Budoucí požadavky na úlohu železnice a jejich odezva v trendu technických inovací

Transkript

1 Budoucí požadavky na úlohu železnice a jejich odezva v trendu technických inovací Jiří Pohl, Siemens Mobility, s.r.o. člen Výboru pro udržitelnou dopravu rady vlády pro udržitelný rozvoj člen Výboru pro udržitelnou energetiku rady vlády pro udržitelný rozvoj Konference Role dopravce v objednávané dopravě Broumov, Siemens Mobility, s.r.o siemens.cz/mobility

2 Dvě podoby komunikace Komunikace má dvě formy: - přenos informací (telematika), - přenos osob a věcí (doprava). Přenos informací zaznamenal v průběhu posledních let zásadní pokrok. Informace se podařilo oddělit o hmoty (papíru, filmu, ) a jsou přenášeny formou kombinace nul a jedniček v elektromagnetickém poli. V podobně mobilních telefonů, internetu a dalších forem se moderní informační technologie rychle rozšířily po celém světě. Fyzikální podmínky jsou příznivě: - informace se v elektronické podobě šiří rychlostí světla, - spotřeba energie je zcela minimální, - není potřeba budovat liniové stavby (stačí bodové). Rychlým, kapacitním a levným přenosem informací je pokryto celé území. Page 2

3 Doprava Druhou formu komunikace, dopravu osob a věcí, oddělit od hmoty nelze. Fyzikální podmínky jsou méně příznivě: rychlost dopravy osob a věcí je ve srovnání rychlostí šíření elektronických informací mnohonásobně nižší, spotřeba energie je vlivem odporu prostředí značná a roste s druhou mocninou rychlosti, je nutno budovat nákladné liniové stavby. Ve 20. století byl přenos informací na srovnatelné technické úrovni s dopravou. V 21. století předstihla technická úroveň informačních technologií technickou úroveň dopravy. Lidé logicky předpokládají, že zaostávající doprava též projde podobnou revolucí. V zásadě mají pravdu. Současná podoba dopravy je neudržitelná. Page 3

4 Potřebnost dopravy k rozvoji polycentrické struktury osídlení Minulost 95 % obyvatelstva pracovalo v zemědělství, docházková vzdálenost na pole určila historickou strukturu osídlení (systém vesnic a malých měst) Současnost 2 % obyvatelstva pracuje v zemědělství Výhoda z rozsahu vede ke koncentraci veškerých lidských aktivit (výroba, služby, vzdělání, zdravotnictví, kultura, sport, ) do velkých měst a jejich okolí Výsledkem je polarizace společnosti: vznikla bohatá, přelidněná, vzdělaná, mladá, zaměstnaná a rozvíjející se města (včetně jim přilehlého venkova), vznikl chudnoucí, postupně vysidlovaný, méně vzdělaný, stárnoucí, málo zaměstnaný a celkově upadající odlehlý venkov (včetně jemu přilehlých městeček). Hranicí mezi blahobytem a chudobou je izochrona denního dojíždění do velkých měst. Page 4

5 Polycentrická struktura osídlení Cíl: zapojit celé území do systému tvorby a spotřeby hodnot Výrazným nástrojem harmonického územního rozvoje je přechod od monocentrické k polycentrické struktuře Podmínka: kvalitní meziměstská doprava Page 5

6 Energetická náročnost mobility Přenos informací moderními elektronickými technologiemi má velmi vysokou rychlost a nízkou energetickou náročnost. Proto se může rozvíjet velmi intenzivně i na velké vzdálenosti do odlehlých území (mobilní telefonní sítě, internet, ) Doprava osob a zboží po rozsáhlejším území však naráží na dva limity: časovou náročnost (nepřímo úměrnou rychlosti: T = L / v), energetickou náročnost (úměrnou druhé mocnině rychlosti: A = L. k. v 2 ) Avšak lidská společnost potřebuje takové formy mobility, které jsou: rychlé, energeticky nenáročné. zadání (společenská poptávka): jezdit rychle a přitom energeticky nenáročně Realita: - jezdíme pomalu a s vysokou energetickou náročností, - 97 % energie pro dopravu tvoří v ČR ropné produkty a jejich náhražky. Page 6

7 Důsledky spalování fosilních paliv (skleníkový efekt) Zákon zachování energie: splujeme uhlí, naftu a zemní plynu, abychom mohli využít jejich energii ke svému prospěchu. Zákon zachování hmoty: uhlík obsažený v uhlí, naftě a zemním plynu se těžbou a spalováním neztratí, jen se stěhuje v podobě CO 2 z podzemí do ovzduší. => vlivem spalování fosilních paliv roste koncentrace CO 2 v zemském obalu. Zemská atmosféra má tepelně izolační schopnost. Přes noc uchovává teplo, vytvořené v průběhu dne slunečním zářením. CO 2 z, podobně jako ostatní skleníkové plyny, propouštějí na zemi sluneční záření, ale absorbují tepelné záření vycházející ze země do vesmíru. Nejde jen o růst střední teploty, ale o růst výkyvů počasí (přírodní katastrofy). Ovzduší (rok 1800): miliard t CO 2 koncentrace 0,28 výchozí teplota Ovzduší (rok 2015): miliard t CO 2 koncentrace 0,40 výchozí teplota + 1 C Page 7

8 Nástroje dekarbonizace Měrná uhlíková stopa jednotlivých uhlovodíkových paliv se poněkud liší v závislosti na poměru uhlíku a vodíku v jejich struktuře, avšak rozdíly nejsou velké: - čistý (100 %) uhlík 0,40 kg CO 2 /kwh - uhlí 0,36 kg CO 2 /kwh, - ropné produkty cca 0,27 kg CO 2 /kwh, - zemní plyn zhruba 0,21 kg CO 2 /kwh. Zásadní cesta ke snížení produkce oxidu uhličitého proto není v náhradě jednoho druhu fosilního paliva jiným druhem fosilního paliva, ale v kombinaci dvou kroků: - zvýšení energetické účinnosti (snížení spotřeby energie), -zvýšení podílu obnovitelných zdrojů (snížení podílu fosilních paliv). Realita: telené stroje pracují s účinností kolem 30 %, tedy spotřebují zhruba třikrát více energie paliva, než kolik využijí k přeměně na práci. Page 8

9 zdroje energie (%) Evropská politika v oblasti klimatu a energetiky Červen 2018: Evropský parlament a Evropská rada zpřísnění cílů v oblasti energetiky a ochrany klimatu do roku 2030: - zvýšit podíl obnovitelných zdrojů na 32 %, - zvýšit energetickou účinnost o 32 % politika EU v oblasti energetiky a klimatu do roku 2030 ER EP celkm zdroje fosilní zdroje výchozí spotřeba cílová spotřeba spotřeba energie (%) Motivace k dosažení cílů - pozitivní podpora z veřejných zdrojů, dotace, - negativní zákazy, pokuty, sankce Rok 2018: tržní cena emisní povolenky vzrostla na 400 % z 0,15 Kč/kg CO 2 na 0,60 Kč/kg CO 2. Zavládlo zděšení: ono se to s tou dekarbonizací myslí vážně. Ano, myslí se to vážně. Page 9

10 spotřeba energie (mld. kwh/rok) Energie pro dopravu v ČR Realita vývoje konečné spotřeby energie v ČR: - spotřeba energie pro průmysl je stabilizovaná (i při růstu HDP neroste) - spotřeba energie pro dopravu roste poslední tři roky tempem +4 %/rok => trend: v roce 2019 se v ČR doprava stane největším spotřebitelem energie struktura konečné spotřeby energie v ČR Page 10 průmysl doprava domácnosti služby ostatní prům. Extrap. dopr. Extrap. dom. extrap služby extrap. ost. Extrap. 34% 32% 30% 28% 26% 24% 22% 20% 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% letopočet (rok)

11 Energetika dopravy Nejvíce používáme ty dopravní módy (osobní automobilová doprava, nákladní automobilová doprava), které jsou: vysoce náročné na spotřebu energie, silně závislé na fosilních palivech a proto intenzivně produkují oxid uhličitý, způsobující nevratné klimatické změny (globální exhalace), produkují zdraví škodlivé látky (lokální exhalace). Ke snížení energetické náročnosti dopravy (a tím i k poklesu globálních exhalací i lokálních exhalací vedou dvě cesty: uplatněním nových technologií v rámci daného druhu dopravy (intramodální úspory), převodem dopravy na méně energeticky a klimaticky náročné dopravní módy (extramodální úspory). Page 11

12 Doprava osob v Praze Podíl na přepravních výkonech metro tramvaje autobusy železnice IAD Podíl na spotřebě energie metro tramvaje autobusy železnice IAD 22% 2% 3% 6% 0% 51% 12% 2% 12% 88% Jedna polovina cestujících spotřebuje 12 % energie, druhá polovina občanů spotřebuje 88 % energie. Výrok lipského soudu: člověk má právo na dopravu, nikoliv na použití určitého dopravního prostředku. To mu může být zakázáno. Page 12

13 Doprava osob v Praze Podíl na produkci CO 2 metro tramvaje autobusy železnice IAD Podíl na produkci zdraví škodlivých látek metro tramvaje autobusy železnice IAD 5% 6% 7% 6% 1% 83% 93% Podporovat současnou extenzivní podobu individuální automobilové dopravy výstavbou dalších komunikací, tunelů a okruhů i dalších parkovacích míst by bylo hrubou politickou chybou. Page 13

14 Nejen globální, ale i lokální exhalace Spalovací motory automobilů produkují kromě oxidu uhličitého, který způsobuje nevratné změny klimatu a které působí globálně, též další látky, které poškozují zdraví obyvatelstva. Výsledky šetření Ústavu experimentální medicíny Akademie věd ČR (Prof. Radim J. Šrám jsou závažné): snaha snížit spotřebu paliva spalováním při vysokých teplotách vede k oxidaci vzdušného dusíku a vzniku vysoce toxického NO 2, snaha snížit množství hrubých při zkouškách kontrolovaných hrubých prachových částic PM 10 (velikost 10 μm) vede k vysoké produkci při zkouškách nekontrolovaných jemných prachových částic PM 2,5 a PM 1 (velikost 2,5 μm a 1 μm). Tyto částice pronikají sliznicemi do krevního řečiště lidského těla (analogie:místo řízků jíme karbanátky), na jemné prachové částice se váží další polutanty hoření - polyaromatické uhlovodíky (PAH), zejména benzo (a) pyren, které a podporují vznik řady vážných chorob všech věkových skupin obyvatelstva. => Protesty obyvatelstva proti intenzivní automobilové dopravě jsou opodstatněné a oprávněné. Page 14

15 Udržitelná multimodální mobilita: nikoliv konkurence, ale kooperace dopravních módů Každý dopravní systém je potřebné používat v oblasti převažujícího působení jeho výhod, nikoliv v oblasti převažujícího působení jeho nevýhod: - poloprázdný autobus či vlak je vhodné nahradit automobilem. - dálnici plnou automobilů má logiku nahradit vysokorychlostní železnicí volba optimálního dopravního systému železnice vysokorychlostní železnice pěšky, kolo automobil autobus přepravní proud (osob/h) Page 15

16 Základní principy udržitelné bezemisní multimodální mobility (1): pohon Úplný odklon od používání jakýchkoliv spalovacích motorů: - vysoká energetická náročnost (2/3 energie paliva se mění ve ztrátové teplo), - produkce oxidu uhličitého způsobuje nežádoucí nevratné změny klimatu, - produkce jedovatých emisí vážně poškozuje lidské zdraví, - absence rekuperačního brzdění (neschopnost využívat kinetickou a potenciální energii). výhradní použití elektrické vozby - kombinace liniového napájení (silné přepravní proudy) a akumulátorového napájení (slabé přepravní proudy), - vazba na intenzivní pokrok v lithiových akumulátorů i liniového napájení (měničové trakční napájecí stanice, inteligentní sběrače), - vazba na intenzivní pokrok v oblasti elektrických trakčních pohonů (motory, měniče, řízení). Page 16

17 měrná energie (kwh/t) Od 20. století k 21. století: Moderní lithiové akumulátory pro osobní automobily již mají osminásobně větší měrnou energii, než olověné 250 Vývoj elektrochemických akumulátorů Ni CD Pb Li Fe PO4 Li Mn Ni Co C Page 17

18 Základní principy udržitelné bezemisní multimodální mobility (2): řízení vozidel Úplný odklon od manuálního řízení jakýchkoliv vozidel: Technicky principiálně zvládnuto (Průmysl 4.0: lidem tvořivou práci, strojům opakovanou práci), nyní ve fáze validace. Motivace: - veřejná hromadná doprava: optimalizace provozní koncepce a jízdních řádů bez ohledu na dostatek řidičů, mzdové náklady a zákoník práce, - individuální doprava: zpřístupnění automobilů všem vrstvám obyvatelstva bez ohledu na jejich věk, zdraví a schopnosti (autonomní automobil si přijede pro každého kamkoliv a kdykoliv). => není nutno plýtvat veřejnou hromadnou dopravou v oblastech slabé přepravní poptávky odstranění nehod způsobených nešikovností, nepozorností a nekázní řidičů, aktivní využití času stráveného cestováním (není potřeba ztrácet čas řízením) vznik nové kategorie veřejná individuální doprava (bezobslužné taxi) Page 18

19 Příklad: autonomní tramvaje Trendy: - lidé chtějí, aby tramvaje jezdily v krátkých intervalech (při přepravě na krátké vzdálenosti je doba čekání na tramvaj srovnatelná s dobou jízdy tramvají), - lidé si přejí nízké jízdné, ale mzdové náklady jsou podstatným nákladem městské hromadné dopravy. Strojvedoucí rychlovlaku přepraví za hodinu 500 osob na vzdálenost 200 km, řidič tramvaje přepraví za hodinu 50 osob na vzdálenost 20 km produktivita jeho práce je 100 nižší, - mladí lidé nechtějí vykonávat náročné a odpovědné povolání řidiče vozidel MHD. Postupim, září 2018: světová premiéra autonomní tramvaje. Praha, Brno, Olomouc 202X: běžný rutinní provoz Page 19

20 Základní principy udržitelné bezemisní multimodální mobility (3): vlastnictví vozidel Úplný odklon od vlastnictví jakýchkoliv vozidel: Automobil (elektrický, autonomní) nikoliv jako majetek, ale jako služba, jako jedna z moha aplikací na mobilním telefonu. Viz Aristoteles: bohatství není ve vlastnictví, ale v užití Nevýhody privátního vlastnictví automobilů: -průměrný automobil je v ČR využívám denně jen 24 minut (1,7 % času), zbývajících 23 hodin a 36 minut denně jen překáží a ztrácí svojí hodnotu, - každý zaparkovaný automobil představuje zhruba rok zbytečně vynaložené práce nějakého člověka, - velká prostorová náročnost parkování (mnohé parkovací pozemky mají vyšší hodnotu, než automobil, které na nich stojí). přichází vítaná možnost vrátit městům atraktivní plochy, dosud dočasně obsazené parkujícími automobily, významný růst produktivity práce a efektivnosti investic možnost zkrácení pracovní doby, delší dovolené a podobně. Věnujme se rodině, ne majetku. Page 20

21 Základní principy udržitelné bezemisní multimodální mobility (4): přirozená preference hromadné dopravy Ve směrech silných a pravidelné dopravy je logická orientace na veřejnou hromadnou dopravu, zejména kolejovou. Výhody hromadné dopravy jsou zásadní: - násobně nižší energetická náročnost, - výrazně vyšší dosažitelná rychlost (dlouhá štíhlá vozidla), - výrazně vyšší dosažitelné pohodlí (vetší prostor), - lepší využití času stráveného cestováním, - vyšší efektivita využívání investic do dopravních prostředků => individuální dopravu používat ve směru slabých a nepravidelných přepravních proudů (tam a jenom tam) Page 21

22 Základní principy udržitelné bezemisní multimodální mobility (5): kooperativnost a komplementárnost Nikoliv konkurence, ale vzájemná spolupráce jednotlivých druhů dopravy: - jednotlivé druhy dopravy aplikovat tam, kde vyniknou jejich výhody, nikoliv jejich nevýhody, - princip první a poslední mile (individuální dopravou k hromadné dopravě, individuální dopravou od hromadné dopravy, - využití moderní telematiky pro časovou a prostorovou návaznost jednotlivých druhů dopravy (komfortní přestupy) Page 22

23 Od konkurenceschopnosti ke kooperaceschopnosti Díky rozvoji techniky roste životní úroveň, lidská společnost se kultivuje. Všeobecný růst blahobytu již lidem umožňuje spokojeně žít i bez toho, že by museli s někým bojovat a ničit ho. Není čas na hrdinství. => ceněnou vlastností již není umět někomu konkurovat, porazit ho. => ceněnou vlastností je kooperativnost, umět se zapojit do procesu společné tvorby a spotřeby hodnot. => ceněnou vlastností je i komplementárnost nabídnout něco jiného, doplnit nabídku ostatních a novou hodnotu. Je potřeba včas rozpoznat, co bude společnost potřebovat, a umět ji to nabídnout. Page 23

24 Disruptivní inovace osobních automobilů Automobily nyní procházejí trojící zásadních inovací: - náhrada pohonu spalovacím motorem pohonem elektrickým Přelomový výrok lipského soudu: právo na zdraví je nadřazeno právu na použití určitého dopravního prostředku emisní vozidla lze zakázat, - náhrada nezabezpečeného manuálního řízení (SIL 0) zabezpečeným automatickým řízením lidem bude z bezpečnostních důvodů zakázáno řídit automobily, - náhrada vlastnictví automobilu službou automobil jako aplikace na mobilním telefonu lidé nebudou automobily vlastnit, ale budou je užívat (spontánní vznik segmentu veřejné individuální dopravy). Do výzkumu, vývoje a realizace těchto trendů jsou zapojeny miliony velmi kreativních techniků z průmyslu po celém světě a investovány stovky miliard USD/EUR. Je reálné očekávat úspěšnost těchto vývojových trendů. Page 24

25 sankce (EUR/vůz) sankce (Kč/vůz) Pozitivní přínos restrikce: Nařízení Evropského parlamentu a rady č. 443/2009 V rámci ochrany klimatu je požadováno, aby nové osobní automobily od roku 2020 plnily limit uhlíkové stopy 95 g CO 2 /km, což odpovídá spotřebě nafty 3,6 litr/100 km Při překroční této hodnoty (průměr za všechna vyráběná vozidla) bude pokutována částkou 95 EUR/g (tedy v přepočtu Kč za 1 litr/100 km nad limit 3,6 litr/100 km) sankce za uhlíkovou stopu (EU 443/2009) jmenovitá uhlíková stopa (g/km) sankce za uhlíkovou stopu (EU 443/2009) ,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 jmenovitá spotřeba nafty (litr/100 km) Page 25

26 Pozitivní přínos restrikce: Nařízení Evropského parlamentu a rady č. 443/2009 Exhalace jsou hodnoceny za celou flotilu roční produkce automobilů. Aby mohly automobilky nadále vyrábět a prodávat trhem požadované automobily se spalovacími motory, překračující limit 95 g CO 2 /km, musí do celkové produkce zařadit odpovídající počet bezemisních vozidel elektromobilů. Příklad: Konvenční automobily se spotřebou 4,9 litr/100 km (uhlíková stopa 130 g CO 2 /km) mohou tvořit jen 73 % roční produkce, zbývajících 27 % musí být elektromobily (s uhlíkovou stopou 0 g CO 2 /km): 0, g CO 2 /km + 0,27. 0 g CO 2 /km = 95 g CO 2 /km Proto automobilový průmysl tak intenzivně investuje do zahájení velmi početné sériové výroby elektrických automobilů v roce Příklad: koncern VW přidělil továrně v Mladé Boleslavi 50 miliard Kč na přestavbu výroby na produkci elektrických automobilů a komponent pro ně (akumulátory, trakční motory, ) i na vybudování infrastruktury pro nabíjení. Jen v Mladé Boleslavi v roce 2019 bude zřízeno zásuvek, na 10 obyvatel jedna. Page 26

27 Elektromobily V ČR je používán automobil především na krátké cesty: - průměrná přepravní vzdálenost: 32 km, - průměrný denní proběh: 29 km ( tedy méně, než jedna jízda denně), - průměrné denní využití: 24 min (tedy 23 hodin a 36 minut lze využít k nabíjení), - cca 95 % jízd je na vzdálenost do 120 km. Těmto požadavkům současné elektromobily plně vyhoví. Pro průměrný denní proběh 30 km je potřebné doplnit energii 6 kwh, což umožní i běžná zásuvka 230 V / 16 A za dvě hodiny v průběhu nočního spánku uživatele automobilu. Nebo při čekání na parkovišti P + CH + R. Stačí vybavit všechna místa, kde automobily běžně parkují (zejména po delší dobu), tedy u obytných budov, v zaměstnání, na veřejných prostranstvích obyčejnými nabíjecími zásuvkami nízkého výkonu. A ty inteligentně řídit. Nabíjecí zásuvka je mnohonásobně levnější, než pozemek pro parkovací místo. Page 27

28 Obnovitelné zdroje pro elektrické automobily Účinnost FV článků je zhruba 200 krát vyšší, než účinnost přeměny energie slunce na energii metylestru řepkového oleje (16 % versus 0,08 %). Metylester řepkového oleje je navíc aplikován ve spalovacích motorech, které jej vyžijí jen z jedné třetiny. Ve výsledku je FV elektrárna 600 krát efektivnější, než pěstování řepky. Řepka je v ČR pěstována na ha, do nafty se přidává 6 % metylesteru řepkového oleje. Pro pokrytí roční spotřeby průměrného automobilu v ČR stačí 12 m 2 FV článků. Energii pro 5,3 mil. elektromobilů dokáže zajistit FV elektrárna na rozloze ha. Zřízení FV elektráren na libovolné nepotřebné ploše odpovídající 2,3 % osevné plochy řepky zajistí výrobu elektřiny pro 100 % náhradu osobních automobilův ČR elektromobily. Zbývající řepková pole lze zalesnit, metylester řepkového oleje nebude potřeba. Page 28

29 dojezd (km) Použití povrchu karoserie automobilu k FV výrobě elektřiny (tištěné perovskitové články) => od května do srpna se FV elektromobil stačí na průměrný denní dojezd automobilu v ČR (29 km) nabít ze své karosérie nepotřebuje nabíjení ze sítě denní dojezd elektromobilu při povrchovém nabíjení 6 m2 50 půměrný automobil v ČR FV denní dojezd střední denní FV dojezd čas (měsíc) Page 29

30 doba nabíjeni (hh:mm/km) Použití povrchu karoserie automobilu k FV výrobě elektřiny (tištěné perovskitové články) => čtvrt hodiny slunečního svitu na zaparkovaný FV elektromobil stačí na 1 km následné jízdy rychlostí 100 km/h nepřímé solární napájení 6 m2: doba nabíjení sluncem pro následnou jízdu 0:20 0:18 0:16 0:14 0:12 0:10 0:08 0:06 0:04 0:02 0:00 jízda potmě jizda za slunce rychlost jízdy (km/h) Page 30

31 Asymetrie elektrizace železnic v ČR Před vice než padesáti léty bylo přijato rozhodnutí: a) tratě na jih od hlavního tahu Most Nymburk/Praha Olomouc - Ostrava Púchov Žilina - Čierna n/t elektrizovat střídavým systémem 25 kv, b) tratě na sever od hlavního tahu Most Nymburk/Praha Olomouc - Ostrava Púchov Žilina - Čierna n/t elektrizovat stejnosměrným systémem 3 kv. Bod a) byl naplněn (viz provedená elektrizace v oblasti Plzně, Českých Budějovic, Jihlavy, Brna, ). Bod b) nebyl naplněn (viz dodnes chybějící elektrizace v oblasti České Lípy, Liberce, Trutnova, Meziměstí, Jeseníku, Krnova, ) Důsledek: železnice v severní polovině ČR ustrnula na úrovni 19 století: - žádná elektrizace - drahá železniční doprava (vysoké náklady na energii a na údržbu), - pomalá železniční doprava (nízká výkonnost vozidel), - nepohodlná železniční doprava (stará recyklovaná vozidla), - žádné dvojkolejné tratě, - minimum rychlíků (rychlost do 100 km/h), - téměř žádné nákladní vlaky. Page 31

32 Asymetrie elektrizace železnic v ČR Page 32

33 náklady, výnosy (Kč/km) náklady, výnosy (Kč/km) Vliv elektrizace na výdaje objednatele veřejné osobní dopravy naftová vozba elektrická vozba 200 tržby kompenzace 200 tržby kompenzace náklady výnosy 0 náklady výnosy Page 33

34 měrné náklady (Kč/km) Vliv elektrického provozu na ekonomiku nákladní dopravy 450 měrné náklady nákladní vlakové dopravy (směrné hodnoty) vlak D vlak E automobil Elektrický provoz je nutnou podmínku uplatnění železnice v nákladní dopravě. Page 34

35 Asymetrie elektrizace železnic v ČR Proč byla v posledních padesáti létech elektrizována jen jižní, a nikoliv i severní část území ČR? Podstatná příčina chybějící elektrizace železnic v severní části ČR je ekonomická nevhodnost systému 3 kv pro dopravně méně zatížené tratě: - drahé těžké trakční vedení s velkými vodivými průřezy, -potřeba budovat velké množství trakčních napájeích stanic blízko od sebe a k nim též postavit přívodní vedení z třífázové elektrizační distribuční sítě, - nákladné předelektrizační úpravy pro zamezení zhoubných účinků bludných proudů na kovová zařízení uložená v zemi. negativní výsledek ekonomického hodnocení investic do elektrizace (CBA), nízké vnitřní výnosové procento (EIIR). Řešení: konverze napájecího systému železnic v ČR ze 3 kv na jednotné napájení 25 kv a to i na severu ČR (rozhodnutí CK MD ČR z ). Studie SUDOP Praha 2016:mezi Děčínem a Opavou stačí vybudovat 7 střídavých trakčních napájecích stanic místo 50 stejnosměrných. Page 35

36 Tradiční elektrizace tratí metodou Korálků na niti Trakční napájecí stanice jsou budována na zhruba stejnou rozteč podél trati v celé její délce Page 36

37 Nové (síťové) pojetí elektrizace 25 kv 50 Hz při systému jednotné fáze Náhrada metody Korálků na niti metodou Sluníček Trakční napájecí stanice tvoří hvězdice situované uprostřed velkých dopravních a průmyslových (energetických) uzlů společně pro více tratí. (dvoustranné spojité napájení, systém jednotné fáze) Page 37

38 Nové (síťové) pojetí elektrizace 25 kv 50 Hz při systému jednotné fáze Náhrada metody Korálků na niti metodou Rybí kost Trakční napájecí stanice vybudované podél hlavní trati mohou díky vysoké přenosové schopnosti trakčního vedení o napětí 25 kv napájet podstatně delší odbočné tratě, než při použití systému 3 kv Aplikací metod sluníček a Rybí kosti lze elektrizaci km železnic v severní části ČR provést systémem 25 kv jen s cca 7 trakčními napájecími stanicemi místo cca 50 při použití systému 3 kv. To zásadním způsobem mění reálnost elektrizace tohoto území. Page 38

39 Paradox dopravy na severu ČR Železnice: - infrastruktura na úrovni předminulého století, bez elektrizace, -vozidla na úrovni minulého století, vesměs naftová, produkující emise poškozující klima i zdraví obyvatelstva. pomalé, nepohodlné, neatraktivní, neefektivní, emisní. Silnice: - infrastruktura výkonnější, rychlejší a přímější než železnice, - vozidla na úrovni současnosti.zatím emisní, ale za pár let bezemisní. Na náklady soukromého kapitálu se v průběhu dvou let Mladá Boleslav promění ve vzorové město elektromobility. Ilustrace z knihy Nikolaje Nosova Neználek ve slunečním městě doznají naplnění. Nikoliv jen výroba, ale i prodej stovek tisíc elektromobilů ročně je pro automobilový průmysl již od roku 2021 existenční otázku. Sankce za emisní vozidla převyšují EBIT z jejich prodeje. Proto automobilky raději podpoří provoz bezemisních vozidel a tím stimulují jejich odbyt. Page 39

40 Vyřešení dluhu v železniční dopravě na severu ČR Upgrade železnice na severu ČR je nutností. Elektrizace (již systémem 25 kv) je její součástí, která pomůže zajistit: - zvýšení rychlosti, výkonnosti, komfortu a hospodárnosti dálkové osobní železniční dopravy, zvýšení rychlosti, výkonnosti, komfortu a hospodárnosti regionální osobní železniční dopravy. A to kombinací liniového napájení vozidel na hlavních tratích a akumulátorového napájení vozidel na vedlejších tratích plně bezemisní provoz Liniové trakční vedení poskytuje energii: - vozidlům provozovaným na elektrizovaných tratích, - k nabíjení akumulátorů dvouzdrojových vozidel (za jízdy či za stání) provozovaným na odbočných tratích bez liniové elektrizace. Nabídkou rychlé, výkonné a cenově dostupné nákladní dopravy přispěje elektrizace tratí k odlehčení silnic převedením nákladní dopravy ze silnic na železnice. Page 40

41 A co železnice? Vraťme se do roku 2010 a položme si několik otázek týkajících se osobní železniční dopravy v ČR: - za kolik let se zvýší přepravní výkon osobní železniční opravy v ČR na 144 %? - za kolik let se zvýší střední přepravní vzdálenost železnicí ze 40 km na 52 km? - za kolik let se zvýší podíl železnice na přepravních výkonech na 1,24 násobek? - za kolik let se zvýší přepravní výkon mezistátní dopravy na 4,7 násobek? za kolik let se zvýší přeprava cestujících dálkové dopravy mezi Prahou a vzdálenými kraji (mimo Středočeského) v součtu všech na 2 násobek? - za kolik let se zvýší přepravní výkon dálkové dopravy mezi Prahou a vzdálenými kraji (mimo Středočeského) v součtu všech na 2,4 násobek? - za kolik let se zvýší přeprava osob mezi Prahou a Brnem (JMK) na 4,5 násobek? - za kolik let se zvýší podíl součtu mezistátní dopravy a dopravy ze vzdálených krajů do Prahy na přepravních výkonech české železnice z 29 % na 56 %, tedy téměř dvakrát? Asi bychom nevěřili tomu, že na všechny tyto otázky existuje stejná odpověď: za 7 let, již v roce 2017 Page 41

42 index (%) Železnice se stala nejintenzivněji a nejstabilněji rostoucím druhem osobní dopravy v ČR (přepravní výkony vzrostly mezi roky 2010 a 2017 o 44 %) přepravní výkony osobní dopravy v ČR (2010: 100 %) 150 celkem železnice autobusy letadla MHD IAD letopočet (rok) Page 42

43 Podíl železnice na přepravních výkonech osobní dopravy postupně roste (podíl železnice na přepravních výkonech vzrostl mezi roky 2010 a 2017 na 1,24 násobek) podíl na přepravních výkonech osobní dopravy (ČR, 2010) podíl na přepravních výkonech osobní dopravy (ČR, 2017) 6,2% 7,6% 9,7% 9,0% 59,4% železnice 10,2% autobusy letadla MHD IAD 14,6% 59,9% 9,1% 14,4% železnice autobusy letadla MHD IAD Page 43

44 přepravní výkon (%) Osobní železniční doprava roste třikrát rychleji, než bylo v roce 2010 předpokládáno při tvorbě dopravní sektorové strategie. Přepravních výkonů, které měla dosáhnout v roce 2032, dosáhla již v roce Trend růstu přepravních výkonů osobní železniční dopravy železnice DSS železnice skutečnost letopočet (rok) Page 44

45 počet automobilů (vůz) střední přepravní vzdálenost (km) Obyvatelstvo ČR se naučilo kombinovat automobilovou a železniční dopravu. Tempem růstu počte automobilů roste střední přepravní vzdálenost železnicí (ze 40 na 52 km), zatímco střední přepravní vzdálenost autem zvolna klesá (ze 32 na 31 km) souvislost rozvoje automobilizace se způsobem použití železnice počet automobilů IAD střední přepravní vzdálenost IAD střední přepravní vzdálenost železnice Page letopočet (rok)

46 stupeň automobilizace (%) podíl železnice na přepravních výkonech (%) Soulad růstu stupně automobilizace s růstem podílu železnice na přepravních výkonech potvrzuje oblibu dojíždění autem na vlak souvislost stupně automobilizace s podílem železnice stupeň automobilizace podíl železnice na přepravních výkonech 54 8,0 53 7,8 52 7,6 51 7,4 50 7,2 49 7,0 48 6,8 47 6,6 46 6,4 45 6,2 44 6,0 43 5,8 42 5, letopočet (rok) Page 46

47 index (%) přeprava (osob/den) Nastal intenzivní rozvoj dálkové železniční dopravy mezi Prahou a kraji (přeprava cestujících vzrostla mezi roky 2010 a 2017 na 198 %) cestování železnicí z Prahy a do Prahy (mimo Prahu a Středočeský kraj) relativně letopočet (rok) absolutně Page 47

48 index (%) Modernizované tratě a nová vozidla zvýšily atraktivitu přepravní nabídky dálkové železniční dopravy cestování železnicí z Prahy a do Prahy (rok 2010: 100 %) letopočet (rok) Středočeský a Praha Jihočeský Plzeňský Karlovarský Ústecký Liberecký Královéhradecký Pardubický Vysočina Jihomoravský Olomoucký Zlínský Moravskoslezský celkem mimo SČ a Prahu Page 48

49 podíl na přepravních výkonech (%) Růst kvality přepravní nabídky ve 2. vozové třídě vede k tomu, že lidé již nemusejí hledat pohodlí jen v 1. vozové třídě (podíl 1. třídy na přepravních výkony klesl mezi roky 2010 a 2017 ze 6 % pod 4 %) 8 přepravní výkony osobní železniční dopravy v 1. třídě (celek 100 %) letopočet (rok) Page 49

50 přepravní výkony (%) Kvalita přepravní nabídky indukovala růst přepravní poptávky po mezistátní osobní železniční dopravě, její přepravní výkony vzrostly mezi roky 2010 a 2017 na 467 % přepravní výkony mezistátní osobní železniční dopravy v ČR letopočet (rok) Page 50

51 přeprava (osob/den) Avšak pozor: zejména rozlišná kvalita infrastruktury vede k velkým rozdílům mezi jednotlivými kraji cestování železnicí z/do Prahy 2017 kraj osob/den Jihočeský Plzeňský Karlovarský Ústecký Liberecký 454 Královéhradecký Pardubický Vysočina Jihomoravský Olomoucký Zlínský Moravskoslezský celkem cestování železnicí z Prahy a do Prahy 2017 Page 51

52 index růstu (%) Rozdíly, primárně určené stavem infrastruktury, se stále prohlubují vývoj cest. želez. z/do Prahy 2017/2010 kraj % Jihočeský 182 Plzeňský 198 Karlovarský 223 Ústecký 74 Liberecký 123 Královéhradecký 173 Pardubický 179 Vysočina 126 Jihomoravský 452 Olomoucký 338 Zlínský 240 Moravskoslezský 349 celk. v přepr. osob 198 celk. v přepr. výk vývoj cestování železnicí z Prahy a do Prahy (rok 2017 proti roku 2010) Page 52

53 přeprava (osob/den) Cestování železnicí mezi kraji (nárůst na 103 %) významně zaostává za cestováním mezi kraji a Prahou (nárůst na 198 %). přeprava osob železnicí v ČR mezi kraji a Prahou mezi kraji navzájem (mimo Prahu) letopočet (rok) Page 53

54 přeprava (osob/den) Železnice je náležitě využívána jen mezi kraji, kterými procházejí již dokončené modernizované národní tranzitní železniční koridory cestování železnicí z/do jiných krajů kromě Prahy Page 54

55 index růstu (%) Růst přepravy cestování železnicí mezi kraji je největší v krajích, kterými procházejí již modernizované národní tranzitní železniční koridory. 140 vývoj cestování železnicí z/do jiných krajů kromě Prahy (rok 2017 proti roku 2010) Page 55

56 přeprava (osob/den) poměr (%) Přepravní poptávka po regionální železniční dopravě interně v rámci krajů: po mírném růstu stagnace (přepravní výkony vzrostly mezi roky 2010 a 2017 o 4 %) denní přeprava osob železnicí v rámci krajů přeprava osob poměrně k roku letopočet (rok) Page 56

57 přeprava (osob/den) Mezi rolí železnice v regionální dopravě je mezi jednotlivými kraji zásadní rozdílnost, významně ovlivněná kvalitou přepravní nabídky a ta je limitována stavem infrastruktury cestování železnicí interně v rámci kraje 2017 cestování žel. interně v rámci kraje 2017 kraj osob/den Praha a Praha - SČ Středočeský Jihočeský Plzeňský Karlovarský Ústecký Liberecký Královéhradecký Pardubický Vysočina Jihomoravský Olomoucký Zlínský Moravskoslezský celkem Page 57

58 index růstu (%) Dynamika růstu přepravních výkonů regionální železniční dopravy interně v rámci krajů je významně limitována kapacitou dráhy není kam růst vývoj cest. žel. Int. v rámci kraje 2017/2010 kraj % Praha a Praha - SČ 125 Středočeský 104 Jihočeský 82 Plzeňský 83 Karlovarský 78 Ústecký 126 Liberecký 151 Královéhradecký 85 Pardubický 90 Vysočina 82 Jihomoravský 102 Olomoucký 98 Zlínský 69 Moravskoslezský 84 celkem vývoj cestování železnicí interně v rámci kraje Page 58

59 poměrný HDP (PPS/obyv) O prosperitě státu nerozhoduje hustota, ale kvalita železniční sítě EU 2015 stát délka žel. sítě km/mil. obyv HDP PPS/obyv Belgie Česká republika Dánsko Finsko Francie Irsko Itálie Lucem bursko Maďarsko Něm ecko Nizozem í Polsko Portugalsko Rakousko Řecko Slovenská republika Spojené Království Španělsko Švédsko vliv délky železniční sítě zemí EU na HDP (2015) poměrná délka železniční sítě (km/mil. obyv) Page 59

60 poměrný HDP (Kč/obyv) O prosperitě regionu nerozhoduje hustota, ale kvalita železniční sítě ČR 2016 kraj délka žel. sítě km/mil. obyv HDP Kč/obyv Hl.m. Praha Středočeský kraj Praha a Středočeský kraj Jihočeský kraj Plzeňský kraj Karlovarský kraj Ústecký kraj Liberecký kraj Královéhradecký kraj Pardubický kraj Kraj Vysočina Jihom oravský kraj Olom oucký kraj Zlínský kraj Moravskoslezský kraj Česká republika - celkem vliv délky železniční sítě krajů ČR na HDP (2016) poměrná délka železniční sítě (km/mil. obyv) Page 60

61 přepravní výkon (mil. os km/rok) dopravní výkon (mil. brutto tkm/rok) Přepravní výkony osobní železniční dopravy (os km) rostou v ČR rychleji (o 44 % za 7 let), než dopravní výkony osobní železniční dopravy (brutto tkm) v ČR (o 8 % za 7 let). => rozvoj osobní železniční dopravy v ČR není extenzivní, nýbrž velice intenzivní osobní železniční doprava v ČR přepravní výkon dopravní výkon letopočet (rok) Page 61

62 cestijících (osob/vlak) hmotmost na osobu (brutto t/os) Rozvoj osobní železniční dopravy není extenzivní, nýbrž intenzivní: - roste průměrný počet cestujících ve vlaku, - klesá hmotnost vlaku na jednoho cestujícího osobní železniční doprava v ČR osob na vlak hmotnost na osobu 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 0, letopočet (rok) Page 62

63 dopravní výkon k roku 2010 (%) Mezi roky 2010 a 2017 vrostly přepravní výkony o 44 %, ale dopravní výkony jen o 8 %. Mezi roky 2010 a 2017 vrostly přepravní výkony o 44 %, ale vlakové výkony jen o 5 %. osobní železniční doprava dopravní výkon vlakový výkon přepravní výkon k roku 2010 (%) To jsou nepochybně pozoruhodné výsledky. Ale pozor, čerpání vnitřních rezerv má své meze, tato cesta již dále nevede, investice do vozidel jsou nutností. Page 63

64 Dynamika růstu přepravních výkonů železnice se stupňuje (přepravní výkony vzrostly mezi roky 2016 a 2017 o 7,4 %) osobní železniční doprava letopočet rok rozdíl poměr (%) přeprava osob/rok ,2 přepravní výkon os km/rok ,4 střední přepravní vzdálenost km 49,4 51,9 2,5 105,1 meziroční přírůstek přeprava osob/rok přepravní výkon os km/rok střední přepravní vzdálenost km 169,8 referenční souprava (TSI, 200 km/h, ETCS) počet sedadel sedadel 450 střední obsazení % 50 střední denní běh km/den disponibilita % 85 přepravní výkon jedné soupra os km/rok nárůst počtu souprav souprav/rok 9,4 Vedle nutné obměny (průměrné stáří vozů na EC/IC vlacích je 34 let) je jen ke zvládnutí meziročního přírůstku cestujících potřeba zvýšit kapacitu dálkových vlaků o dalších 66 nových čtyřnápravových vozů každým rokem. Page 64

65 přeprava (osob/den) S růstem suburbanizace roste i obliba příměstských vlakových spojení (přepravní výkony vzrostly mezi roky 2010 a 2017 o 25 %). Železnice však již však naráží na své kapacitní možnosti denní přeprava osob železnicí mezi Prahou a Středočeským krajem plus Praha interně letopočet (rok) Page 65

66 Řešení pro zatížené příměstské tratě velkokapacitní semidvoupodlažní elektrické jednotky Page 66

67 Nové pojetí kombinovaných vozidel trolej / akumulátor: IPEMU Stav techniky: dojezd 80 až 100 km, rychlé nabíjení několikrát denně přes sběrač proudu z trakčního vedení (za jízdy nebo při stání vozidla): - obsluha neelektrizovaných tratí délky 40 až 50 km při dostupnosti trakčního vedení na jednom konci, - obsluha neelektrizovaných tratí délky 80 až 100 km při dostupnosti trakčního vedení na obou koncích. Ekonomické přednosti: - využití investic vložených do elektrizace hlavních tratí též k zajištění provozu na vedlejších tratích, - vysoká produktivita vozidel i personálu na dlouhých vozebních ramenech. Page 67

68 Nové pojetí kombinovaných vozidel trolej / akumulátor: IPEMU IPEMU (Independently Powered Electric Multiple Unit) a) na hlavních elektrizovaných tratích využívají trakční vedení nejen k pohonu, ale i k nabíjení akumulátoru, b) na odbočných vedlejších tratích nepotřebují trakční vedení čerpají energii z akumulátoru. Přednosti: atraktivní rychlá a pohodlná bezpřestupová doprava z centra regionu i do odlehlých oblastí, tichý a čistý bezemisní provoz i na tratích bez trakčního vedení, nabíjení za jízdy po elektrizovaných tratích či při pobytu v elektrizovaných stanicích (bez ztráty času a bez potřeby budovat nabíjecí zařízení), po elektrizaci tratě není nutno měnit vozidla (jen je možno přestat udržovat akumulátor). Page 68

69 Bez emisí i na neelektrizovaných tratích P L V S M L liniové trakční vedení, P sběrač proudu, V vstupní obvod, A N/V S pulzní střídač, M trakční motor, A akumulátor, N/V nabíjecí a vybíjecí měnič. Provozní režimy: jízda na elektrizované trati při napájení z trakčního vedení, jízda na neelektrizované trati při napájení z akumulátoru, nabíjení akumulátoru z trakčního vedení za jízdy nebo při stání. Page 69

70 Nástroj k intramodálním úsporám: inovace v oblasti železničních vozidel Akumulátor má vysokou hmotnost. Tu je potřebné ušetřit jinde. Řešením jsou lehké podvozky s vnitřním rámem. - tradiční podvozek s vnějším rámem (100 % hmotnost) - moderní podvozek s vnitřním rámem (63 % hmotnosti) Page 70

71 Řešení pro částečně elektrizovanou železniční síť: dvouzdrojová vozidla trolej / akumulátor - dojezd 80 až 100 km, - nabití z trakčního vedení: 15 až 20 minut, - životnost akumulátoru: 15 let Page 71

72 Budování vysokorychlostních železnic v ČR: prvé tři ke stavbě připravované úseky (zdroj: GŘ SŽDC) Page 72

73 Vysokorychlostní železnice Není důvod ztrácet čas (2 hodiny) a energii (75 kwh a 19 kg CO 2 na osobu) jízdou automobilem z Prahy do Brna. Vysokorychlostní vlak to zvládne za 50 minut (centrum centrum), respektive za 40 minut (terminál P + CH + R Štěrboholy terminál P + CH + R Lískovec) k práci využitelného času (train office). Spotřebuje k tomu jen 14 kwh a 6 kg CO 2 (perspektivně OZE: 0 kg CO 2 ) na osobu. jedna cesta jednoho cestujícího Praha - Brno automobil CR vlak HS vlak doba cesty (min) spotřeba energie (kwh) uhlíková stopa (kg CO2) Page 73

74 Řešení pro zvýšení výkonnosti a kvality železnic: vysokorychlostní železniční systém Trend technických inovací: Velaro Novo - rychlost 250 až 360 km/h, - zvýšení přepravní kapacity o 10 %, - snížení hmotnosti o 15 %, -snížení spotřeby energie o 30 %, - snížení investičních nákladů o 20 %, - snížení nákladů na údržbu o 30 %. Page 74

75 Pohled vpřed Dvacáté století skončilo před 18 lety, nemá logiku ztrácet čas a peníze technologiemi minulosti. Je velmi aktuální připravit si vizi bezemisní udržitelné mobility a tu koordinovanými kroky postupně naplňovat. Cíle pro rok 2019 musí vést k cílům pro rok Page 75

76 Děkuji Vám za Vaši pozornost! Jiří Pohl Siemens Mobility, s.r.o. Siemensova Praha 13 Czech Republic jiri.pohl@siemens.com Page 76