Jedním z velmi diskutovaných témat posledních měsíců je budoucnost lokálek. Radek Šindel ze společnosti Siemens se zamýšlí nad jejich výhodami a nevýhodami. 

Do polemiky ohledně regionálních tratí přispěli svým článkem Petr Borecký ze Středočeského kraje a Jiří Řehák z Ústeckého kraje. Musím říct, že oba mají svým způsobem pravdu, osobně bych jejich příspěvky doplnil o pohled projektanta drážních vozidel.

Železniční síť na území ČR se za zhruba 150 let od svého vybudování příliš nezměnila. Železniční tratě jsou tam, kde byly vybudovány v druhé polovině 19. století. Avšak struktura osídlení se za tu dobu zcela proměnila. Výsledkem je velmi nerovnoměrné zatížení železniční sítě: železniční tratě spojující velká města a tratě v okolí velkých měst jsou silně zatíženy velkou přepravní poptávkou po dálkové, regionální dopravě i nákladní dopravě. Je proto investováno do jejich kvalitativního i kvantitativního rozvoje, procházejí kontinuálním upgradem, železniční tratě na území odlehlém od velkých měst postrádají náležitou přepravní poptávku, jejich dopravní vytížení se dostává pod mez rentability, investice do jejich upgradu z úrovně 19. století na úroveň 21. století nejsou prioritou.

Primární příčina této polarizace železniční sítě není dána vývojem v dopravě, ale vývojem v zemědělství. Vývoj technologií a možnost aplikace chemických látek/prostředků snížila požadavek na počet zaměstnanců a umožnila tak milionům lidí začít žít a pracovat ve městech. Proto zejména obce v izochronně denní dojížďky do velkých měst zažívají největší rozvoj.

Na odlehlém venkově je situace úplně jiná. Přepravní toky jsou tak nízké, že nejen železniční doprava, ale i tradiční linková autobusová doprava není pravidelnou přepravní poptávkou náležitě využívána. To vede k ekonomikou motivovanému poklesu četnosti autobusových spojů pod mez odpovídající občanským potřebám. Dominantním dopravním prostředkem se na řídce osídleném venkově stal osobní automobil, veřejná hromadná doprava zde plní roli sociální služby.

V odlehlých regionech bude proto hrát individuální doprava i do budoucna významnou roli. Automobil lidem na venkově a v menších městech poskytuje vysokou flexibilitu, doprava autem je často výrazně rychlejší než v případě VHD, a proto je lidmi na venkově i přes vyšší cenu v takové míře používána. Na rozdíl od velkých měst regionální sídla tolik netrápí nedostatek parkovacích míst, protože lidé zpravidla tolik neparkují na veřejných prostranstvích. Problémem však zůstává vysoká energetická náročnost (vysoký odpor valení, vysoký aerodynamický odpor), lokální emise škodlivin, globální emise oxidu uhličitého a velmi nízká produktivita (nízké denní využití, nízké střední obsazení).

Část těchto témat řeší elektromobilita. Elektrické vozidlo neprodukuje žádné lokální emise oxidu dusíku a pevných částic, tím významně přispívá ke zlepšení ovzduší. Je sice nutné uznat, že část emisí se vyprodukuje výrobou elektřiny, ale v ČR aktuálně z fosilních zdrojů pochází zhruba polovina elektřiny, tento podíl bude v následujících letech i v ČR prudce klesat. Co se zdraví škodlivých látek týče, tak zatímco emise z výroby elektřiny se rozptýlí vysokým komínem, emise z výfuku se vypouštějí přímo na ulici, odkud putují přímo do našich plic. Pokud jde o globální emise CO2, tak ty elektrické vozidlo rovněž významně snižuje. I velice úsporné vozidlo se spalovacím motorem spotřebuje zhruba 5-6 l nafty, nebo benzínu na 100 km. To odpovídá zhruba spotřebě energie 0,5-0,6 kWh/km. Srovnatelné vozidlo s elektrickým pohonem ujede kilometr se spotřebou elektrické energie ze sítě pouze 0,2 kWh/km. Celková spotřeba energie na provoz elektromobilu je tak zhruba třetinová a rovněž emise CO2 jsou i v případě dnešního energetického mixu výrazně nižší.

Individuální automobilová doprava má vedle svých nesporných výhod, jako je flexibilita a rychlost, také svá negativa. Zejména ve větších městech je problémem nedostatek místa jak na ulicích, tak pro parkování. Základním politickým cílem je proto individuální automobilovou dopravu doplnit o kapacitní veřejnou hromadnou dopravou.

Vhodná vozidla pro regionální spoje

V silněji urbanizovaných oblastech je železniční doprava přirozenou páteří regionálního dopravního systému. Pochopitelně musí jít o kapacitní tratě s kvalitní přepravní nabídkou. Zásadními výhodami železnice je provozování dlouhých vlaků s nízkou energetickou náročností, technicky vyřešené a velmi rozšířené liniové elektrické napájení a vysoká produktivita vozidel, běžně provozovaných 16 až 20 hodin denně. Železnice je ze svého principu systém dimenzovaný pro zajištění silných přepravních proudů, slabé přepravy z principu ale neumí zajistit hospodárně.

Pro obsluhu menších sídel s řidším osídlením se nejlépe hodí dočasně naftové, nebo CNG autobusy, dále pak elektro/trolejbusy). I při nevelkém obsazení jsou spotřeba energie i emise výrazně nižší než u osobního automobilu. Běžný autobus dosahuje adhezní hmotnosti přes 60 % při součiniteli adheze 0,5-0,8, což mu dodává velice dobrou dynamiku při rozjezdu i v případě jednoduchého pohonu jediné nápravy. Autobusy se zároveň vyrábějí ve velkých sériích a různých konfiguracích pro 40–60 cestujících. Díky konstrukční jednoduchosti, nízké hmotnosti a velkosériové výrobě se dají autobusy pořídit výrazně levněji než železniční vozidla srovnatelné velikosti, a to i s přihlédnutím k nižší životnosti. Autobusy sice neposkytují stejný komfort, na druhou stranu pro krátké jízdy daná úroveň komfortu postačuje. Díky nízkým nákladům je možné i v řídce osídlených oblastech jezdit v dostatečně častém intervalu, což je jeden z nejdůležitějších parametrů kvality VHD. Zde je opravdu nutné zdůraznit, že spoje v intervalu 2-4 hodiny jsou pro pravidelné denní dojíždění prakticky nepoužitelné.

Tab. 1: Uhlíková stopa a spotřeba energie dopravních prostředků (výhled 2030 – měrná emisivita spotřební elektřiny v ČR v úrovni 200g/kWh)

V tabulce jsou uvedeny směrné hodnoty energetické a emisní náročnosti různých dopravních systémů. Pochopitelně se jedná jen o orientační hodnoty, navíc silně závislé na středním obsazení vozidel, tedy na úměrnosti mezi velikostí dopravního prostředku a velikostí přepravní poptávky. Co se týče srovnání spotřeby energie a uhlíkové stopy, tak velmi výrazné úspory lze oproti spalovacímu i elektrickému automobilu na železnici dosáhnout v případě větších elektrických vozidel. Naopak, krátké soupravy s dieselovým pohonem jsou z energetického a emisního hlediska výhodné jen vůči spalovacím automobilům, avšak oproti elektromobilu budou horší variantou.

V kontrastu s úspěšností a prospěšností aplikace železnice na linkách se silnou přepravní poptávkou je nasazení krátkých vlaků na výkony se slabou poptávkou problematické. Nevýhodou malých železničních vozidel je jejich relativně vysoká pořizovací cena (Kč/sedadlo), vysoké provozní náklady (Kč/oskm) a vyšší spotřeba energie (kWh/oskm), což neumožňuje krajům objednávat spoje v dostatečně hustém intervalu. Jako hlavní důvod vyšší ceny a spotřeby regionálních železničních vozidel je zejména vyšší hmotnost. U regionálních vozidel je spotřeba energie přibližně lineárně závislá na hmotnosti vozidla. Železniční vozidla jsou řešena pro provoz ve vlacích (několik spojených vozů, trakční jednotka), respektive pro souběžný provoz s vlaky. Schopnost vozidel tvořit vlak je zásadní výhoda železnice (vysoká produktivita, nízký aerodynamický odpor). K zařazení do vlaku jsou železniční vozidla uzpůsobena svojí pevností, což ovšem zvyšuje jejich hmotnost. Avšak krátké jednotlivé železniční vozidlo (typicky: samostatný motorový vůz) nevyužívá výhod zařazení do vlaku, ale dimenzováno na vyšší síly být musí, protože se v provozu běžně potkává se stejně dimenzovanými vozidly.

Hmotnost zvyšuje především:
dimenzování vozidla na střet s jiným vlakem (zejména dimenzování na podélné síly 1 500 kN a instalace absorbérů nárazové energie),
nemožnost vyhnutí se překážce a s tím spojená povinnost dimenzování uchycení komponent na podélný ráz 3 g,
obousměrné provedení – nutnost instalace dvou kabin a dvojnásobný počet dveřních otvorů a k nim přilehlých ploch bez sedadel,
z důvodu nižšího součinitele adheze je používán pohon většího počtu náprav,
tradice instalace WC spojená s povinností mít alespoň jedno WC v soupravě v provedení pro vozíčkáře,
celkově robustnější provedení z důvodu vyšší životnosti,
robustnější provedení z důvodu vyšší maximální rychlosti (zpravidla 120-160km/h),
tradice vyšší míry pohodlí – větší rozteče sedaček, vis-a-vis uspořádání,
tradice 1.třídy s výrazně většími roztečemi oproti autobusu a uspořádáním 2+1.

Srovnání hmotností jednotlivých dopravních prostředků ukazuje následující tabulka.

Události posledních týdnů poukázaly na silnou závislost na ropě importovanou z často nestabilních regionů a s tím spojené kolísání ceny kapalných paliv. Zároveň jsme se jako ČR v Pařížské dohodě zavázali do třiceti let ukončit spalování fosilních paliv. Jelikož se drážní vozidla projektují na životnost min. 30 let, nemá už z dnešního pohledu žádný smysl kupovat nová vozidla na kapalná paliva, ale pouze vozidla elektrická. Jakýkoliv nákup dieselových vozidel už dnes znamená vysoké riziko předčasného ukončení provozu před plánovanou životností. Pokud se bavíme o náhradě motorových vozů, tak je potřeba i u nich uvažovat pouze o elektrické, případně bateriové verzi. Pochopitelně ve vazbě na infrastrukturní energetické zázemí (liniová nebo bodová elektrifikace), které je nutnou podmínkou pro jejich provoz.

Zde ale přichází do hry ještě několik dalších komplikací. Pro provoz na železničních tratích je potřeba instalovat řadu poměrně drahých a těžkých komponent, které se na vozidle objevuji zpravidla jednou, případně dvakrát bez ohledu na velikost vozidla – do této kategorie patří zejména spřáhla, kabiny, WC, trafo, sběrač s celou vysokonapěťovou technikou, měniče, kompresor, zabezpečovací zařízení, radiostanice atd. Zmíněné komponenty jsou nákladné, rozměrné, těžké a rozpočítávají se na poměrně malý počet sedadel. Tento efekt je dobře vidět např. u vozidel EMU, kde dosahuje třívozová jednotka EMU220 výrazně lepších měrných parametrů (hmotnost na sedadlo, cena na sedadlo) ve srovnání se svou dvouvozovou variantou EMU140. V současné době stojí dvouvozová jednotka pro cca. 150 míst zhruba 120 mil. Kč. Pokud bychom z ní chtěli odvodit jeden motorový vůz, tak cena a hmotnost nebude prostá polovina, ale spíše 60-70% ceny/hmotnosti dvouvozové jednotky, tj. okolo 70-80mil při hmotnosti okolo 60t. Naproti tomu u dvouvozové jednotky má významný efekt použití společného Jakobsova podvozku. Oproti samostatnému vozu má takové vozidlo 1,5x vyšší hmotnost, ale zhruba 2x vyšší kapacitu, což ve výsledku výrazně snižuje hmotnost a cenu na sedadlo. Proto je celoevropským trendem nikoliv přizpůsobovat železnici slabé přepravní poptávce, ale zkvalitnit železnici tak, aby svoji atraktivitou získala silnou přepravní poptávku a mohla využívat výhody větších vozidel.

V polemice se rovněž zmiňuje téma vlakotramvají. Bohužel vliv nižší podélné pevnosti na hmotnost je v diskuzích značně přeceňován. Hmotnost kolejových vozidel neurčuje tolik vozová skříň, ale spíše podvozky. Právě z důvodu vysokého počtu podvozků (což je dáno průjezdností oblouky o poloměru kolem 18 m) jsou tramvaje v přepočtu na jedno sedadlo těžší a dražší než železniční elektrické trakční jednotky (EMU). Jak je vidět ze srovnání vozidel, co se týče hmotnosti, jsou vlakotramvaje v přepočtu na sedadlo těžší než běžné železniční EMU, a to i přes výrazně horší trakční parametry.

Železniční vozidla mají vůči silničním vozidlům výhodu v nižším valivém odporu, nižším odporu vzduchu, vyšší konstrukční rychlosti a vyšším pohodlí. Tyto výhody se významně projevují u větších vozidel při vyšších rychlostech. U krátkých samostatných kolejových vozidel jsou markantní nevýhody dané jejich robustností a z ní plynoucí vyšší hmotnost. Proto provozovatelé železniční techniky od menších vozidel v podstatě upustili a požadují od výrobců vozidla, která jsou oproti ostatním druhům doprav, zejména osobním automobilům a autobusům, konkurenceschopné a nabízí tak dopravcům vyšší přidanou hodnotu. To znamená zejména elektrické jednotky od velikosti 120 míst k sezení, s maximální rychlostí 120-160 km/h.

Opatření pro zvýšení cestovní rychlosti

Náklady na km závisí na mnoha parametrech, nicméně nejzásadněji je ovlivňuje cena vozidla vztažená na sedačku a proběh vozidla. Obr. 1 ukazuje závislost měrných nákladů na pořízení vozidla (Kč/os km) při životnosti 30 let a středním obsazení 33 % na denním proběhu. Ten je dán součinem denní doby provozu a oběhové rychlosti. Linky s malým denním proběhem (regionální osobní zastávkové vlaky) obsluhují z principu jednodušší, méně vybavená vozidla. Ty jsou ale i přes svoji jednoduchost v přepočtu na sedadlo poměrně drahá z důvodů uvedených výše. Navíc je jejich produktivita nízká, denní proběh vozidel na krátkých pomalých linkách je malý, jen několik stovek kilometrů. Cena na sedadlo u delších regionálních vozidel pak klesá. Dálková vozidla jsou využívána k delším cestám a zajišťují je proto vozidla poskytující vyšší pohodlí a s vyšším vybavením (vyšší max. rychlost, tlakotěsnost, 1. třída, catering, stojany na zavazadla, …) a tedy i s vyšší cenou na sedadlo, ale vlivem větších denních proběhů na rychlých dlouhých linkách přesto dosahují nízkých měrných nákladů na pořízení vozidla. Z grafu je patrný velice strmý nárůst měrných pořizovacích nákladů vlivem nízké produktivity málo využitých vozidel u nižších denních proběhů.

Obr. 1: Měrné náklady na pořízení vozidla v závislosti na denním proběhu

Zvyšování cestovní rychlosti je tak nejefektivnější cestou pro zvýšení podílů veřejné dopravy a zároveň též cestou k výraznému snížení nákladů. Při vyšších rychlostech se plně využije nejen nízký odpor valení, ale i příznivá aerodynamika štíhlého vlaku. S vysokou cestovní rychlostí je možné dosáhnout vyšších proběhů vozidel a zároveň stoupá oblíbenost spoje, roste počet cestujících, kteří dokáží naplnit větší a nákladově levnější vozidla.

Zejména se jedná o:
Zvýšení traťové rychlosti, odstranění rychlostních propadů
Nasazení výkonných vozidel (vysoký měrný trakční výkon, vysoký měrný brzdný výkon)
Snížení počtu zastávek (zrušení málo frekventovaných zastávek)
Snížení počtu předjíždění vlaky vyšších kategorií, docíleného vyšší cestovní rychlostí osobního zastávkového vlaku

Na straně infrastruktury je potřeba především důsledně odstraňovat propady rychlostí, aby se zamezilo zbytečnému brzdění a následnému rozjíždění těžkých vozidel z provozních důvodů. Další možností je eliminace zbytných zastávek. Zde je potřeba zdůraznit, že vlak má cílit především na každodenní cesty do práce. Málokdo bude v dnešní době vážit dlouhou cestu na nádraží, aby pak jel pomalým vlakem. Z důvodu úspory času a pohodlí si cestující zvykli jezdit na vlak jiným způsobem dopravy – autem, na kole, nebo autobusem.

Eliminace krátkých ramen

Důvodem pro nízkou oběhovou rychlost a vysoké náklady železniční dopravy jsou často krátké odbočky z hlavních tratí. Zpravidla se jedná o neelektrifikované úseky odbočující z hlavní elektrifikované tratě. Jízdní řád těchto odboček musí být svázaný s jízdním řádem na hlavní trati. Tyto krátké úseky vozidlo ujede zpravidla za několik minut a následně čeká v koncové stanici na odjezd zpět, aby se zachovaly přípoje. Vozidlo tak většinu času prostojí ve stanici.

Z pohledu lepšího využití vozidel se nabízí linku na hlavní a vedlejší trati spojit do jedné. To ale zase naráží na nutnost elektrifikace úseku, nebo nutnosti nasadit na celou linku dieselové vozidlo. To pak samozřejmě vede k vyšším provozním nákladům na hlavním rameni. Druhou nevýhodou jsou pak horší dynamické vlastnosti dieselových vozidel, které svou pomalou jízdou brzdí provoz na koridoru. Pro tyto typy linek je pak do doby elektrifikace ideální dvouzdrojové vozidlo trolej/akumulátor – BEMU. To na elektrifikovaném úseku jede jako běžná elektrická jednotka a po odbočení z hlavní trati může pokračovat na baterii. Plnohodnotné BEMU má trakční parametry srovnatelné s EMU, takže dokáže i v neelektrifikovaném úseku využít naplno traťové rychlosti a zkrátit tak dále jízdní doby oproti dieselovým jednotkám. Odstraněním přestupu a zvýšením technické rychlosti lze pak v součtu výrazně zkrátit jízdní doby, což vede k větší atraktivitě spoje a nižším nákladům docíleným vyšší produktivitou.

Závěr

Železniční vozidla dokážou být velice efektivní a při správném používání významně přispívají ke snížení energetické náročnosti dopravy. Zároveň je ale důležité znát i jejich slabé stránky a vyvarovat se nasazení železničních vozidel na nevhodné výkony. Jak říká pan Řehák, železnice opravdu má přirozený předpoklad stát se páteří dopravy, ke které se budou lidé sjíždět jinými dopravními prostředky. Na druhou stranu neobjednávání pravidelné osobní dopravy v pracovních dnech na tratích, o které není ze strany cestujících zájem, jak je praktikováno ze strany Středočeského kraje, je též správná cesta.

Radek Šindel

Tagy budoucnost regionálních tratí Siemens Mobility

280 komentářů