„Futuristické barevné obrázky elektrických kamionů s mohutnými akumulátory pro dojezd ve stovkách kilometrů jsou vítaným oživením stránek hobby časopisů, ale železnice dokáže zajistit bezemisní dálkové přepravy s nižší spotřebou energie a s výrazně menším počtem deficitních pracovních sil,“ píše Pohl v dalším obsáhlém pojednání pro deník Zdopravy.cz k budoucnosti dopravy. Podle něj má být cílem udržitelná multimodální mobilita. Jiří Pohl zastává pozici Senior Engineer v tuzemské společnosti Siemens Mobility.

Pojednání o budoucí roli mobility, zde zveřejněné 2. března 2021, vyvolalo velmi konstruktivní diskusi čtenářů. Jejím základním tématem bylo hledání způsobu, jak efektivně zbavit dopravu její dosavadní vysoké energetické náročnosti a velmi silné závislosti na spotřebě fosilních paliv. Avšak přitom ji nezhoršit, ale zkvalitnit. Aby rychlá a kvalitní doprava osob a zboží přispěla k zapojení celé plochy území státu do systému tvorby a spotřeby hodnot. Aby moderní bezemisní mobilita napomohla k efektivní náhradě nežádoucí monocentrické struktury osídlení zdravým polycentrickým osídlením. Tedy krajinou s novou funkcí venkova a bez chudých oblastí diskriminovaných svojí odlehlostí od bohatých měst. Přírodní zákony jsou neúprosné, čas běží velmi rychle, řešení nelze odkládat.

Koloběh oxidu uhličitého v přírodě

Jakkoliv je z mnoha důvodů rozumné a prospěšné přestat odlesňovat krajinu, a naopak zakládat nové lesy, tak na koncentraci oxidu uhličitého v zemském obalu nemají lesy, podobně jako veškerá další živá i neživá příroda, z dlouhodobého hlediska prakticky žádný vliv. Dokládá to i po staletí, až do doby počátku intenzivního využívání fosilních paliv v 18. století, přibližně stálá koncentrace CO2 v zemském obalu na úrovni 280 ppm, což odpovídá množství 3 500 miliard tun CO2.

Rostliny sice pro svůj růst při fotosyntéze odčerpávají z ovzduší oxid uhličitý, ale po odumření se v nich obsažený uhlík různými procesy (tlení, spalovaní, potravinový řetězec, …) postupně navrací zpět, a to opět ve formě oxidu uhličitého. Rostliny jsou součástí jeho koloběhu, který v živé i neživé přírodě funguje podobně jako koloběh vody bez toho, aby předmětná látka v součtu ubývala či přibývala. To je zásadní rozdíl proti antropogenní produkci oxidu uhličitého, při které je transfer oxidu uhličitého vzniklého splováním fosilních paliv pouze jednosměrný, z povrchu země do zemského obalu.

Pokud bychom chtěli pěstovat lesy k zachytávání oxidu uhličitého vytvořeného spalováním fosilních paliv, museli bychom dospělé stromy po poražení někam na věky uzavřít, aby neshnily či nebyly spáleny, museli bychom napodobit někdejší proces vzniku uhlí.

Ale to není snadné. Plocha území ČR činí 7,9 milionů hektarů, z toho 34 %, tedy 2,7 milionů hektarů, tvoří lesy. Ty produkují dřevní hmotu s intenzitou přibližně 6,8 m3/ha/rok. Dřevní hmota absorbuje zhruba 1 t CO2/m3/rok, tedy lesy v ČR ukládají do dřeva cca 18 milionů t CO2/ rok. Ten se však spálením či shnitím dřeva opět vrací do ovzduší. Ve rovnání s lesy produkují občané ČR spalováním fosilních paliv (uhlí, ropné produkty, zemní plyn) zhruba 107 milionů t CO2, tedy téměř šestkrát více.

Jen ke kompenzaci oxidu uhličitého, který vytváříme v ČR spalováním fosilních paliv v dopravě v hodnotě kolem 20 milionů t CO2/rok, bychom v ČR potřebovali zalesnit dalších 37 % plochy území státu (vytvořit 2,9 milionů hektarů nového lesa). Dřevo z těchto lesů (20 mil. m3/rok) by však nesmělo být spáleno, každý občan ČR by si musel ty své 2 m3 dřeva někde ve svém bytě každý rok schovat a na věčnost je tam nechat, aby toto dřevo nikdy neshnilo či neshořelo.

Příroda je trochu soft, my lidé jsme poněkud hard. Stačí si doma zasadit do květináče kaštan či jiný stromeček a dívat se, jak pomaloučku poroste.

Jeden hektar lesa uloží ročně do dřevní hmoty přibližně 6,8 tun oxidu uhličitého, odebraného z ovzduší k fotosyntéze. Stejné množství oxidu uhličitého vyprodukuje osobní automobil se spotřebou ropné nafty 5,1 litru na kilometr (tedy s uhlíkovou stopou 136 g CO2/km) při ujetí 50 000 km.

Udržitelnost

Moderní mobilita je důležitým nástrojem k tomu, aby po poněkud turbulentním vývoji v průběhu dvacátého století, kdy obyvatelstvo opustilo své původní domovy i své původní hodnoty a odešlo pracovat do továren a kanceláří, bydlet do betonových staveb s umakartovými koupelnami, od kterých o víkendech utíkalo zpět do chalup s pruhovanými peřinami a kachlovými kamny, jsme se opět naučili žít poněkud klidněji a plnohodnotněji. S rodinou, se sousedy, v kontaktu s přírodou.

K naplnění této úlohy je nutno vybudovat novou mobilitu vycházející z moderních principů 21. století. Velkým vzorem pro nadcházející proměnu dopravy, pro mobilitu postavenou na moderních principech 21. století, je již uskutečněná proměna v oboru šíření informací. Náhrada tradičního posílání popsaných či potištěných papírů digitálními elektronickými informacemi šířenými elektromagnetickým polem proběhla rychle a velmi úspěšně.

Mobilní telefon zvládají a chtějí užívat a vlastnit i děti předškolního věku a ani nejstarší generace neoplakává někdejší olizování známek či posílání telegramů a korespondenčních lístků. Nová podoba elektronických informačních technologií je tak dobrá, že byla všeobecně obyvatelstvem přijata za správnou.

Úspěšnost, rychlost a spontánní akceptace nových informačních technologií obyvatelstvem je pro nadcházející změny v dopravě velkou inspirací. Ale také i velkou oporou, neboť moderní dopravní cesta již nemá jen svoji mechanickou část, ale i svoji energetickou a informační část. Strukturální rozčlenění interoperabilní železnice na subsystém: trať (INS), elektrické napájení (ENE) a řízení a zabezpečení (CCS) je toho dokladem.

Multimodalita

Stejně tak, jako je moderní energetika založena na promyšlené spolupráci různých typů zdrojů, zásobníků i spotřebičů energie, a to v centralizovaném i decentralizovaném pojetí, využívá i moderní mobilita koordinovanou spolupráci různých druhů dopravy (dopravních módů) na individuální i veřejné úrovni. Nahrazuje dosavadní konkurenční vztahy jednotlivých druhů dopravy (tak jak je zpravidla vnímají jednotlivé dopravní společnosti) vztahy kooperačními a komplementárními (tak, jak to potřebují cestující a přepravci).

Nástroj, který je univerzální, není v jednotlivých aplikacích optimální. Snaha obsáhnout určitým a jediným dopravním systémem, či určitým a jediným dopravním prostředkem splnění všech druhů přepravních úloh nevede k úspěšnému cíli. Univerzálně pojaté a univerzálně využívané dopravní systémy či dopravní prostředky, jsou ve výsledku příliš drahé a energeticky velmi náročné. Neposkytují lidem délce cesty úměrnou rychlost, ani době trvání cesty úměrné cestovní pohodlí. Efektivnějším řešením je specializace jednotlivých módů dopravy na určité typy přepravních úloh a jejich součinnost využívající kooperativnost (schopnost spolupracovat) a komplementárnost (schopnost se doplňovat).

Proto je moderní mobilita založena na multimodalitě, tedy na promyšlené kombinaci různých druhů dopravy (hromadné i individuální). Cílem je prioritně využívat pro jednotlivé přepravní úlohy takový dopravní systém, který ji zvládne v nejvyšší kvalitě z hlediska bezpečnosti, spolehlivosti, rychlosti a pohodlí a zároveň i s nízkou spotřebou energie a s minimálními negativními dopady na životní prostředí. Naopak nemá logiku snažit se používat jednotlivé druhy dopravy v aplikacích, pro které jsou nevhodné, kde převládají jejich nevýhody nad výhodami.

V některých přepravních relacích je možno zvládnout přepravu od začátku do konce cesty jediným druhem dopravy, v jiných relacích vede minimalizace doby přepravy, spotřeby energie i produkce emisí ke kombinaci více druhů dopravy. Promyšleně řešené multimodální přestupní terminály a moderní informační systémy řešící dopravu jako službu bez potřeby vlastnictví dopravních prostředků (MaaS – Mobility as a Service) jsou proto nedílnou součástí multimodální mobility osob i věcí.

Kolejová doprava

Tři základní energetické přednosti kolejové dopravy (nízký valivý odpor ocelových kol po ocelových kolejnicích, nízký aerodynamický odpor v zákrytu jedoucích dlouhých štíhlých vozidel, tvořících vlak, a technicky vyřešené liniové elektrické napájení) jí spolu s její vysokou výkonností staví do role základního (páteřového) dopravního systému. A to jak v městské dopravě, tak i v regionální dopravě a v dálkové dopravě osob i věcí. Pochopitelně po náležitém technickém upgradu, neboť tratě z 19. století a vozidla z 20. století neodpovídají současným nárokům na dopravu.

Rychlost kolejových dopravních systémů je odstupňována podle účelu použití zhruba následovně:

• tramvaje ve městě: 50 km/h,

• metro: 80 km/h, • regionální železniční doprava: 160 km/h,

• dálková železniční doprava na konvenčních tratích: 200 km/h,

• dálková železniční doprava na vysokorychlostních tratích: 350 km/h.

Rychlostní segregace (dálkové expresní vlaky pro přepravu osob a kusových zásilek využívají vysokorychlostní železniční systém; dálkové rychlíky, regionální spěšné i osobní zastávkové vlaky a rychlé, průběžné i manipulační nákladní vlaky využívají konvenční železniční systém) vede k vysoké přepravní kapacitě vysokorychlostní i konvenční železniční sítě.

Vnitřní konektivita železničního systému (vysokorychlostní vozidla mohou být provozována jak na síti vysokorychlostních železnic, tak i na síti konvenčních železnic) vytváří příznivé podmínky pro širokou variabilitu linkového vedení vysokorychlostních vlaků. Působení a přínos vysokorychlostních železnic tak přesahují teritoriální rozsah jejich sítě.

Železniční síť byla v průběhu 19. století budována tak, aby spojila významné sídelní i hospodářské objekty, v dalších letech až po současnost pozitivně stimulovala urbanizaci území. Podobně v městské dopravě plní postupně budované kolejové systémy úlohu páteřových linek. Vedle toho však existují oblasti mimo dosah kvalitní kolejové dopravy. Proto k plošné obsluze území potřebují kolejové dopravní systémy hromadnou či individuální návaznou silniční dopravu.

Silniční doprava

Ve srovnání s kolejovou dopravu je silniční doprava energeticky náročnější (vysoký valivý odpor pneumatik po vozovce, vysoký aerodynamický odpor samostatně jedoucích krátkých vozidel) a chybí jí plošná liniová elektrifikace. S výjimkou trolejbusových tratí vyžaduje k elektrickému napájení vozidel zásobníky energie, což limituje dojezd vozidel. Ve srovnání s moderní železnicí nabízí silniční doprava z objektivních důvodů nižší rychlost a nižší pohodlí. Její podstatnou výhodou je však všeobecná dostupnost, což má v plošné obsluze území význam jak pro mobilitu osob, tak pro mobilitu věcí.

Multimodální mobilita mění tradiční konkurenční soutěživý vztah kolejové a silniční dopravy „kdo bude v cíli dřív“ na vztah vzájemné kooperace (nebojovat proti sobě, ale umět spolupracovat) a komplementárnosti (nenabízet to samé, ale něco odlišného, a tím se vhodně doplňovat) k dosažení „jak společně budeme v cíli dřív“.

Použití kolejových dopravních systémů na střední část cesty (vedené v trajektorii silné a pravidelné koncentrace přepravní poptávky), doplněné o návazné použití pěší či silniční dopravy v počáteční či koncové části cesty (vedených v trajektoriích individuální potřeby), má tři základní logická opodstatnění:

• kvalitní kolejovou infrastrukturu je ekonomicky výhodné budovat a udržovat všude tam a jenom tam, kde jsou koncentrovány silné a pravidelné přepravní proudy,

• úspory energie vysokou energetickou účinností je rozumné dosahovat zejména v podstatné střední části cesty, poněkud vyšší energetickou náročnost (avšak nikoliv emise) lze tolerovat v okrajových částech cesty,

• úspory času vysokou rychlostí jízdy je rozumné dosahovat zejména v podstatné střední části cesty, poněkud vyšší časovou náročnost lze tolerovat v okrajových částech cesty.

Tento trend je v souladu s přirozeným dopravním chováním obyvatelstva. V rozmezí let 2010 až 2019 poklesla ve statistikách MD ČR střední přepravní vzdálenost automobilem ze 32 km na 31 km a vzrostla střední přepravní vzdálenost vlakem ze 40 km na 56 km. Lidé se spontánně naučili kombinovat individuální automobilovou dopravu a veřejnou hromadnou dopravu tak, jak je to pro ně výhodné, naučili se jezdit automobilem k vlaku. K první a poslední míli použijí automobil, neboť je pohotový a operativní, a pro střední část cesty volí vlak, pokud je to bezstarostné, rychlé a pohodlné.

Díky rozvoji informačních technologií a osobních elektronických přístrojů je velmi silně vnímaným benefitem veřejné dopravy možnost aktivního využití času jízdy stráveného cestováním (train office). Velkokapacitní parkoviště P + R u železničních stanic a zastávek i u stanic metra jsou automobily zaplněny více než dálnice. To je svým způsobem referendum o budoucí podobě dopravy.

Avšak k tomu, aby kolejová doprava dokázala plnit roli základního dopravního systému, je potřebné, aby beze zbytku splňovala dvě podmínky, kvalitativní a kvantitativní:

• musí být schopna kvalitou přepravní nabídky (rychlost, dochvilnost, spolehlivost, pohodlí, …) motivovat přepravní poptávku k jejímu užití,

• musí být schopna kvantitou přepravní nabídky (přepravní kapacitou, tedy součinem četnosti jízd vlaků a jejich velikosti) schopna vyhovět požadavkům přepravní poptávky.

Energie pro osobní automobily

Odklon od používání spalovacích motorů v dopravních prostředcích je logickým trendem. Jeho významnou motivací je nejen snížení spotřeby energie a odstranění emisí oxidu uhličitého způsobujícího v podobě globálních emisí klimatické změny, ale i odstranění lokálních emisí zdraví škodlivých látek. A to zejména ve městech, kde jiné zdroje znečištění ovzduší (lokální topeniště, průmysl, …) zpravidla nepůsobí a doprava je v nich dominantním producentem zdraví škodlivých látek. Celosvětový trend ukončit kolem roku 2030 výrobu a prodej spalovacích osobních automobilů postupně přichází i do Evropy a bude se týkat i České republiky, je rozumné se na něj připravit.

Na trhu dostupné elektrické automobily dosahují v režimu WLTP (typický spíše pro městský provoz se střední rychlostí 47 km/h) gradient spotřeby elektrické energie kolem 0,2 kWh/km. Pro běžné denní využití osobního automobilu, v ČR charakterizované ujetím střední vzdálenosti 29 km/den (což odpovídá průměrnému ročního proběhu v ČR registrovaného osobního automobilu v úrovni 10 500 km) není spalovací automobil nutností. Tuto službu zvládne i elektrický automobil, a to (při gradientu spotřeby elektrické energie 0,2 kWh/km) se střední denní spotřebou necelých 6 kWh elektrické energie. K nabíjení automobilů pro běžný provoz postačí vybavit každé parkovací místo, na kterém automobil v ČR v průměru denně 23,5 h odpočívá, i jen tou nejobyčejnější jednofázovou zásuvkou 230 V 16 A. Z té lze odebrat v průběhu necelých dvou hodin potřebnou energii pro současný průměrný denní dojezd osobního automobilu v ČR (29 km) nebo za 8 hodin levného nočního tarifu pro dojezd 150 km, či pro dojezd 450 km za celý den.

Zhruba 40 % občanů ČR, kteří bydlí v rodinných domcích, tuto možnost mají v podobě běžné jednofázové elektrické zásuvky, dosud využívané například pro zahradní sekačku trávy. A pokud mají občané na střeše svého domu fotovoltaickou elektrárnu o ploše panelů větší než 11 m2 (o špičkovém výkonu 2 kW), tak pro ně v celoroční bilanci vyrobí více elektrické energie, než jejich automobil v průměru spotřebuje. Pokud by lidem na střechu jejich domu pršela nafta, jistě by ji pod okapem chytali do kyblíku. To samé udělají s fotony slunečního záření přeměněnými na elektřinu.

Pomalé noční nabíjení parkujících elektrických automobilů je aplikovatelné i u 60 % obyvatelstva žijícího v bytových domech. K tomu potřebný výkon elektrická distribuční síť v obytných čtvrtích spolehlivě zajistí, a to i na sídlištích. Jen je potřebné výkon k nabíjení zaparkovaných automobilů řídit inteligentně. Na bázi principů Energetiky 4.0, s využitím internetu věcí a služeb, tedy současného stavu techniky.

Odběry pro nabíjení automobilů je schopna současná distribuční elektrická síť v obytných městských čtvrtích řízeným způsobem poskytnout v době, kdy spotřeba bytů, které napájí, klesá k nule, neboť jejich obyvatelé spí, tedy nesvítí, nevaří, neperou a nežehlí. K nabití jednoho automobilu na průměrný denní proběh 29 km (5,8 kW) stačí odebírat ze sítě po dobu 8 hodin levného tarifu příkon 725 W, to je polovina příkonu varné konvice. Není potřeba ztrácet čas čekáním na to, až u čerpací stanice nateče palivo do nádrže automobilu, k doplňování zásob energie lze využít dobu, kdy automobil nečinně parkuje.

Pomalé noční nabíjení je výhodné i pro velké centralizované zdroje elektrické energie, a to včetně zdrojů obnovitelných. Mořské větrné elektrárny pracují s dvojnásobně velkým časovým využitím (cca 40 %) vůči větrným elektrárnám na pevnině ve vnitrozemí (cca 20 %). Proto jsou všude po světě v pobřežních mělčinách budovány vysoce výkonné větrné elektrárny. Česká republika sice nemá moře, ale je připojena k evropské elektrizační soustavě, ve které bývá v noci dostatek elektrické energie z bezemisních obnovitelných zdrojů. První elektrárna pro Prahu byla v roce 1900 vybudována v Holešovicích, ale druhá elektrárna pro Prahu byla v roce 1926 postavena v Ervěnicích u Mostu a s Prahou spojena elektrickým přenosovým vedením.

Není potřeba stavět na státních hranicích příčné transformátory pro posun fázového úhlu vektoru napětí s cílem, aby k nám tato energie netekla. Bez obav by ji bylo možno souhrnným výkonem 4,5 GW pustit do zásuvek pro šest milionů přes noc zaparkovaných elektrických osobních automobilů v případě 100% náhrady spalovacích osobních automobilů elektrickými. Není potřeba pokračovat v dovozu 30 TWh/rok energie ropných paliv do ČR pro spalovací osobní automobily a není potřeba dovážet umělá hnojiva pro vypěstování 3 TWh/rok biologických paliv na polích. To lze nahradit dovozem 13 TWh levné bezemisní elektrické energie z mořských větrných farem v Severním a Baltském moři. Ale to není optimální scénář. Cílem není nahradit 6 milionů osobních automobilů jiným vytrvale někde překážejícími automobily. Městské ulice a prostranství lze využít efektivněji. Lidé ve městech potřebují plochy pro sebe.

Společně k nulovým emisím

Podle šetření, které provedla v roce 2019 společnost CDV Brno v rámci projektu Česko v pohybu pro MD ČR, využívají lidé v ČR osobní automobily zejména pro cesty na krátké vzdálenosti, střední délka cesty automobilem je 22 km. Jen 3,9 % cest osobním automobilem je v ČR na vzdálenost delší než 100 km a jen 1,3 % cest je na vzdálenost delší než 200 km. Na běžné použití postačují levné lehké elektrické automobily s nevelkým dojezdem a s nevelkou spotřebou energie.

Z hlediska přepravních výkonů (součin počtu cest a délky cest) jsou v ČR zhruba ze 76 % osobní automobily využívány pro krátké cesty do 150 km. Při nich výše uvedená úvaha platí, energii tyto cesty pomalé noční nabíjení ze zásuvky 230 V 16 A za 8 hodin zvládne. Ale obyvatelstvu je potřeba zajistit i zbývajících 24 % přepravních výkonů, které tvoří cesty na vzdálenost nad 150 km. Tato úloha má dvě řešení. Jedním z nich je vybudování sítě vysoce výkonných rychlých nabíjecích stanic, které náhradou za tradiční čerpací stanice pohonných hmot též poskytnou uživatelům osobních automobilů catering, WC a další služby. Elektrický automobil s nácestným nabíjením je řešení vhodné pro občasné delší cesty ve směrech slabých přepravních proudů.

Avšak ve směrech silných a pravidelných přepravních proudů nemá logiku stavět nové dálnice či posilovat současné dálnice stavbou dalších pruhů, ani se snažit o budování velkokapacitních rychlonabíjecích stanic. Je na místě cestujícím nabídnout pohodlnější, rychlejší a energeticky méně náročný dopravní prostředek, než je automobil. A to jízdu moderním vlakem, zejména vysokorychlostní železnicí. Ta jim též umožní plnohodnotné využití času stráveného cestováním k práci či k odpočinku, k občerstvení v průběhu jízdy a využití dalších palubních služeb. Automobil je pomalý, jeho cestovní rychlost jen lehce přes 100 km/h je pro cestování na větší vzdálenosti moc nízká, jízda automobilem proto vede k příliš dlouhé době cesty. Automobilová doprava je pro přepravy na větší vzdálenosti příliš časově náročná, proto nestačí k vytvoření mobility potřebné ke vzniku a rozvoji funkční polycentrické struktury osídlení, k zapojení celé plochy území státu do společného systému tvorby hodnot. I současná územní polarizace ČR je toho zřejmým dokladem. Meziměstské spojení je potřebné zajistit rychleji. Řešením je propojení velkých měst vysokorychlostní železnicí, proto je potřeba její výstavby tak naléhavá.

Multimodalita v logistice

Podobně jako v oblasti přepravy osob je tomu i v přepravě věcí. Současný stav techniky lithiových akumulátorů, trakčních elektrických pohonů i nabíjecí infrastruktury již umožňuje 100% zajištění městské logistiky (pošta, zásobování, odpady, úklid, služby, řemesla, …) elektrickými nákladními automobily. Není důvod čekat, v zájmu zdraví obyvatelstva je rozumné nahradit v citylogistice emisní automobily bezemisními co nejdříve. Snížení s jejich provozem spojených externích škod je zásadní.

Futuristické barevné obrázky elektrických kamionů s mohutnými akumulátory pro dojezd ve stovkách kilometrů jsou vítaným oživením stránek hobby časopisů, ale železnice dokáže zajistit bezemisní dálkové přepravy s nižší spotřebou energie a s výrazně menším počtem deficitních pracovních sil. Elektrické napájení s prakticky neomezeným dojezdem má již k tomu železnice vyřešeno a zavedeno v podobě liniové elektrifikace.

Evropská komise má proto v této věci jasno, 75 % nákladní přepravy je potřeba do roku 2050 převést ze silnice na železnici (respektive v zemích s vhodnými podmínkami pro vodní dopravu i na vodu). Logiku má soustředit se v oboru automobilové dopravy jak v přepravě osob, tak i při přepravě zboží na plošnou obsluhu území, v této oblasti má silniční automobilová doprava svojí nezastupitelnou roli. Ale o rozvoji nákladní dopravy více až příště.

Partnerem článku je společnost Siemens Mobility

Tagy budoucnost dopravy Jiří Pohl Siemens Mobility

403 komentářů