Strona główna » transport » Wymyślamy kolej na nowo

Wymyślamy kolej na nowo

Archiwum

Kolej żelazna jest bardzo dobrą rzeczą. O ile zrozumie się jej zalety i ograniczenia. Co ważniejsze, nie wady i ograniczenia jakie miała kolej w dziewiętnastym wieku, a dzisiejsze.

Infrastrukturę kolejową buduje się przez dziesiątki lat. To ma swoje konsekwencje, bardzo poważne. Przede wszystkim tak wielkie inwestycje planuje sie i projektuje z zamiarem korzystania przez dziesiątki lat, co oznacza, że robi się to w bardzo konserwatywny sposób. Kiedy wydaje sie dziesiątki miliardów to nie ma miejsca na szalone eksperymenty.

Do tego dochodzi drugi czynnik. Aby korzystanie z infrastruktury i sprzętu było tanie, to  musi ona działać nie miesiace, a dziesieciolecia. Lokomotywy, zwłaszcza elektryczne, są budowane w taki sposób, aby pracowały po kilkadziesiąt lat, i to robią.

Dlatego to, co dziś widzimy, jest w dużej częście efektem dyskusji i planów z dziewiętnastego wieku. Od tego czasu nastąpiło kilka doniosłych wydarzeń w transporcie i technologii, które mają olbrzymi wpływ na współczesną logistykę. Było to upowszechnienie samolotów, ciężarówek i samochodów, wynalazek transportu kontenerowego i jako ostatnie, wynalazek silników elektrycznych prądu stałego o zmiennych obrotach (czyli tak naprawdę nowoczesnych inwerterów i połączeniu ich z niezawodnymi silnikami trójfazowymi) i inne tego typu rzeczy.

W dziewiętnastym wieku jedyną alternatywą dla kolei był transport wodny. Tam gdzie nie było portów, rzek czy kanałów, nie było też żadnych porównywalnych kosztami i wydajnością alternatyw transportowych. Samochód zmienił wszystko. Kolej straciła monopol, a razem z tym zainteresowanie banksterów i oligarchów.

Dziś kolej może być znakomitym środkiem transportu, jeśli przyjmie się do wiadomości jej ograniczenia. Nie ma żadnej praktycznej możliwości doprowadzenia współczesnej, drogiej w budowie i utrzymaniu kolei do każdego odbiorcy. Poza towarami masowymi praktyczne możliwości zwiększenia udziału kolei w transporcie sprowadzaja się do transportu kontenerów i całych pojazdów (samochodów lub naczep). Co oznacza, że odległość od terminalu kontenerowego do odbiorcy rzędu kilkudziesięciu kilometrów nie jest żadnym problemem, a wręcz koniecznością dla zapewnienia odpowiedniego obłożenia samej linii kolejowej.

Najprostsza konsekwencja tego oznacza, że boczne linie kolejowe nie są i w przewidywalnej przyszłości nie będą służyły do transportu towarów. To oznacza, że jeśli mają istnieć i do czegoś służyć, to zasadniczo dla transportu pasażerskiego. Ewentualnie bardzo ograniczonego transportu towarów, co najwyżej nieco uzupełniającego główny system. Czyli od strony logistyki- pełnić rolę taką jak koleje wąskotorowe przed upowszechnieniem samochodów. Aby było jasne- nie widzę ani potrzeby, ani sensu w budowie takich lekkich lini z rozstawem torów innym niż standardowy (ew. zwykły w danym regionie), czyli nie mówimy o wąskotorówkach, a liniach normalnotorowych, choć fizycznie odgrodzonych (np. szlabanem) od ciężkiej kolei i używających innego taboru.

Zacznijmy od minimalnych wymogów dla takiej bocznej trasy kolejowej dla transportu towarów. Jeśli oczekalibysmy pewnej funkcjonalności towarowej. To oznacza wymogi jak najtańszej konstrukcji linii, dla budowy samej linii i bocznic. Oraz możliwości przejazdu taką linią krótkiego pociagu kontenerowego.

To ostatnie jest konkretem i punktem wyjścia. Oznacza maksymalną masę pojedynczego wagonu zbliżona do maksymalnej masy samochodowej naczepy z kontenerem. To jest około 36 ton (DMC pojazdu drogowego = 44 tony, minus masa ciągnika). Dla krótkiego pociągu wytrzymałość konstrukcji wagonów może być taka jak naczepy samochodowej, więc możemy się tego trzymać.  Dwuosiowe wagony dla takiej DMC nie mają żadnego sensu, bo oznaczałoby to prawie taki sam nacisk na oś jak w tradycyjnej kolei i żadne oszczędności. Czteroosiowy wagon oznaczałby nacisk na oś 9 ton, a sześcioosiowy- niecałych 6 ton. Ta ostatnia liczba to jest wartość posunięta do prawie absurdalnego minimum z dziewiętnastowiecznego punktu widzenia. Ale mamy wiek dwudziesty pierwszy. Boczne linie, jeśli mają do czegoś służyć, muszą być jak najtańsze.  Zmiejszanie nacisku na oś oznacza dla tej samej ilości ładunku zwiększanie liczby osi. Co oznacza zwiększanie kosztów eksploatacji oraz brak kompatybilności z główną siecią kolejową. Co oznacza, że albo to wszystko nie bedzie mieć sensu, albo te koszty eksploatacji muszą zostać obniżone gdzie indziej. A to oznacza elektryfikację. Co znakomicie pasuje do ogólnego schematu odejścia od paliw kopalnych. A przy okazji, jeśli przyjjmniemy, że boczne linie i główne mogą mieć zupełnie różne standardy nacisku na oś i skrajnie to zwiększenie tych parametrów wyłącznie na głównych liniach bedzie dużo tańsze.

Mamy w takim razie boczne linie kolejowe, które są takie jak dzisiejsze, lub moga być zbudowane na nowo, łącząc stacje „prawdziwej” kolei z mniejszymi ośrodkami oraz kolejowe miejsca przeładunku kontenerów bezpośrednio z odbiorcami. Przynajmniej jeśli transport towarów takimi liniami będzie mieć jakikolwiek sens. Na dziś nie ma. Ale warto, aby wymyślając kolej od nowa myśleć także o tym. Dzisiejszy, bardzo mocny trend powrotu drobnicy na tory, zarówno w USA, jak też Europie z pewnością w końcu by zagospodarował taką możliwość. Dokładnie tak samo, jak dawne sieci wąskotorowe, dziś kolej tego typu może transportować również towary rolne i leśne do silosów/punktów przeładunkowych, etc. Obecnie wydaje sie to kompletnie absurdalne, ale słowo klucz brzmi: koszt infrastruktury.

Nacisk na oś rzędu 6 ton oznacza konstrukcję klasy i jaksci porównywalnej z utwardzeniem wiejskiej drogi w czasach PRL. Teoretycznie dopuszczalny nacisk wynosił 8 ton, praktycznie droga nie wytrzymywała nawet tego. 6 ton wytrzyma każda droga zbudowana z jakąkolwiek ilością podsypki z czegokolwiek pod torami. Nawet z rozbitych sedesów. Do tego są potrzebne podkłady i szyny. Dla nacisku 6 ton na oś potrzeba szyn o wadze 12 kg/m, czyli dokładnie 20% wagi standardowych i taki sam odsetek ceny.

Jeśli mówimy o bocznej linii kolejowej, przede wszystkim dla ruchu pasażerskiego, to większość pojazdów stanowiłyby elektryczne zespoły trakcyjne, a dokładniej rzecz ujmując wyroby tramajopodobne. Co ma nastepną konsekwencję- to nie siła pociągowa lokomotywy ograniczałaby wielkość pociągu, czyli tak naprawdę nachylenie torów nie miałoby znaczenia. Limitem nachylenia stałaby się granica tarcia stalowych kół o stalowe szyny, czyli przy napędzaniu wszystkich osi ok. 10%. To oznacza drastycznie mniejszą ilośc robót ziemnych. A właściwie prawie kompletne ich pominięcie poza terenami górskimi.

W takim razie dla pełni koncepcji pozostaje elektryfikacja. Metoda jest jedna- pytanie jak można zrobić to najtaniej jak sie tylko da i czy przypadkiem nie można jeszcze obniżyć kosztów. Standardem w sieciach tramwajowych i trolejbusowych jest dziś 750 v (kiedyś było 600 v) prądu stałego. Jest to najwyższe napiecie przy którym jeszcze można używać najtańszych izolatorów i przewodów certyfikowanych do napięć poniżej 1000v. I nie ma co wymyślac prochu, to jest OK. Zabawa zaczyna się dalej. W większości sieci tramwajowe, a tym bardziej elektryfikacja kolejowa 750v DC zasilane są z seicie energetycznej średniego napięcia, co wymaga transformatorów, odpowiedniego uziemnienia i po prostu kosztuje. Niemało, a problem z tak niskim (jak na kolej) napięciem polega na sporych stratach transmisyjnych. Więc stacje zasilające muszą być dość gęsto i być jak najintensywniej wykorzystywane. Co nas prowadzi do miejskiej sieci tramwajowej, a nie do lekkiej kolei wiejskiej.

Szczęśliwie problem zasilania też da sie rozwiązać. Po prostu zrobić podstacje zasilające podłączone do sieci niskiego napięcia. Ma to bardzo poważną zaletę, czyli cenę. W Portland (Portland Streetcar), gdzie zrobiono to właśnie w taki sposób, podstacje kosztowały po ok 10 tys. USD sztuka, w porównaniu do ponad 500 tys USD za zasilanie z sieci średniego napiecia. Uwzględniając różnicę w jakości samej sieci energetycznej i kosztach pracy oraz regulacjach, w Europie cena mogłaby być nawet o połowę niższa.

Pewien problem stanowi to, że sieć niskiego napięcia nie służy do przenoszenia mocy, jakich zwykle potrzebują pojazdy. Pewnie dlatego zwykle jej się do tego celu nie używa. Możemy przyjąc, że, zwłaszcza na terenach wiejskich, moc takiej stacji zasilającej nie będzie mogła przekroczyć 100, może 150 kW. Jest to ilość dość żałosna. Ale rozwiązaniem jest znów dołożenie do starego pomysłu odrobiny nowoczesnej technologii. Pojazdom szynowym moc jest tak naprawdę potrzebna przy ruszaniu i przyspieszaniu, a w czasie jazdy bardzo niewiele. Charakterystyka zużycia całkiem idealna do dołożenia w pojeździe szafy superkondensatorów. Które zresztą można kupić. Gotowe do podłączenia i postawienia w trolejbusie lub tramwaju. Dostarczają dodatkowej energii w trakcie przyspieszania i ładują się, kiedy pojazd zużywa jej mniej. Przy okazji to rozwiązanie świetnie zmniejsza skoki zapotrzebowania, więc i napięcia, jakie w wiejskiej sieci powodowałyby podstacje zasilające. Kondesatorów wcale nie potrzeba zbyt dużo, jedynie tyle, aby uzupełnić energię potrzebną do jednorazowego rozpędzenia pojazdu ponad to, co można pobrać z sieci. To nie ma służyć do zasilania tysiąctonowego składu z gniazdka w sklepie GS, tylko do zapewnienia minimalnego praktycznego zasilania. Takie połaczenie powinno zdać egazmin, dopóki mówimy o maksymalne masie rzędu 20-40 ton i predkościach max. co najwyżej w okolicach 100 km/h. Tak lekkie pojazdu muszą być fizycznie oddzielone od normalnej sieci kolejowej, a prędkość dla ruchu lokalnego jest raczej wystarczająca. Składy towarowe musiałby mieć po prostu gorsze przyspieszenia, mniejsza prędkość maksymalną i/lub większe baterie superkondesatorów wsparte bateriami. Zresztą baterie i tak byłyby konieczne ze względu bocznice ładunkowe (po co je elektryfikować?).

Cały czas lekkie pojazdy tramwajopodobne mogą zostać zaprojektowane i wyposażone dodatkowo w systemy łączności i bezpieczeństwa wymagane na „prawdziwej” kolei i część swojej trasy pokonywać po torach współuzytkowanych z dzsiejszymi tradycyjnymi pociągami. To jest system znany i całkiem powszechnie stosowany w niektórych regionach Niemiec. Przynajmniej teraz, w czasach inwerterów gdy różnica standardów elektryfikacji ma nie ma wielkiego znaczenia.

Można też pomysł rozwinąć bardziej i od razu zakładać, że do przyspieszania zasadniczo służą kondensatory, a trakcja bardziej je ładuje niż dostarcza prądu potrzebnego do pracy silników z maksymalną mocą. W ten sposób schodzimy w okolice 30- 50 kW potrzebnej mocy podstacji i możemy ja zasilać z gniazdka w sklepie GS, a co ważniejsze, podstacje rozmieścić nawet co 10 km ciągle mieszcząc się w rozsądnych granicach spadku napięcia.

Kwestia kabli i trakcji. Cóż, o ile się orientuję, najtańsze dostępne mają przekrój 80 mm2, a najprostszym i najtańszym sposobem ich zawieszenia jest pojedynczy przewód, bez podwieszenia i drugiego przewodu zasilającego, podobnie jak wygląda to w sieci trolejbusowej. Zalety- taniej się nie da. Wady? Są. Po pierwsze zaledwie 80 mm2 przekroju całego przewodu*, a po drugie zawieszenie przewodu w taki sposób ogranicza prędkość do około 80 km/h. To już niekoniecznie musi być akceptowalne na wszystkich liniach, ale jeśli mówimy o naprawdę lokalnych szlakach, zdecydowanie mieści się w granicach rozsądku. Nawet w rozpieszczonej jakością swojej infrastruktury Europie. Na te same 10 km potrzeba by było zaledwie 8 ton miedzianego przewodu i zapewne słupów co 50 m.

Kolejną kwestią jest wysokość przewodów trakcyjnych. Mamy tu ograniczenia wysokości przejazdów kolejowych, ale z drugiej strony same pojazdy pasażerskie można, a nawet należy solidnie obniżyć. Należy, bo lepiej wsiadać bez stopni, a niskie perony są tańsze od wysokich. Niżej zawieszona sieć trakcyjna to niższa potrzebna wytrzymałość słupów na wiatr, etc. Kolejne oszczędności. Jak już przycięło się wszystkie koszty, może i tu trochę zaoszczędzić? Maksymalna dozwolona wysokość ciężarówek to 4 m, sieć trakcyjna wystarczy aby była 0,5 m wyżej. Ewentualnie, skoro już mamy w pojazdach superkondensatory, to może przejazdy kolejowe byłyby bez sieci trakcyjnej, a na reszcie linii mogłaby ona być jeszcze niżej? Nawet poniżej 4 m? Wystarczy, że zmieścimy pod nią kontener.

Takie podejście daje nam bardzo przyzwoity transport za bardzo umiarkowaną cenę. W jakimś przybliżeniu możemy szacować koszt nowej linii na okolice kosztów budowy wiejskiej drogi asfaltowej, a dla samej elektryfikacji pokusiłbym się o twierdzenie, że taniej się nie da i te koszty wyniosą maksymalnie 1/4- 1/3 najniższych możliwych kosztów elektryfikacji dzisiejszej sieci tramwajowej. A tak konkretnie to sądzę, że przy cenie 50 tys. USD za kilometr jeszcze da się na tym dobrze zarobić, choć przy dzisiejszym, standardowym myśleniu wydawałby się to niemożliwe.

*spadek napięcia przy przewodzie 80 mm2 i mocy podstacji 100 kW to 12,1% na kilometr, a przy 150 kW- 18,25%. O tyle mniejsza ilośc energii dotrze do pojazdu. Przy 30 kW to 3,65%.

Reklamy

7 Komentarzy

  1. Migrant Worker pisze:

    Maczeto, a orientujesz się też ile kosztowałoby utrzymanie takiej lekkiej kolei? Wiedząc to możnaby się już pokusić o policzenie, ilu stałych klientów musi mieć żeby była w stanie na siebie zarobić.

    MigrantWorker

  2. Pierwsze- ilekolwiek by nie kosztowało, na dziś będzie droższe niż autobus. Z jednego powodu- przewoźnicy kolejowi płacą całość na utrzymanie torów, drogowi znikomą część.
    Drugie- jesli mówimy o liniach zbudowanych dla prawdziwej kolei, nawet z szynami lżejszymi i z 19 w., to pojazd o nacisku na oś 6 t takiej linii nie zużyje. Nigdy. Za to wyrośnie mniej zielska niż na kompletnie nieużywanej.
    Więc twoje pytanie jest nie dokońca dobrze zadane. Odpowiedź brzmi- w skali gospodarki opłaca sie zawsze, bo jak infrastruktura jest, to kosztuje tyle co przejazd pojazdu, a zawsze jakieś paliwa płynne zaoszczędzi. W skali indywidualnego biznesu nie opłaca się i opłacać nie będzie bez odgórnie narzuconego schematu transportu. Albo opodatkowania transportu drogowego na całość kosztów. Jak w Szwajcarii.
    Naprawdę to wszystko polega na przyjęciu takiego, a nie innego systemu rozliczania i wzajemnego dotowania.
    Jak patrzymy na same koszty, to możemy przyjąć powiedzmy równowartość jednego przejazdu technicznego dziennie oraz trwałosć infrastruktury 30-50 lat, czyli 1,5-2% kosztów infrastruktury jako roczny koszt. To się mieści w granicach rozsądku.

  3. Migrant Worker pisze:

    Z takimi liczbami można już coś policzyć.

    Jako roboczy przykład weźmy miasto liczące 50000 mieszkańców, i położoną obok niego w odległości 5 km wieś, liczącą mieszkańców 2000.

    Zbudowanie linii lekkiej kolei między tymi miejscowościami to koszt – dla równych rachunków – miliona złotych. Roczny koszt utrzymania takiej linii to około 2-3 tysięcy złotych. W zasadzie będzie to jeden tor, po którym tam i z powrotem jeździ jeden skład. Skład kosztuje – strzelam – pół miliona? – i wiąże się z własnymi kosztami utrzymania rzędu 1-2 tysięcy zł rocznie.

    Podróż nie zajmie więcej niż 15 minut, więc z przystanku końcowego skład może odjeżdżać 2 razy na godzinę. Skład dysponujący 100 miejscami przewiezie w ten sposób do 200 pasażerów w ciągu godziny, co uważam za ilość wystarczającą – w końcu to 10% mieszkańców wsi. Można też te 200 osób przyjąć za liczbę stałych klientów.

    Po stronie kosztów trzeba jeszcze doliczyć motorniczego (pensja: 60 tys. zł brutto rocznie) i 150-200 tys. kWh prądu rocznie (kolejne 60 tys. zł, gdyby kupować z sieci). Więc koszt to półtora miliona na początek, i potem 125 tys. zł rocznie.

    I to już jest interesujące, bo tych 200 stałych klientów kupując bilety miesięczne za 75 zł (czyli 900 zł rocznie) da przychód 180 tys. zł. A to spokojnie pokryje koszty eksploatacji, i nawet koszt samej inwestycji ma szansę się zwrócić.

    Czy niczego nie pominąłem?

  4. W tym momencie pojawia się pytanie- czy taka mała linia ma być kompletnie odrębną rzecza, bo wtedy dochodzi czapa administracji, jakieś koszty własne spółki i inne takie.
    Przy takich założeniach mówimy o przebiegach rzędu 50-70 tys. km rocznie. 150-200 MWh to jak zużycie współczesnego tramwaju w miescie. Znacznie mniejszy pojazd na podmiejskiej trasie ma szansę zużyć połowę tego. Ale w tej uproszczonej wersji- tak, o takim rzędzie wielkości mówimy

  5. Piosk pisze:

    napewno pominąłeś koszt energii do napędu pociągu jeżdżącego na pusto tam i spowrotem

  6. Piosk pisze:

    Maczeto jeśli chodzi o minimalną ilośc energi potrzebną do jazdy ze stałą prędkością to chciałem Ci przypmnieć taki wzór P=V*F
    odpowiedznio moc, prędkość i siła.

  7. I co z tego wynika? Bo mi się wydaje, że bez analizy siły dokładnie nic. A dla stałej prędkości to po prostu są opory toczenia, ośrodka i grawitacji. Każdy z nich jest dla kolei mały w porównaniu do transportu drogowego.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: