Vysokorychlostní železnice v České republice

• Foto

• ke stabilizaci podílu individuální automobilové dopravy (navzdory trvale rostoucímu počtu automobilů již přepravní výkony automobilové dopravy prakticky stagnují – nárůst jen o 3 %),
• k poklesu výkonů letecké dopravy o 15 %,
• k poklesu výkonů autobusové dopravy o 5 %,
• k poklesu výkonů lodní dopravy o 7 %,
• k nárůstu výkonů železniční dopravy o 17 %.

Nárůst střední přepravní vzdálenosti na železnici o 10 % dokládá, že tahounem dynamiky rozvoje přepravních výkonů osobní železniční dopravy je dálková doprava, která se zvýšila zhruba o 26 % za poslední 4 roky (v průměru o 6 % ročně). Tento úspěch moderní železnice je výsledkem aplikace tří opatření:

1. nové organizace dopravy – zavedení linkového vedení vlaků v pravidelném (krátkém) taktu,
2. modernizace nejvyužívanější části sítě (čtyř národních tranzitních železničních koridorů),
3. zavedení nových moderních rychlých a pohodlných vozidel.

Pozitivně se vyvíjejí i moderní formy železniční nákladní dopravy. V rozmezí let 2009 až 2013 došlo k nárůstu přepravy ISO kontejnerů (TEU) o 43 % (tedy se v průměru každý rok zvyšovaly o 9 %).

Největší zájem o přepravu se koncentruje na hlavních magistrálních tratích, kde dochází k souběhu rychlé dálkové osobní dopravy, nákladní dopravy a regionální osobní dopravy. Rozdílné cestovní rychlosti různých segmentů vlakové dopravy vyvolávají nutnost předjíždění ve stanicích, což je spojeno s výraznými ztrátami času a energie. Aby byla zajištěna rostoucí přepravní poptávka, je nutná výstavba další kapacity dopravní cesty. Racionálním řešením je vzájemná segregace provozu rychlých a pomalých vlaků následujícím způsobem:

• na dosavadních hlavních tratích ponechat konvenční nákladní vlaky, kterým vyhovuje železnice pojatá jako trasa stálého monotónního sklonu nevelké hodnoty (kolem 6 až 10 promile), která jimi umožňuje přepravovat vysoké normativy zátěže a kterým z hlediska rychlosti jízdy v zásadě nevadí typické traťové oblouky o poloměru 300 až 400 m,
• na dosavadních hlavních tratích též ponechat regionální osobní zastávkové vlaky, respektive interregionální spěšné vlaky, kterým vyhovuje železnice vedená přes obce a města, jejichž urbanizaci železnice více než sto let významně stimulovala,
• nově budované tratě racionálně řešit v souladu s technickou směrnicí pro interoperabilitu TSI HS INS výhradně jen pro vysokorychlostní provoz, odklonit na ně nejvyšší segment rychlé osobní dopravy z konvenčních tratí a tím konvenční tratě odlehčit.

Vysokorychlostní vlaky dokážou zajistit jak přepravu osob, tak přepravu kusového zboží (balíčky, europalety). Základní výhodou evropského pojetí vysokorychlostního železničního systému (HS) je jeho kompatibilita s konvenčním železničním systémem (CR). Vysokorychlostní železniční vozidla konformní s TSI HS RST mohou využívat nejen tratě vysokorychlostních železnic, ale i tratě konvenčních železnic (obrácená kompatibilita zajištěna není – z bezpečnostních důvodů nelze připustit provoz konvenčních vozidel na vysokorychlostních tratích, jelikož nemají zajištěnou a prokázanou odolnost vůči tlakovým vlnám produkovaným rychle jedoucími vlaky). Vedení přímých rychlých vlaků nejen po vysokorychlostních tratích, ale i po navazujících konvenčních tratích, vede k rozšíření dosahu přínosů vysokorychlostních tratí na širší plochu území.

Subsystém HS INS (tratě)
Řešení nových vysokorychlostních tratí výhradně jen pro provoz rychlých vlaků (vozidla třídy 1 a 2 podle TSI HS RST) výrazně snižuje náklady na jejich budování i provoz. Takto pojaté vysokorychlostní tratě mohou disponovat vyššími podélnými sklony a nižšími poloměry oblouků (vzhledem k vlivu vyšších přípustných hodnot stavebního převýšení i nedostatku převýšení). To zásadním způsobem snižuje náklady na stavby železničního spodku (jsou zapotřebí významně kratší mosty a tunely). Vyšší flexibilita vedení trasy minimalizuje konflikty při průchodu osídleným či chráněným územím. Vzájemná segregace provozu rychlejších a pomalejších vlaků minimalizuje počet stanic a počet výhybek i náročnost na zabezpečení a energetické napájení. Kratší trasa, menší úhrnná délka tunelů a plynulá jízda bez předjíždění minimalizují spotřebu energie.

Subsystém HS ENE (napájení)
Díky pečlivému řešení aerodynamiky vnějších tvarů mají vysokorychlostní vozidla nízký jízdní odpor. Energetická náročnost jejich jízdy jen o málo převyšuje spotřebu mnohem pomaleji jedoucích běžných konvenčních vlaků, řešených bez důrazu na aerodynamiku. Avšak příslušnou energii je potřebné rychleji jedoucím vlakům dodat za kratší čas, tedy při vyšším výkonu. To spolu s požadavky na dobrý kontakt mezi sběračem a trolejovým drátem i při vysokých rychlostech jízdy (což zajišťuje lehký sběrač a silně napnutý trolejový drát s podélně stálou svislou tuhostí) vytváří jeden z důležitých aspektů elektrického napájení vysokorychlostních železnic.

Dalším tématem je vysoká přenosová schopnost trakčního vedení (snížení indukčnosti vedení použitím zemního lana, respektive použití negativního napájecího vodiče a autotransformátorů – systém 2 × 25 kV 50 Hz), spojité dvoustranné napájení traťových úseků bez střídání fází a symetrické zatěžování všech tří fází systému 3 × 110 kV (oboje je řešitelné měničovými napájecími stanicemi). Výstavba vysokorychlostních železnic, která v ČR přivede napájecí napětí 25 kV i do Ústí nad Labem, Prahy, Přerova a Ostravy, silně působí jako přirozený katalyzátor léta uvažované změny napájecího napětí 3 kV DC na všestranně výhodnější napájecí napětí 25 kV 50 Hz i v síti konvenčních železnic na území ČR.

Subsystém CCS (řízení a zabezpečení)
V době výstavby vysokorychlostních železnic již bude v ČR podstatná část sítě konvenčních železnic (zhruba 25 % tratí, zjišťujících přibližně 85 % dopravních výkonů) vybavena systémem ERTMS (rádiovým spojením EIRENE na principu GSM-R a jednotným evropským vlakovým zabezpečovačem ECTS). Tyto technologie pochopitelně budou v souladu s TSI CCS aplikovány na vysokorychlostních tratích rychlých spojení.

Na vysokorychlostních tratích budou výhradně používány ucelené jednotky. Integritu vlaků tvořených ucelenými jednotkami je možno snadno kontrolovat technickými prostředky. Proto lze na těchto tratích s výhodou využít vlakový zabezpečovač ETCS 3. aplikační úrovně (level 3), založený na rádiovém přenosu informací. To přináší jak provozní výhody (mj. jízda vlaků v pohyblivých prostorových oddílech proměnné délky, aplikace vyšších forem automatického řízení na tratích i vozidlech – ATS a ATO), tak i investiční zlevnění (tj. nejsou potřebná ani hlavní návěstidla, ani kolejové obvody či počítače náprav). Absence tradičních prvků návěstní techniky v kolejišti, a též kabelových vedení k nim, nejen že snižuje investiční náklady, ale zároveň minimalizuje provozní náklady a zvyšuje bezporuchovost systému a jeho odolnost vůči vnějším vlivům.

Subsystém RST HS (vozidla)
Vysokorychlostní vozidla jsou podle TSI HS RST rozdělena do dvou tříd. Třída 1 zahrnuje vozidla pro rychlost 250 až 350 km/h. Pro minimalizaci namáhání tratě dynamickými silami musí mít hmotnost na dvojkolí nejvýše 17 t. To spolu s dalšími požadavky (jako jsou náležitý výkon potřebný k zajištění rychlé jízdy, redundance trakčních a pomocných pohonů, vysoký výkon elektrodynamické brzdy, adhezní vlastnosti, …) vede k aplikaci distribuovaného trakčního pohonu. Pro zajištění dopravy nižšími rychlostmi (od 190 do 249 km/h) po vysokorychlostních tratích postačují vozidla třídy 2. Do rychlosti 230 km/h lze použít vlaky dopravované (tažené či sunuté) lokomotivami, neboť lze využívat limit hmotnosti na dvojkolí 22,5 t. To ve srovnání s třídou 1 vozidla podstatně zjednodušuje a zlevňuje. Optimálním řešením se v této kategorii ukazují ucelené netrakční jednotky. Ty cestujícím nabízejí celistvý tlakotěsný a volně průchodný vnitřní prostor a přitom soustředí trakční zařízení v jediném vozidle. Zároveň umožňují postupné zvyšování přepravní kapacity přidáváním vozů. 

Základním dopravním prostředkem k zajištění provozu na vysokorychlostních tratích jsou vozidla třídy 1. Pokud není intenzita vlakové dopravy příliš silná (na trati je rezerva v kapacitě dopravní cesty), lze ve sledu vlaků využívat i poněkud pomalejší vysokorychlostní vozidla třídy 2. A to například z ekonomických důvodů pro vlaky, které jsou po většinu délky linky vedeny po konvenčních tratích. Naproti tomu konvenční vozidla nemají zaručenou přechodnost na vysokorychlostní tratě, neboť nemají prokázanou odolnost vůči působení tlakových vln rychle jedoucími vlaky. Poškození, které by vzniklo účinkem tlakových vln, by mohlo ohrozit bezpečnost jich samotných i protijedoucích vlaků, či souběžně jedoucích rychlých vlaků. Tato skutečnost však nemá negativní ekonomické dopady, neboť cenová úroveň vysokorychlostních vozidel třídy 2 je velmi blízká cenové úrovni konvenčních vozidel.

ZÁVĚR
Nařízení Evropského parlamentu a rady č. 1315/2013 dává České republice jedinečnou možnost vybudovat na svém území, a to s velmi vydatným přispěním fondů EU, síť vysokorychlostních železnic. Ta bude kompatibilní s navazující sítí evropských vysokorychlostních železnic a zároveň vytvoří velmi potřebný vnitrostátní systém Rychlých spojení. Tyto vysokorychlostní tratě se stanou základem budoucí podoby systému železnic v České republice.

Autor

• Pohl Jiří