nejvýhodnější, neboť valivý odpor ocelového kola po ocelové kolejnici je výrazně menší než valivý odpor pneumatiky po asfaltu. Rovněž aerodynamický odpor vlaku je ve srovnání se silniční dopravou nižší.

Pro provoz využívá železniční doprava v nezávislé trakci motorovou naftu a v závislé trakci elektrickou energii.

Záměry železnice v energetice

Skupina České dráhy (ČD) jako národní a zároveň největší železniční dopravce ČR chce ve svém dalším rozvoji pokračovat cestou zvyšování podílu dopravy v elektrické trakci jak podporou elektrizace dalších tratí, tak cestou modernizace vozidlového parku při racionalizaci jeho provozu.

Jak ekonomické, tak i ekologické výhody provozu na elektrizovaných tratích se projevují na straně vlastníka infrastruktury i na straně dopravce. Oba mají zájem a prosazují rozvoj elektrické trakce a tím zvyšování podílu dopravy v elektrické trakci. Další rozvoj je však třeba vzájemně koordinovat, aby se zájmy dopravců kryly anebo se alespoň velmi přiblížily se zájmy infrastruktury. Je třeba, aby výstavba elektrické trakce reagovala na požadavky trhu, to je na požadavky dopravců.

Při růstu podílu elektrizovaných tratí i výkonů v elektrické trakci je však nezbytné její spotřebu racionalizovat a optimalizovat. I zde pak je nezbytná spolupráce mezi správcem infrastruktury a dopravci, v našem případě mezi Správou železniční dopravní cesty, s. o. (SŽDC) a ČD.

Racionalizační projekty na úsporu energie

Protože cena energií neustále stoupá, jak ukazuje i následující tabulka, a promítnutí nárůstu těchto cen do cen za dopravu by znamenalo zhoršení konkurenceschopnosti železniční dopravy, je nutné jak na straně infrastruktury, tak zejména na straně dopravce přijmout a realizovat racionalizační projekty, které budou mít za cíl další snižování energetické náročnosti železniční dopravy, a to jak u elektrické trakce, tak u trakce nezávislé.

Vývoj cen trakční elektrické energie ukazuje následující tabulka:

	Kč/kWh	Meziroční nárůst ceny v %
Rok 2005	1,45	–
Rok 2006	1,59	9,7
Rok 2007	1,80	13,2
Rok 2008	2,19	21,7

Železniční doprava má v úsporách energií velký potenciál, a to hlavně v následujících oblastech:

Optimalizace jízdy vlaku, která se dá realizovat několika formami:

1. školením strojvedoucích např. využitím trenažeru (v ČR se zatím nepoužívá, ale několik projektů EU se touto otázkou zabývá a i ČD jsou v současné době členem konsorcia projektu, který bude Evropské komisi předložen začátkem května k posouzení),

2. jízdou podle doporučení optimalizátoru (dá se použít jen na dispečersky ovládaných ucelených úsecích tratě nebo v rovinatých zemích; optimalizátor je také řešen v rámci 6. Rámcového programu EU pro vědu a technologický rozvoj v projektu RailEnergy, kde jsou ČD zapojeny v roli experta),

3. naprosto automatickou jízdou vlaku za využití automatického vedení vlaku – AVV.

Nejúčinnější využití systému AVV je v příměstské dopravě, kde dochází k častým zastavením vlaku. Pro funkci tohoto systému se na straně infrastruktury využívají magnetické informační body – MIB, vozidla jsou pak vybavována řídicím počítačem.

V současné době je AVV nejvíce využíváno na jednotkách řady 471 na trati Praha–Přelouč, od konce března pak až do Pardubic, kdy úsek Přelouč–Pardubice byl realizován jako investice ČD s podporou Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie státního programu, Podprogramu 1 – Úspory energie v resortu dopravy. Následně bude účelné dokončit osazení MIB na trati Praha–Děčín a osadit trať Praha–Lysá nad Labem–Nymburk–Kolín. Také se předpokládá osazení MIB (v omezené variantě) na I. koridoru v úseku z Brna do Pardubic, neboť systém AVV byl v rámci montáže ETCS instalován na dvousystémovou rychlíkovou lokomotivu řady 362 a systémem AVV budou vybaveny i nové třísystémové lokomotivy řady 380.

Rekuperace elektrické energie

Výrazný potenciál železnice v úsporách trakční elektrické energie představuje využití rekuperace při brzdění.

Z hlediska technologie jízdy je možno rekuperaci rozdělit do dvou kategorií:

• rekuperační brzdění spádové,
• rekuperační brzdění zastavovací.

Při spádovém brzdění je udržována konstantní rychlost (traťová, stanovená apod.) při jízdě vlaku na urychlujícím spádu. Je-li urychlující síla působením spádu větší než vozidlový odpor vlaku, je možno v daném traťovém úseku využít pro rekuperaci část mechanické potenciální energie vlaku. Při zastavovacím brzdění na vodorovné trati je možno pro rekuperaci využít rovněž část mechanické kinetické energie vlaku.

Vzhledem k tomu, že technický stav trakčních napájecích stanic a elektrických hnacích vozidel nevyhovoval podmínkám rekuperace, nebyla, i s ohledem na technický stav energetiky státu, povolena. Elektrická energie vyprodukovaná při elektrodynamickém brzdění vlaku je tedy dosud mařena v brzdových odporech přeměnou na teplo. Proto jsme spolu se SŽDC začali tuto problematiku řešit a je naší snahou rekuperaci, či regeneraci energie, co nejdříve využívat.

Měření s jednotkou řady 471 na trati Praha–Kolín prokázala, že v průměru 30 % elektrické energie odebrané vlakem z troleje během rozjezdu, příp. udržování konstantní rychlosti, bylo při brzdění navráceno zpět do napájecí sítě.

Modernizace stávajících vozidel a v osobní dopravě přechod od souprav tažených lokomotivou k elektrickým nebo motorovým jednotkám.

U motorových lokomotiv a jednotek lze provádět tzv. remotorizaci, kdy se původní spalovací motor nahradí novým spalovacím motorem s menší spotřebou (o 8 % až 15 %) a také menšími emisemi škodlivin. Rekonstruovat se dá také přenos výkonu za účinnější (účinnost hydraulického přenosu je 75 %, elektrického 85 % a mechanického 95 %). U osobních vozů pak velké úspory přináší centralizace v zásobování energiemi, kdy je potřebné nahradit jednotlivé diskrétní zdroje centrálním zdrojem energie.

Modernizace na straně infrastruktury

V rámci programu racionalizace a snižování energetické náročnosti infrastruktury jsou prováděny modernizační kroky, při kterých dochází k výměnám starých nehospodárných technologií za technologie nové. Jde především o náhrady rtuťových usměrňovačů polovodičovými (křemíkovými), používání transformátorů s nižšími vlastními ztrátami, použití filtračně kompenzačních zařízení, použití výbojkových svítidel a rozvoj dispečerské řídicí techniky.

Kromě ekonomických přínosů ve spotřebě energie přinášejí tyto kroky i vyšší provozní spolehlivost, snížení prostorové náročnosti, energetickou optimalizaci, efektivní způsoby údržby, kvalitativně vyšší stupeň zajištění napájení zabezpečovací techniky a nové možnosti v řídicí technice, včetně ústředního dispečerského řízení provozu elektrické trakce.

Důležitými předpoklady pro elektrizaci vedlejších tratí je kromě zvyšujících se cen ropných produktů i snaha o zlevnění vlastní elektrizace zavedením tzv. lehké sestavy TV pro nižší rychlosti a s minimalizací výstavby nových napájecích stanic. To bude ovšem předpokládat použití lehkých elektrických jednotek pro osobní dopravu, tzv. tramvajového typu.

Všechny tyto modernizační kroky umožňují nejen dosažení energetických úspor, ale i další ekonomické přínosy, které mohou být v řadě případů i výraznější.

Zvyšování podílu elektrizovaných tratí

Modernizace infrastruktury představuje zvýšení kapacity tratí a také zvyšování podílu elektrizovaných tratí. Jak je již vpředu uvedeno, ČD podporují toto zvyšování a v souladu s ním budou také navyšovat počet vozidel elektrické trakce, ať již nákupem nových nebo modernizací stávajících kolejových vozidel.

Příprava a realizace dalších staveb elektrizace železniční sítě České republiky je v kompetenci Ministerstva dopravy ČR a SŽDC. Ve svém příspěvku chci jen uvést tratě (mimo stavby modernizací a optimalizací), u kterých by podle usnesení vlády České republiky č. 1064 ze dne 19. září 2007 o Harmonogramu výstavby dopravní infrastruktury v letech 2008 až 2013 mělo v tomto období dojít k jejich elektrizaci. Jedná se o následující tratě v celkové délce téměř 300 km:

Elektrizace a zkapacitnění trati Týniště n. Orlicí–Letohrad – 1. etapa, elektrizace trati včetně PEÚ Letohrad–Lichkov st. hr., České Budějovice–České Velenice – 1. etapa, Zábřeh–Šumperk, úseku vč. PEÚ Šatov–Znojmo, trati vč. PEÚ Otrokovice –Zlín–Vizovice, Lysá n. L.–Milovice, Klatovy–Železná Ruda a tratě vč. PEÚ Rapotice – Jihlava.

Předpokládám, že trend nárůstu délky elektrizovaných tratí v ČR bude pokračovat i po roce 2013. Vynaložené investice se vyplatí nejen české železnici.

ZDROJ:www.cd.cz, P.Žaluda,  kráceno