Strona główna » finansowanie » Wymyślamy kolej na nowo, a dziś tylko kopiujemy

Wymyślamy kolej na nowo, a dziś tylko kopiujemy

Archiwum

Było o bocznych liniach kolejowych, gdzie rządził koszt inwestycji i minimalna rozsądna funkcjonalność, to czas przejść do głównych czyli magistral, które są szkieletem sieci, transportu i gospodarki a przynajmniej mogą być. Powinny, jeśli koszty transportu mają znaczenie dla gospodarki, a muszą być, jeśli oczekujemy szerokiej elektryfikacji transportu.

Magistrala kolejowa powinna służyć do efektywnego transportu towarów, ale także jako oś transportu pasażerów. Oba te zadania powinna wykonywać w sposób jak najtańszy i jak najefektywniejszy, aby być podstawowym środkiem transportu na swojej trasie i rozwozić ludzi i towary pomiędzy najważniejszymi miejscami odbioru/przeładunku/przesiadki. A dlaczego nie wszędzie? Z bardzo prostego powodu: albo kolej będzie tania w budowie, albo dobra. Jak ma być dobra, to nikogo i nigdzie nie będzie stać na utrzymanie sieci docierającej w każde miejsce.

Ta zależność jest zupełnie prosta. Większy nacisk na oś oznacza mniejsze koszty eksploatacji wagonów i lokomotyw w stosunku do przewiezionych towarów, ale potrzeba cięższych szyn, więcej podkładów i mostów o większym dopuszczalnym obciążeniu. To wszystko kosztuje. Tak samo jak kosztują roboty ziemne, aby przebieg trasy był możliwie płaski oraz łuki miały wystarczająco duże promienie. Na tym wszystkim można oszczędzić, budowa będzie tańsza, ale koszt transportu wyższy. Dla bocznych linii kolejowych z wielu rzeczy można i powinno się zrezygnować. Dla głównych linii, jeśli mają przynieść gospodarce prawdziwe korzyści, to granica kompromisu pomiędzy kosztami przejazdu a kosztami inwestycji powinna być w zupełnie innym miejscu.

Najłatwiej tę zależność zobaczyć przy transporcie towarów. W tym przypadku koszty eksploatacji zależą od dwóch rzeczy. Pierwszą jest ile osi będzie mieć transport, bo tak naprawdę to każda oś i wagon ma swoje koszty eksploatacji, w niewielkim stopniu zależne od przeznaczenia i ładowności. Drugą jest moc potrzebnej lokomotywy, to zaś bezpośrednio zależy od maksymalnego nachylenia szlaku. Mniejsze nachylenia i mniej osi na ładunek, czyli większy nacisk na oś, oznacza po prostu obniżanie kosztów transportu.  Do tego musi dochodzić elektryfikacja. Kosztowna inwestycyjnie, ale znakomicie obniżająca zarówno koszty energii, jak też eksploatacji lokomotyw. Oraz pozwalająca na osiąganie prędkości właściwych dla dzisiejszego ruchu pasażerskiego na głównych trasach.

Nachylenie linii kolejowej zależy od terenu w którym ta linia jest prowadzona. Na kompletnie płaskiej równinie nie ma żadnego problemu, tory też będą płaskie. Jednak już w pagórkowatym terenie mamy wybór pomiędzy łukami o mniejszym promieniu, większym nachyleniem lub większą ilością robót inżynieryjnych. Czyli: prędkość maksymalna v. koszty przejazdu v. koszty inwestycji. W ekstremalnym miejscu pod hasłem „bez kompromisów, ale za to opróżniamy portfel” znajduje się Gotthard Base Tunnel. Trasa wiedzie przez wysokie góry, ale za to linia kolejowa praktycznie poziomo i prosto. Tylko trochę musiało kosztować.

W takim razie następne pytanie brzmi: jeśli w pozostałych kwestiach też celem będzie maksymalny rozsądny standard techniczny, czyli najniższe koszty transportu, które nie  wymagają żadnych specjalnych technologii, a jedynie wykorzystania tego, co dziś oferuje przemysł i połączenia w maksymalnie wydajny sposób?

Nachylenie torów jest kwestią ważną dla transportu towarów i znacznie mniej istotną na liniach wyłącznie pasażerskich. Jednak magistrala powinna łaczyć duże ośrodki populacji i przemysłu, w tym z mniejszymi ośrodkami pomiędzy nimi oraz punktami przesiadek i przeładunków. To oznacza, że jesteśmy skazani na linię pasażersko- towarową. Rozumując dalej, musi ona spełniać wymogi zarówno jednego jak tez drugiego.

Dla przewozu towarów jest to minimalne nachylenie i duży dopuszczalny nacisk na oś. Dla przewozów pasażerskich są to tory w dobrym stanie i duże promienie łuków, co pozwala na osiąganie większych prędkości. Małe nachylenie i duże promienie łuków jednocześnie oznaczają sporo robót inżynieryjnych.

W takim razie najpierw potrzeby ruchu towarowego. Największy możliwy technicznie nacisk na oś przy tradycyjnej metodzie budowy dróg kolejowych to około 40 ton. Dziś standardem w Europie jest około 20 ton na oś. Wyraźnie więcej zwykle jest na wydzielonych liniach służących do transportu surowców, zwykle rud z kopalń do portów. Tam właśnie mówimy o 40 tonach na oś. Do takiego standardu są też aktualnie przebudowywane koleje w USA. Na razie głównie w zachodniej części, we wschodniej dopuszczalne naciski na oś są zwykle mniejsze, choć i tak  większe niż w Europie. To oznacza, że dopuszczalna masa maksymalna czteroosiowego wagonu to 157 ton (konkretnie 315 tys funtów, ale nie posługujmy się tymi prymitywnymi jednostkami). Powszechny standard to 131,5 tony, nadal znacznie więcej niż w Europie. Wagony, aby mogły zabrać takie ilości towarów muszą mieć większe wymiary. Zwłaszcza dla przewozu lżejszych ładunków. Aby wykorzystać możliwy nacisk na oś, rozsądnie jest każdego ładunku załadować na każdy wagon tak wiele, jak to tylko możliwe. W przypadku najlżejszych ładunków oznacza to dużą objętość. Dziś najlżejsze ładunki przewozi się w kontenerach, więc pytanie brzmi: jak załadować najwięcej kontenerów w stosunku do ilości osi wagonu? Z jednej strony użyć jednego wózka pomiędzy platformami na których wieziemy kontenery, ale z drugiej trzeba załadować je podwójnie. O tak:

container clear elec lines

Więcej niż dwa nie załadujemy, a dla stabilności przy zwykłym rozstawie szyn potrzeba te kontenery załadować dość nisko, czyli pomiędzy wózkami jezdnymi musi być studnia. Standardowy wymiar takiego wagonu i kontenera dokładnie nam określa skrajnię kolejową. Na dziś dobrą i rozsądną, a w żadnej przewidywalnej przyszłości nie potrzeba będzie nic więcej.  To jest wysokości załadunku 6,15 metra nad główką szyny i zupełnie płaskiego górnego ograniczenia tej skrajni. Przy okazji to nam daje ponad 5 metrów od wysokości standardowej platformy, czyli prosty i tani załadunek dowolnych pojazdów drogowych z ciężarówkami o wysokości 4,6 metra włącznie.

To wymusza też określoną długość wagonu i znów można zostać przy standardach USA, gdzie wagony kolejowe mają długość 30 metrów.  To oznacza, że znów potrzeba większej skrajni na łukach, zwłaszcza najciaśniejszych.

Kwestię najtańszego możliwego przewozu towarów mamy już załatwioną. W swej istocie oznacza przejęcie najnowszych standardów z USA.

Przewóz pasażerów sprawia nieco inne problemy. Przede wszystkim wymaga prędkości i regularności rozkładów jazdy. To w dużej części wyklucza linie jednotorowe w roli głównych magistrali oraz sprawia, że elektryfikacja jest właściwie obowiązkowa. Pozostaje tylko pytanie o prędkość. Dla sensownego konkurowania z transportem drogowym, normalne prędkości na dłuższych trasach muszą przekraczać 100 km/h. Dopiero wtedy  czasy przejazdu stają się w jakimkolwiek stopniu porównywalne, a im szybciej tym lepiej. Z drugiej strony, według europejskich przepisów kolejowych, bardzo rozsądnych w tym zakresie, linia z dozwoloną prędkością wyższą niż 160 km/h musi być całkowicie wydzielona, bez żadnych jednopoziomowych przejść lub przejazdów oraz potrzeba zaawansowanych systemów sterowania ruchem. To znakomicie podwyższa koszty, choć na pewnym etapie przebudowy sieci kolejowej i to może mieć sens. Ale już na tym etapie chyba rozsądniej byłoby budować oddzielną linię wyłącznie pasażerską, od razu dla prędkości 250-300 km/h? To jest otwarte pytanie. Na pewno na głównych magistralach dopuszczalna prędkość powinna wynosić co najmniej 120 km/h, a na jak największej ich części 160 km/h, a jeśli się da, to może na niektórych odcinkach więcej.

Skrajnia pozwalająca na podwójny przewóz kontenerów właściwie tez by wystarczała nie tylko na piętrowe pociągi pasażerskie, ale i trzypoziomowe. Pytaniami na które nie znam odpowiedzi jest z jednej strony stabilność takiego pojazdu przy większych prędkościach oraz z drugiej kompletnie podstawowe — właściwie po co? Dwupoziomowy przy odpowiedniej długości wystarcza praktycznie wszędzie, a pomiędzy największymi ośrodkami miejskimi i tak jest miejsce na dedykowaną linię pasażerską, która nie potrzebuje tak wysokiej skrajni, ani nacisku na oś.

To wszystko trzeba jeszcze jakoś zasilać. Jeśli mówimy o pociągu towarowym, którego wagony mają nacisk na oś rzędu 40 ton i który musi poruszać się z prędkością powyżej 100 km/h, aby nie blokować linii, to zbliżamy się do dwucyfrowej liczby megawatów mocy lokomotywy. W skrócie: amerykański pociąg towarowy poruszający się z europejskimi prędkościami. Co nas sprowadza do problemu elektryfikacji. Wyłączając na dziś absurdalną szwajcarsko-niemiecką sieć 15 kV 16 Hz, pozostają dwa standardy elektryfikacji. Drugi najlepszy, czyli obowiązujący w Polsce 3 kV prądu stałego już sobie z takimi pociągami nie poradzi, więc zostaje jeden. The winner is 25 kV 50 Hz. Dzisiejszy standard nowych sieci dookoła świata. Niczym innym nie da się z rozsądnie małymi stratami przesłać wystarczającej ilości prądu. Co prawda pobieranie kilku, czy wręcz kilkunastu megawatów mocy z jednej fazy sieci energetycznej nie jest dla tej sieci najzdrowsze, ale to już jest inny problem, którego rozwiązanie to wyłącznie kwestia użycia istniejącej technologii.

Następną rzeczą jest kwestia sprzęgów, czyli łączenia wagonów, które w Europie są absurdalnie archaiczne i ograniczają maksymalną masę pociągu do ok 3800 tys ton, co może się wydawać poważną wielkością, ale to jest zaledwie dwadzieścia kilka wagonów o maksymalnej masie, o której tu mówimy. Akurat ten problem nie istnieje nigdzie indziej, czyli ani w USA, ani na terenie poradzieckim, ani w Chinach. Również w Europie powoli zaczyna zmierzać do końca, bo opracowano sprzęgi automatyczne, które są wstecznie kompatybilne z europejskimi archaicznymi śrubami.

W takim razie mamy technologię i punkt dojścia. Maksymalną wysokość wagonu 6,15 m, maksymalny nacisk na oś 40 ton, elektryfikacja 25 kV z częstotliwością sieci energetycznej, prędkość maksymalna zasadniczo 160 km/h.  Taka skrajnia wraz z elektryfikacją oznacza, że w praktyce sieć trakcyjna musi być zawieszona na wysokości 7 metrów. To jest wysokość pomiędzy główką szyny a przewodem zasilającym. Kiedy doliczymy szyny i konstrukcję drogi, zawieszenie przewodu trakcyjne i słupy to wyjdzie około 9-10 metrów. Wysokość czwartego piętra!

Ten opis techniczny dość dokładnie pasuje do Northeast Corridor, czyli tej części amerykańskiej sieci kolejowej, która jest własnością rządu federalnego, a w uproszczeniu linii z Waszyntonu DC, przez Nowy Jork do Bostonu. Tam dopuszczalne prędkości dochodzą do 201 km/h z takimi też poruszają się jedyne prawdziwe pociągi międzymiastowe w USA. Szybko sprawnie i zyskownie.

Jedyny problem takiego standardu polega na tym, że jest naprawdę kosztowny inwestycyjnie. Mówimy o całości nowego taboru, wymianie całości szyn i wzmocnieniu konstrukcji drogi, wzmocnieniu dużej części mostów oraz podniesieniu prawie wszystkich wiaduktów lub obniżeniu torów pod nimi. Nie wspominając o elektryfikacji lub zmianie standardu, zresztą i tak praktycznie wszędzie na świecie potrzeba by było zwiększyć wysokość zawieszenia trakcji.

Im mniej wiaduktów i tuneli tym mniejszy problem, ale bez kilku- kilkunastu milionów dolarów na kilometr nie należy w ogóle zabierać się do pracy. I nie mówię o budowie nowej linii, a o podwyższeniu standardu już istniejącej na europejskim poziomie!!! Ale za to otrzymuje się infrastrukturę o jakości i kosztach transportu niemożliwych do pobicia przy dziś dostępnej technologii. Nawet jeśli zaczniemy szukać po wszystkich możliwych eksperymentalnych pomysłach. A najtańszy możliwy transport oznacza najtańsza możliwą produkcję, kooperację i dystrybucję.

Dziś nie ma ani możliwości, ani żadnej potrzeby doprowadzania torów kolejowych do każdego odbiorcy. Potrzeba jest taniego transportu i taniego przeładunku. Stąd w jakimś zakresie potrzeba tez bocznych linii kolejowych, ale zbudowanie ich pełnej sieci w takim standardzie jest rzeczą nierealną. Gdziekolwiek na świecie. Boczne linie muszą być lżejsze, dzięki czemu też nikt nie będzie mieć pretensji do wzajemnej pełnej interoperacyjności.

To nas sprowadza do odkrycia, że takie właśnie ciężkie magistrale kolejowe są potrzebne jako połączenia pomiędzy głównymi ośrodkami. Ze względu na ich obłędne koszty są też praktycznie niemożliwe do utrzymania na bocznych trasach i zwyczajnie nie mogą tam istnieć bez odpowiedniej ilości ładunków.

Odpowiednia ilość ładunków oznacza albo pojedynczy szlak z wystarczającą ilością towarów masowych, czyli drogę z kopalni do portu, albo transport drobnicy. Transport drobnicy to problem dotarcia do klienta i tanich przeładunków. Na dziś rozwiązaniem tego problemu jest system ro-ro. Dla taniości tego potrzeba skrajni o wysokości co najmniej 5,30 metra, a jeszcze lepiej 5,80. W innym przypadku toniemy w drogich półśrodkach.

W sumie mamy nie tak wiele linii, ale o olbrzymiej przepustowości, relatywnie dużej prędkości i doskonale przystosowanych do transportu drobnicy, zarówno w kontenerach, jak też ro-ro, oraz absolutnie bezkonkurencyjnej kosztowo w transporcie towarów masowych. To wszystko wymaga olbrzymich inwestycji i powinno być wykorzystywane w jak największym stopniu. Czyli, aby mogło działać, musi być właśnie szkieletem sieci transportowej, a jak największa z pozostałej części tej sieci powinna służyć wyłącznie jako sposób dowozu i dystrybucji ładunków i pasażerów dla tej sieci.

Ale też, aby można było w ogóle coś takiego zbudować w kraju, gdzie już istnieje jakaś kolej, potrzeba najdłużej jak to możliwe utrzymywać wsteczną kompatybilność. W polskich warunkach oznaczałoby to rozpoczęcie przebudowy od zwiększania skrajni. Najpierw do wysokości potrzebnej dla efektywnego systemu ro-ro, następnie przy okazji wszystkich przebudów i remontów wprowadzać nowy standard. Szyny i podkłady potrzebne dla zwiększenia nacisku do 40 ton na oś też należy wstawiać przy okazji remontów. A nowy standard elektryfikacji może poczekać. Jeśli od dziś wymogiem homologacyjnym lokomotyw byłaby dwusystemowość, to za kilka lat zmiany elektryfikacji niektórych linii nie powodowałyby wielkich problemów. Zresztą i tak dzięki rozdzieleniu infrastruktury i przewozów, finansowanie nowego taboru jest dość prostą rzeczą.

Taka przebudowa infrastruktury może działać tylko jako część wielkiego planu przeniesienia ładunków drobnicowych na tory. Czyli efektywnie — elektryfikacji transportu dalekobieżnego.

Możliwe? Tak. Proste? Nie. Tanie? Nic za darmo, ale możliwe. Jeśli od początku do końca wie się co chce się zrobić, co jest możliwe i efektywne.

Reklamy

Skomentuj

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

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

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