Přínosy ETCS (European train control system)

Transkript

1 Přínosy ETCS (European train control system) ke zvýšení bezpečnosti, hospodárnosti a výkonnosti železniční dopravy Siemens, s.r.o., Divize Mobility Všechna práva vyhrazena. Strana 1 Ing. Jiří Pohl / MO Engineering

2 Světová klimatická konference Paříž prosinec 2015 Podle zákona zachování hmoty se při spalovaná uhlí, nafty i zemního plynu stěhuje uhlík v podobě CO 2 z podzemí na oblohu, do zemského obalu. Oproti době předindustriální jsme již na nebi zvýšili množství oxidu uhličitého z cca miliard tun (280 ppm) na současných cca miliard tun (400 ppm) a střední roční teplotu země jsem zvedli o téměř 1 C. V prosinci 2015 se 147 státníků a reprezentantů ze 196 zemí na CPP 21 v Paříži dohodlo, že by oteplení nemělo přesáhnout 1,5 až 2 stupně. K naplnění tohoto cíle můžeme do zemského obalu poslat již jen: a) 844 miliard tun CO 2 (pro oteplení o 1,5 C), b) miliard tun CO 2 (pro oteplení o 2 C). Strana 2

3 Pokračování současné progrese (cílové oteplení k roku 2100: 4,0 C) 1,5 C 2 C Strana 3

4 Evropská rada Summit 23. a 24. října 2016 Závěry o rámci politiky v oblasti klimatu a energetiky do roku 2030 (SN 79/14) Cíle: 1)snížit emise skleníkových plynů alespoň o 40 % oproti roku 1990, 2)zvýšit podíl energie z obnovitelných zdrojů na 27 %, 3)zvýšit energetickou účinnost o 27 % rok snížení produkce CO 2-20 % - 40 % zvýšení podílu obnovitelných zdrojů + 20 % + 27 % zvýšení energetické účinnosti + 20 % + 27 % Strana 4

5 Doprava je významným producentem CO 2 Železnice však dokáže být nezávislá na kapalných palivech Doprava jako celek lodě letadla automobily kapalná uhlovodíková paliva kolejová doprava elektřina jen kolejová doprava má technicky vyřešenou a hromadně aplikovanou alternativu za kapalná uhlovodíková paliva ČR: elektrická vozba zajišťuje 90 % nákladní železniční dopravy Strana 5

6 Vývoj mobility v EU cíle Programový dokument EU Plán jednotného evropského dopravního prostoru EU KOM (2011) 144 (březen 2011) má tři základní a kvantifikovatelné cíle: a) neomezovat, naopak rozvíjet mobilitu, neboť ta je součástí hospodářského, společenského i rodinného života, b) zbavit mobilitu závislosti na kapalných uhlovodíkových palivech (zejména na ropě), která v současnosti pokrývají 96 % energie pro dopravu v EU, neboť jde o perspektivně nedostatkové, drahé a do EU importované zboží (v roce 2010 dovezla EU ropu za 210 miliard EUR), c) zásadním způsobem snížit produkci CO 2 dopravou, a to ve srovnání s výchozí úrovní roku 2008 o 20 % do roku 2030 a o 70 % do roku 2050 Pokud se nebudeme závislostí na ropě zabývat, mohla by být schopnost občanů cestovat, jakož i naše ekonomická bezpečnost značně ohrožena, a to by mohlo mít nedozírné následky na inflaci, obchodní bilanci a celkovou konkurenceschopnost ekonomiky EU. EU KOM (2011) 144 Strana 6

7 Vývoj mobility v EU nástroje podle EU KOM (2011) 144 Ve snaze neomezovat mobilitu ani po eskalaci cen ropy je preferována doprava v elektrické trakci: z městské dopravy postupně vyloučit automobily se spalovacími motory (prioritní orientace na hromadnou dopravu s elektrickou trakcí) nákladní dopravu nad 300 km převést ze silnic a dálnic na železnici příměstskou dopravu převést ze silnice na železnici meziměstskou silniční dopravu nahradit železnicí (osobním automobilům a autobusům zůstane operativní a venkovská doprava) leteckou dopravu nad pevninou nahradit železnicí (letadla zůstanou pro lety přes oceán) Strana 7

8 Usnesení vlády ČR č. 362 ze dne Státní energetická koncepce České republiky Úkol pro dopravu: snížit do roku 2030 spotřebu ropných paliv o 9 miliard kwh/rok Strana 8

9 Usnesení vlády ČR č. 362 ze dne Státní energetická koncepce České republiky Úkol pro dopravu: do roku 2030 zvýšit uplatnění elektřiny v dopravě o 1,9 mld. kwh/rok Strana 9

10 Železnice: nástroj ke snížení energetické náročnosti dopravy Měrný trakční odpor vlaku je 3 krát menší, než měrný trakční odpor automobilu. Účinnost elektrické vozby je 2,5 krát větší, než účinnost pohonu spalovacím motorem. Převedení silniční dopravy na elektrifikovanou železnici snižuje spotřebu energie pro dopravu 7,5 násobně (3 x 2,5 = 7,5) 1 kwh elektrické energie ze sítě nahradí 7,5 kwh energie nafty (0,75 litru) => cíl SEK nahradit ročně 9 TWh ropných paliv 1,9 T Wh elektřiny je splnitelný Strana 10

11 Příklad: doprava ISO kontejnerů 1 TEU = dvacetistopý kontejner rozměry: 8 x 8 x 20 2,438 m x 2,438 m x 6,096 m, hmotnost cca 15 t Silniční doprava 1 automobil 2 TEU, 90 km/h spotřeba 48 litrů nafty (s tepelným obsahem 10 kwh/litr) na 100 km => 0,24 litru nafty na 1 kontejner a 1 km => 2,4 kwh na 1 kontejner a 1 km Železniční doprava 1 vlak, 92 TEU, 100 km/h spotřeba 28 kwh elektrické energie na 1 km => 0,3 kwh na 1 kontejner a 1 km => jeden vlak nahradí 46 nákladních automobilů => spotřeba energie pro dopravu jednoho kontejneru je 8 krát menší Strana 11

12 Železniční nákladní doprava: moderní přepravy intenzivně rostou Strana 12

13 Nedostatek řidičů odchází ročně z pracovního procesu až starých do důchodu přichází ročně do pracovního procesu mladých (71 % VŠ) ročně bude ubývat pracovníků ročně bude ubývat pracovníků bez vysokoškolského vzdělání Porovnání efektivnosti využívání pracovních sil: řidič nákladního automobilu dokáže přepravit zboží o hmotnosti 30 t strojvedoucí nákladního vlaku dokáže přepravit zboží o hmotnosti t deficitní pracovní síla je na železnici 50 x efektivněji využita, než na silnici Strana 13

14 Struktura zdrojů energie pro dopravu v ČR Podíl uhlovodíkových paliv na energiích pro dopravu činí 97 % (17,7 kwh/obyv./den), Podíl elektřiny na energiích po dopravu je jen 3 % (0,6 kwh/obyv./den). I takto malý (3 %) podíl elektrické energie však v ČR zajišťuje: - 16 % přepravních výkonů osobní dopravy, - 20 % přepravních výkonů nákladní dopravy. => to dokládá vysokou efektivitu elektrické vozby, zejména kolejové. Strana 14

15 Podíl elektrické vozby na přepravních výkonech nákladní dopravy přepravní výkony (mil.tkm/rok) železnice elektřina ,6% železnice nafta ,0% silnice ,8% plavba 693 1,0% letadla 24 0,0% ropovody ,7% celkem ,0% z toho el. trakce ,3% Strana 15

16 Energetická náročnost nákladní dopravy Strana 16

17 Energetická náročnost nákladní dopravy (ČR 2015) Strana 17

18 Volnost vodních dopravních cest Strana 18

19 Volnost vzdušných dopravních cest Strana 19

20 Svoboda pohybu po evropských silnicích a dálnicích Strana 20

21 Realita evropských železnic 5 elektrických napájecích systémů 25 kv / 50 Hz 15 kv / 16,7 Hz 3000 V DC 1500 V DC 750 V DC Strana 21

22 Realita evropských železnic 24 systémů národních vlakových zabezpečovačů čů LS Strana 22

23 Tudy cesta nevede Na stanoviště strojvedoucího a na spodek vozidla nelze umístit komponenty všech 24 v Evropě zavedených systémů vlakových zabezpečovačů čů Strana 23

24 Interoperabilita Interoperabilitou se rozumí technická, technologická a provozní propojenost evropského železničního systému. Příslušné požadavky jsou uvedeny v ustanoveních Technických specifikací pro interoperabilitu (Technical Specification for Interoperability - TSI) Strana 24

25 Požadavky TSI Cíle TSI: - bezpečnost, - spolehlivost, - ochrana zdraví, - ochrana životního prostředí, - technická kompatibilita Rozsah působnosti TSI: - do roku 2010: tratě zařazené do sítě TRN - T (Trans European Network Transport), v ČR 27 % sítě, - od roku 2010: veškeré veřejné železnice v Evropě (včetně ČR dráhy celostátní) => pokud železnice je, tak musí být bezpečná, spolehlivá, zdraví a přírodě neškodná a technicky kompatibilní Strana 25

26 ERTMS ERTMS (European Rail Traffic Management System) je jednotný evropský systém řízení a zabezpečení železnic, který zahrnuje: - EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced Network) jednotný evropský systém hlasového a datového radiového spojení na bázi GSM R (Global System for Mobile communications Railway), -ETCS (European Train Control System) jednotný evropský vlakový zabezpečovač Principem ERTMS je aplikace moderních komunikačních technologií na železnici s cílem zajistit bezpečnost vlakové dopravy, vysokou výkonnost a hospodárnost železnice. Strana 26

27 Účel ETCS Poslušný vlak: -rozjede se, jen když smí, -jede jen přikázaným směrem, -jede jen tak rychle, jak mu je povoleno, -zastaví tam, kde to má nařízeno. A to nezávisle na chybě strojvedoucího, nebo ATO (Automatic Train Operation - automatické vedení vlaku). Strana 27

28 Základní princip ETCS: řízený pohyb vlaků Jako Golemův šém: - vlak dostává z trati oprávnění k jízdě MA (Movement Auhority), které obsahuje adresně pro daný vlak vytvořený aktuální statický rychlostní profil - podle brzdových schopností vlaku si vozidlová část ETCS vypočte svůj dynamický rychlostní profil a ten průběž ěžně konfrontuje se skutečnou rychlostí jízdy vlaku v případě překročení limitní rychlosti vydává povel k brždění Strana 28

29 Statický rychlostní profil trati Statický rychlostní profil trati je dán: - trvalými omezeními rychlosti (rychlostníky), - přechodnými omezeními rychlosti (pomalé jízdy). Strana 29

30 Aktuální statický rychlostní profil vlaku Aktuální statický rychlostní profil vlaku je dán: - statickým rychlostním profilem trati, - podmínkami dopravního provozu (jízda přes výhybky sníženou rychlostí, zastavení na konci vlakové cesty, ). V (km/h) ,5 1 1,5 2 2,5 3 L (km) 60 0 Strana 30

31 Aktuální dynamický rychlostní profil vlaku Aktuální dynamický rychlostní profil vlaku je dán: - aktuálním statickým rychlostním profilem vlaku, - brzdnými schopnostmi tohoto konkrétního vlaku. Strana 31

32 Průběž ěžná kontrola rychlosti (vlak smí jet jen tam, a jen tak rychle, jak má dovoleno) dynamický rychlostní profil (limitní rychlost) v L 0 = T 0 v dráha ujetá za dobu prodlevy skutečná brzdná křivka v = 2a L b skutečný průběh rychlosti 1 nouzová brzda 0 bod zastavení 0 L b L Strana 32

33 Vybavení vozidla DMI (Driver Machine Interface) ETCS - display na stanovišti strojvedoucího Strana 33

34 Jak se vlak dozví, kde je? - přečte si svoji polohu podle balíz (bójek) umístěných na trati (inteligentní kilometrovník), - mezi nimi si doměří svoji polohu odometrem (měřičem vzdálenosti) Strana 34

35 ETCS informační a komunikační body na trati Eurobalízy Strana 35

36 Vybavení vozidla Balízová anténa Účel: předávání dat z trati na vlak z balíz uložených v kolejišti Strana 36

37 Odometrie měř ěření ujeté dráhy Výpočet polohy vlaku: x = x b + x j x. poloha vlaku x b poloha kontrolního bodu balízy x j. ujetá dráha od posledního kontrolního bodu čidlo ujeté dráhy snímač balízy balíza Problém impulzního čidla ujeté dráhy: možný rozdíl posuvné a valivé rychlosti (při smyku) zdvojení (redundance), doplňkové radary (přímé měření posuvné rychlosti) Strana 37

38 Vybavení vozidla radar Pomocná součást odometrie - snímání posuvné rychlosti (pro eliminaci chyb způsobených smykem dvojkolí vybavených impulsním čidlem ujeté dráhy) Strana 38

39 Jak se vlak dozví, jak rychle (a zda vůbec) můž ůže jet? - pošle mu je formou oprávnění k jízdě (MA) radiobloková centrála prostřednictvím radiového spojení GSM R Strana 39

40 Vybavení vozidla EVC European Vital Computer řídící počítač vlakového zabezpečovače Strana 40

41 Vybavení vozidla vozidlová hovorová radiostanice GSM - R Strana 41

42 Vybavení vozidla záznamové zařízení JRU Juridical recorder záznam průběhu jízdy ( černá skříňka ) Strana 42

43 ETCS Level 2 GSM-R RBC stavědlo ETCS TVDI pevná balíza kilometrovník pevná balíza kilometrovník Strana 43

44 Cíle ETCS a) bezpečnost železniční dopravy vlak je poslušný: - jede jen tak rychle, jak je mu povoleno, - zastaví tam, kde má. Cílem je zásadní snížení počtu nehod způsobených chybou strojvedoucího přehlédnutím nebo nerespektováním návěsti. Strana 44

45 Cíle ETCS b) technická kompatibilita - jednotný systém pro celou Evropu (výrobně i aplikačně), - jednotný systém pro konvenční (CR) i vysokorychlostní (HS) železnice - možnost využití komponent mobilní části vlakového zabezpečovače i na tratích vybavených dosavadními národními systémy (třídy B) národní STM moduly Strana 45

46 Cíle ETCS c) vysoká funkčnost - zvýšení rychlosti jízdy vlaků až na limity vozidel, - možnost energeticky optimálního řízení jízdy vlaků se znalostí situace na trati před vlakem, - zvýšení propustné výkonnosti tratí (kratší odstup mezi vlaky), - zvýšení využitelnosti tratí a stanic jistota zastavení u návěstidla bez prvků boční ochrany, jízda sníženou rychlostí jen tak pomalu a jen tam, kde je to opravdu nutné, - ETCS je základním krokem k automatickému řízení vlakové dopravy (ATS Automatic Train Supervision) Strana 46

47 Cíle ETCS d) úspornost - nepotřebnost hlavních návěstidel - možnost smíšeného provozu se staršími systémy (pomocí národních STM modulů - Specific Transmission Module), - tržní dostupnost otevřenost jednotné standardy parametrů a rozhranní pro všechny dodavatele komponent systému, - Evropská certifikace (zjednodušení, zlevnění a zkrácení schvalovacích procedur), - vyšší využitelnost vozidel (mezistátní vozební ramena), - energeticky optimální řízení jízdy vlaku na základě znalosti situace na trati před vlakem. Strana 47

48 Polarizace železniční sítě v ČR (Paretovo pravidlo: 20 % příčin má 80 % následků) Jak osobní, tak zejména nákladní přeprava, se soustřeďuje na malou část sítě. Tratě TEN-T v ČR: 27 % délky sítě, 84 % dopravních výkonů. Strana 48

49 Národní implementační plán GSM - R v České republice 2007 Priorita Trať Délka (km) TŽK Kolín -Břeclav -st.hr. A a SK - dokončení vybavení 1 TŽK 2. TŽK Břeclav -Petrovice u K. 3. TŽK Dětmarovice - Mosty u J.; Polanka n. O. - Č. Těšín 3. TŽK Č. Třebová- Přerov 3. TŽK Praha -Plzeň-Cheb 4. TŽK Praha -Tábor - České Budějovice - Horní Dvořiště st.hr. A Průběh prací Příprava Realizace Poznámka Bez TRS TRS TRS TRS *) TRS *) *) TRS 7 Brno - Havlíčkův Brod - Kolín TRS 8 Kolín -Lysán. L. -Ústín. L. střekov - Děčín Celkem 1540 *) v závislosti na postupu staveb modernizace Bez TRS Strana 49

50 Postup zavádění ERTMS (skutečnost 2013) Strana 50

51 Národní implementační plán GSM - R v České republice Národní implementační plán ERTMS (2014) GSM - R traťový úsek označení délka délka cekem dokončení km km rok st. hr. DE - Děčín - Praha - Česká Třebová - Brno - Břeclav st. hr. AT, SK 1. TŽK do 2013 Břeclav - Přerov - Ostrava - Petrovice u Karviné st hr. PL 2. TŽK do 2013 Dětmarovice - Mosty u Jablunkova st. hr. SK; Polanka n. O. - Český Těšín 3. TŽK do 2013 Česká Třebová - Přerov 3. TŽK do 2013 Kolín- Lysá nad Labem - Děčín objezd E do 2013 Ostrava Svinov - Opava východ do 2013 celekm Praha - Beroun; Praha- Benešov; Praha - Lysá nad Labem 3., 4. TŽK České Velenice st.hr. AT - České Budějovice; České Budějovice - Horní Dvořiště st.hr. AT 4. TŽK Plzeň - České Budějovice Kolín - Havlíčkův Brod - Křižanov - Brno objezd E Benešov - Votice 4. TŽK Beroun - Plzeň - Cheb st.hr. DE; Cheb - Vojtanov st.hr. DE; Znojmo - Šatov st.hr. AT 3. TŽK Ústí nad Orlicí - Lichkov st.hr. PL Votice - České Budějovice 4. TŽK Hranice na Moravě - Horní Lideč st.hr. SK R - D Ústí nad labem - Oldřichov u Duchcova / Úpořiny - Most - Karlovy Vary - Cheb Pardubice - Hradec Králové Zábřeh na Moravě - Šumperk Paha - Letiště Ruzyně - Kladno Brno - Přerov Plzeň - Domažlice st.hr. DE R - D Velký Osek - Hradec Králové - Choceň celkem Strana 51

52 Národní implementační plán GSM - R v České republice Strana 52

53 Národní implementační plán ETCS level 2 v České republice 2007 Priorita Trať Délka (km) TŽK 478 Příprava Průběh prací Realizace Poznámka Kolín - Břeclav - st.hr. A/SK LS Kolín -Praha-Děčín st.hr. D LS 2. TŽK + Č. Třebová-Přerov 316 Břeclav - Přerov LS Přerov -Petrovice u K. -st.hr. PL LS Č. Třebová- Přerov LS 3. TŽK *) 312 Praha - Plzeň LS Plzeň- Cheb LS Dětmarovice - Mosty u J LS Polanka n.o. - Český Těšín LS 4. TŽK *) 226 Praha - České Budějovice LS ČeskéBudějovice -H. Dvořiště-st.hr. A Celkem Bez LS *) v závislosti na postupu staveb modernizace Strana 53

54 Národní implementační plán ETCS v České republice Národní implementační plán ERTMS (2014) ETCS level 2 traťový úsek délka delka celkem palub. **) palub. celkem poměr poměr celkem dokončení označení km km 1/km 1/km rok Kolín - Česká Třebová - Brno - Břeclav st. hr. AT, SK ,90 0, TŽK Kralupy nad Vltavou - Praha - Kolín ,91 0, TŽK st. hr. DE - Dolní Žleb - Kralupy nad Vltavou ,89 0, TŽK Břeclav - Přerov - Ostrava - Petrovice u Karviné st hr. PL ,63 0, TŽK Praha Uhříněves - Votice ,74 0, TŽK Votice - České Budějovice ,50 0, TŽK Česká Třebová - Přerov ,45 0, TŽK Plzeň - Cheb st.hr. D ,34 0, TŽK Beroun - Plzeň ,57 0, *) 3. TŽK Dětmarovice - Mosty u Jablunkova st. hr. SK ,38 0, *) 3. TŽK České Velenice st.hr. AT - České Budějovice; České Budějovice - Horní Dvořiště st.hr. AT ,45 0, *) 4. TŽK Ústí nad Orlicí - Lichkov st.hr. PL ,54 0, *) Kolín- Lysá nad Labem - Děčín Prostřední Žleb ,63 0, *) objezd E Kolín - Havlíčkův Brod - Křižanov - Brno ,50 0, *) objezd E Praha - Lysá nad Labem ,86 0, *) Paha - Letiště Ruzyně - Kladno ,65 0, *) Praha - Beroun ,70 0, *) 3. TŽK Plzeň - Domažlice st.hr. DE ,56 0, *) R - D Pardubice - Hradec Králové ,91 0, *) Plzeň - České Budějovice ,37 0, *) Brno - Přerov ,67 0, *) Hranice na Moravě - Horní Lideč st.hr. SK ,45 0, *) R - D Uzel Praha ,50 0, *) Český Těšín - Ostrava-Svinov ,49 0, *) Velký Osek - Hradec Králové - Choceň ,42 0, *) Cheb - Karlovy Vary - Chomutov ,45 0, *) Ústí nad Labem - Chomutov, Ústí nad Labem - Bílina ,50 0, *) celkem ,60 Strana 54

55 Národní implementační plán ETCS v České republice Strana 55

56 ETCS koridory v Evropě V zájmu racionalizace dálkové dopravy vznikají v Evropě souvislé úseky tratí (koridory) vybavené vlakovým zabezpečovačem ETC. Koridor E prochází přes ČR Aktualizace: A Rotterdam Genoa B Naples Milan Berlin Stockholm C Antwerp Basle Lyon D Seville Lyon Turin Trieste Ljubljana E Dresden Prague Brno Vienna Budapest F Duisburg Berlin Warsaw - propojení koridorů E a F v Německu, - prodloužení koridoru E do Rumunska (do Konstanty) Zdroj: UIC Strana 56

57 Nařízení Evropského parlamentu a rady č. 1316/2014 Úspěch české železniční diplomacie: 4 z 9 nákladních evropských železničních koridorů FRC (Freight Rail Corridor) procházejí přes ČR: -FRC 5 (Balt Jadran) Ostrava: (PL) Břeclav (AT, SK) -FRC 6 (Orient - Východostředomořský): Praha Brno Břeclav (AT, SK) -FRC 7 (Severní moře Balt): Děč ěčín (DE) - Praha -FRC 9 (Rýn Dunaj): Domažlice (DE) Plzeň Praha Valašské Meziříčí Horní Lideč (SK) Podařilo se spojit cíle ČR s cíly EU možnost financováni z fondu CEF (85 % příspěvek EU) -elektrizace, -ERTMS (EIRENE plus ETCS), -nákladní vlaky délky 740 m. Strana 57

58 ETCS systém využívaný nejen v Evropě Strana 58

59 Železnice 4.0 čtvrtá průmyslová přichází i na železnici Cíl: využití potenciálu moderní železnice k naplnění přepravních potřeb osob a zboží při minimální energetické náročnosti a ohleduplnosti k životnímu prostředí Nástroje: -subsystém infrastruktura (INS): zvýšení traťových rychlostí, zvýšení kapacity důležitých tratí a uzlů, budování novostaveb vysokorychlostního železničního systému, - subsystém řízení a zabezpečení (CCS): zavedení jednotného evropského vlakového zabezpečovače ETCS prostředku k zásadnímu zvýšení bezpečnosti železniční dopravy a základu budoucí úplné automatizace železnic, - subsystém energie (ENE): dokončení elektrizace železniční sítě, zvýšení výkonnosti elektrického napájení železničních tratí, konverze systému 3 kv na 25 kv, -subsystém vozidla (RST): moderní vysoce výkonná elektrická vozidla pro osobní i nákladní dopravu. Vysoká pozornost kvalitě přepravní nabídky. Strana 59

60 Děkuji Vám za Vaši pozornost! Ing. Jiří Pohl Engineer Senior Divize Mobility Siemensova Praha 13 Česká republika jiri.pohl@siemens.com siemens.cz/mobility Strana 60