ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA DOPRAVNÍ

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA DOPRAVNÍ K612Y2VT VYSOKORYCHLOSTNÍ ŽELEZNČNÍ TRATĚ VYSOKORYCHLOSTNÍ TRATĚ VE FRANCII semestrální práce BC. ZAJÍC MIROSLAV ZS 2014/2015

2 Obsah 1. ÚVOD 3 2. VÝVOJ A HISTORIE TRATÍ LGV LGV PARIS-SUD-EST LGV ATLATIQUE LGV NORD LGV RHONE-ALPES LGV MÉDITERRANÉE LGV EST EUROPÉENNE LGV RHIN-RHONE PLÁNY DALŠÍHO ROZVOJE LGV VYUŽITÍ PLYNOVÉ TURBÍNY PRINCIP PLYNOVÉ TURBÍNY ZÁVĚR LITERATURA duben Bc. Zajíc Miroslav

3 1. Úvod Z pohledu železnice se v současnosti stále častěji a častěji setkáváme s problémem kapacity železniční sítě, nízkou rychlostí a relativní nespolehlivostí z pohledu konkurenceschopnosti vůči jiným druhům dopravy. Jedním z několika řešení této situace je využití vysokorychlostních tratí. Vysokorychlostní železnice právě ve srovnání s ostatními druhy dopravy disponuje několika výhodami, jakou jsou např. ekologičnost, bezpečnost, plynulost a spolehlivost. Proto se ve své práci zaměřím na vývoj tratí LGV v tzv. kolébce vysokorychlostních tratí v Evropě, a to sice ve Francii. Zaměřím se především na vývoj vysokorychlostní sítě s menší odbočkou na využití plynové turbíny ve vozidlech. Francie leží v západní Evropě a je druhým největším státem na tomto kontinentě. Z hlediska ekonomiky ji považujeme za druhý nejvyspělejší stát Evropy. Co se týče povrchu, tak je většina území nížinatá. Nicméně od střední části k jižní se táhne Francouzské Středohoří, přírodní hranicí se Španělskem tvoří Pyreneje a na jihovýchodě se rozprostírají Francouzské Savojské Alpy. K nejvýznamnějším řekám patří Seina, Loira a Rhone. 1 Železniční síť Francie [i9] 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

4 2. Vývoj a historie tratí LGV Před výstavbou vysokorychlostních železničních tratí na území Francie stálo několik rychlostních zkoušek. Ty měly za úkol ověřit a dokázat vhodnost jak kolejových vozidel, tak železničního tělesa pro rychlosti vyšší než 200 km/h. 2Síť LGV [i1] V roce 1955 došlo k prolomení stávajícího rychlostního rekordu a vytvoření nového, který přesáhl hranici 330 km/h. Po těchto zkouškách začala Francie sestavovat vlaky, které dosahovaly rychlostí mezi 160 a 180 km/h. Nicméně i tato rychlost nebyla uspokojivá a dostačující. Až díky úspěchům japonských inženýrů, kteří vytvořili první vysokorychlostní železniční trať mezi městy Tokio a Osaka pod názvem New Tokaido Line, byla odstartována snaha vytvořit rychlostní síť i ve Francii. 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

5 2.1. LGV Paris-Sud-Est LGV Sud-Est byla první vysokorychlostní železniční trať na Evropském kontinentě. Trať byla vybudována mezi městy Paříž a Lyon, kde stávající železniční spojení dosahovalo hranice maximální kapacity. Proto v roce 1969 vzniká projekt na výstavbu vysokorychlostní tratě, která by tato dvě města spojovala. Projekt se setkal s kladnou odezvou a už v roce 1974 se rozhodlo o jeho realizaci. O dva roky poději, tedy v roce 1976, byl položen základní kámen výstavby. Samotná výstavba první části mezi St. Florentinem a Sathonayem byla dokončena v roce 1981 a druhá část mezi Combs-la Ville a St. Florentinem pak o dva roky později. Během trasování se projektanti snažili vést trať tak, aby nevznikly žádné umělé stavby (jako jsou mosty a tunely). Dalším omezením byla snaha nezasahovat do zástavby jak měst, tak i menších obcí. Celkové náklady se tak vyšplhaly na 13,4 mld. FRF, přičemž 2/3 nákladů byly náklady na výstavbu tratě (stavba, pozemky, inženýrské sítě ) a 1/3 nákladů byla vynaloženo 3 Fotografie z trati LGV PSE [i3] na nákup nových vozidel. V oblasti Paříže a Lyonu je trať napojena na stávající železniční síť. Celá trať je dlouhá přes 500 km a nejvyšší traťová rychlost, kterou zde vlaky využívají, je 300 km/h. Maximální podélný sklon dosahuje až 35, což je umožněno především tím, že trať je využívána pouze pro osobní dopravu. Nákladní doprava využívá stávající trať. Vysokorychlostní trať je napojena na elektrickou jednofázovou střídavou soustavu 25 kv / 50 Hz. V rámci železničního svršku bylo zvoleno otevřené štěrkové lože a osová vzdálenost 4,2 metru. Aby byla zajištěna bezpečnost rychle projíždějících vlaků, je trať v délce asi 400 km oboustranně oplocena. 4 Schéma trati LGV PSE [i2] 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

6 2.2. LGV Atlatique Situace v oblasti na západ od Paříže byla v 80. letech taktéž nepříznivá. Železniční tratě spojují Paříž a západní část Francie byly na hranici kapacity. Začalo se tedy uvažovat o modernizaci jednotlivých tratí. Studie však ukázaly, že modernizace tratí vyjde na 3 mld. FRF, ale zvýšení traťové rychlosti 5 LGV Atlantique [i7] na 200 km/h a vyšší však nepřinese. Proto bylo v roce 1981 rozhodnuto o realizaci projektu na výstavbu nové vysokorychlostní trati pod názvem "LGV Atlatique", jež by měla spojovat Paříž a Le Mans s odbočkou v Courtalain do Mounts. U měst Mounts a Le Mans bude navazovat na stávající železniční síť. Na začátku roku 1985 se začalo s přípravnými stavebními pracemi a v září 1985 začala samotná výstavba vysokorychlostní trati. Do provozu byla trať uvedena v roce 1989 na úseku do Le Mans a v roce 1990 do Mounts. Celková délka nové tratě je 308 km. Trať byla navržena s podobnými technickými vlastnostmi jako trať LGV PSE. Nicméně k poměrné složitosti terénu se muselo od některých požadavků ustoupit. Jedná se především o minimalizaci počtu umělých staveb. V tomto případě si stavba vyžádala celkem 100 mostů, 200 mimoúrovňových křížení (především s pozemními komunikacemi), 12,4 km tunelů a 8,3 krytých traťových úseků. Nejvyšší traťová rychlost byla oproti předchozí trati navržena na 300 km/h, což si vyžádalo zvýšení minimálního poloměru směrového oblouku na m. Aby traťová rychlost nebyla omezena při průjezdu přes výhybkové konstrukce, byly zde užity takové výhybky, které umožňovaly rychlost průjezdu v přímém směru 300 km/h. Při jízdě do odbočky pak dochází ke snížení rychlosti na 220 km/h. Jelikož nová trať je projektována pouze na osobní provoz, byl tak umožněn maximální podélný sklon až 38. Napájení pak zůstalo stejné, tedy střídavá soustava s jednou fází 25 kv / 50 Hz. 6 Schéma trati LGV A [i2] 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

7 2.3. LGV Nord Další výstavba nové vysokorychlostní tratě byla směřována do severní části Francie, konkrétně z Paříže do Lille a odtud směrem do Calais, kde se trať měla napojit na Eurotunel a spojit tak Francii a Velkou Británii. V oblasti Lille pak byla vybudována odbočka, která směřovala k hranicím s Belgií. V roce 1989 bylo vydáno stavební povolení pro výstavbu 7 Eurostar severně od Watten [i8] vysokorychlostní tratě a již v roce 1991 byla položena první kolejnice. Zahájení provozu na úseku mezi Paříží a městem Calais proběhlo v roce Zprovozuschopnění úseku k belgickým hranicím proběhlo o 4 roky později, tedy v roce Samotná trať je dlouhá asi 330 km a rozkládá se na ploše o rozloze cca 16,5 km 2. Podobně jako u tratě v západní části Francie, i zde se projektanti museli vypořádat s ne tak příznivým terénem, jako tomu bylo v případě tratě LGV Sud-Est. Tato stavba si vyžádala vybudování přes 500 mostů a necelých 11 km tunelů a krytých traťových úseků. Na trati je stanovena nejvyšší rychlost 300 km/h. Díky minimálnímu poloměru směrového oblouku, který zde je metrů, je trať připravena v případě potřeby na zvýšení rychlosti na 350 km/h. Osová vzdálenost traťových kolejí je zde oproti trati LGV Sud-Est navýšena na 4,5 metru kvůli snížení rázu tlaku vzduchu při míjení dvou vlaků na trati. Maximální podélný sklon na trati dosahuje Schéma trati LGV N [i2] 2.4. LGV Rhone-Alpes Nové vysokorychlostní železniční spojení mezi Paříží a Lyonem bylo velmi úspěšné, proto se začalo rozhodovat o možném rozšíření. Díky otevření Eurotunelu, začali odborníci spekulovat o navýšení počtu přepravených cestujících na 14,5 milionu na trase směřující do Grenoblu a 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

8 ke Středozemnímu moři. Mimo jiné se do projektu zapojila i organizace pro zimní olympijské hry v Albertvile, která chce projekt podpořit a urychlit. Proto v roce 1989 bylo vydáno stavební povolení pro výstavbu nového vysokorychlostního spojení mezi Lyonem a Valencií. O tři roky později, tedy v roce 1992, dochází k dokončení prvního úseku dlouhého 42 km mezi sídly 9 Fotografie viaduktu de la Côtière, à la Boisse [i4] Montanay a Saint-Quentin-Fallavier. Druhý úsek byl dokončen o dva roky později, tedy úsek mezi Saint-Quentin-Fallavier a Valencií. Trať se rozprostírá na ploše o rozloze 13 km 2 a její délka dosahuje 115 km. Vedení trasy si vyžádalo vybudování 10 velkých mostů a 4 tunelů. Jelikož trať navazuje na LGV Sud-Est byla zde zachována stejná osová vzdálenost tedy 4,2 metru. Minimální poloměr směrového oblouku byl stanoven na metrů, což umožňuje maximální traťovou rychlost 300 km/h v severním úseku mezi Lyonem a Saint-Quentin-Fallavier a rychlost 320 km/h mezi Saint- Quentin-Fallavier a Valencií. Trakční soustava zde byla logicky nastavena stejně jako u LGV Sud-Est tedy 25 kv / 50 Hz. Na trati je umožněno stoupání dosahující až Schéma tratí LGV Rhone Alpes a LGV Méditerranée [i2] 2.5. LGV Méditerranée V roce 1989 vláda požádala SNCF o vytvoření studie na prodloužení LGV Sud-Est ve směru do Marseille, Itálie a Španělska. Vzniknul tak projekt, který ale není kladně přijímán širokou veřejností kvůli svému špatnému trasování. Nová trať měla narušovat vinařskou oblast, což se vinařům vůbec nelíbí. Proto musel být projekt přepracován a v roce 1990 se přišlo s novými osmi variantami. Nakonec byl však vybrán původní návrh s tím, že dojde k několika úpravám. Jedna z klíčových úprav bylo nahrazení stávajícího povrchového křížení železničních tratí 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

9 v oblasti Pennes-Mirabau za podpovrchové, což bylo veřejností kladně přijato. V roce 1993 je tak vydáno stavební povolení a 1995 se začalo s výstavbou. Po dobu výstavby však vznikaly problémy s výkupem pozemků, což se začalo projevovat jak na termínu dokončení, tak i na nákladech na výstavbu. Nicméně pokládka kolejí pak už probíhala bez větších problémů a s rychlostí pokládky metrů za den se podařilo zahájit provoz na trati na začátku roku Trať je dlouhá celkem 251 km s osovou vzdáleností 4,2 metru. Nejvyšší provozní rychlost je zde stanovena na 300 km/h a nejvyšší podélný sklon na 35. Elektrické napájení bylo zvoleno střídavé jednofázové 25 kv / 50 Hz LGV Est Européenne Na konci 80. let trvala cestovní doba z Frankfurtu do Paříže zhruba 7 hodin, proto vznikl projekt, který měl za úkol snížit tuto cestovní dobu na polovinu. V roce 1992 došlo tedy k podepsání záměru o výstavbě vysokorychlostní tratě mezi Francií a Německem. Jak bude stavba financována, se rozhodlo až v roce 2000, kdy se na financování dohodli RFF a SNCF. O dva roky později byl již položen základní kámen stavby. Celá stavba trvala 4 roky a v roce 2006 proběhlo poslední svaření kolejnice. Poté následovalo období zkoušek a testů a v roce 2007 byla trať uvedena do provozu. 11 Fotografie viaduktu de la Grenette, u severního portálu tunelu de Tartaiguille [i5] 12 Fotografie viaduktu de l'ourcq [i6] 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

10 Celková délka trati dosahuje 300 km. Trať je nadimenzována na rychlost 350 km/h, nicméně stávající provoz využívá rychlost nižší, a sice 320 km/h. Podélný sklon a elektrická trakce jsou zde stejné jako u předchozích tratí, tedy 35 a 25 kv / 50 Hz. 13 LGV Est Européenne [i2] 2.7. LGV Rhin-Rhone Myšlenka vytvoření železničního spojení mezi městy Dijon a Mulhouse s možností napojení dále na východ do Švýcarska a na západ na LGV Sud-Est jednak u města Montbard a jednak na předměstí Lyonu vznikla již v roce V tomto roce vznikla první studie. V roce 1998 došlo k pozastavení projektu kvůli nedostatku financí. Projekt se znovu rozběhl až v roce 2006, kdy se jednotlivé regiony dohodly na podpoře financování výstavby. Ve stejném roce začala i samotná výstavba trati, která spolu se zkouškami trvala necelých 6 let. V roce 2011 byla uvedena do provozu prvních 140 km trati mezi Dijonem a Mulhouse a 14 TGV 2N2 na LGV Rhin-Rhône [i11] v roce 2012 zbylých 50 km. Západní větev trati je zatím ve stádiu úvah a případná realizace by měla proběhnout mezi lety Vybudovaný úsek je navržen na traťovou rychlost 350 km/h, nicméně stávající rychlost pro komerční účely dosahuje 320 km/h. Jelikož nová trať slouží pouze pro osobní provoz, je zde umožněn maximální podélný sklon 35. Stejně jako v předchozích případech i zde je používána elektrická trakce se střídavou fází 25 kv / 50 Hz. 3. Plány dalšího rozvoje LGV Stávající síť vysokorychlostních tratí ve Francii nelze považovat za dokončenou. V současnosti je vytvořeno několik plánů na vytvoření nových vysokorychlostních spojení. Prvním připravovaným projektem je prodloužení LGV Atlantique jednak z Le Mans do města 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

11 Rennes s předpokládaným zprovozněním v roce 2016 a jednak s prodloužením z Toursu do Bordeaux s předpokládaným zprovozněním v roce Dále by měla být v roce dokončena výstavba trati po jižním pobřeží se Středozemním mořem z Marseille do Nice, jakožto LGV Provence-Alpes-Cote d'azur. 15 Výhledové tratě LGV [i2] Dalším plánem je vytvoření spojení opět Paříže s Lyonem (podobně jako LGV Sud-Est) s tím rozdílem, že by nová trať vedla více západně, konkrétně přes město Orléans. Tento projekt je známý pod názvem LGV Centre France s rokem dokončením až po roce Do roku 2030 se plánuje poté vytvoření tratě mezi Bordeaux a Toulouse. Dalšími vizemi, které se zde nabízí, jsou vytvoření spojení z Paříže do Přístavu Le Havre s odbočkou do Caenu a spojení Lyon-Turin-Ferroviaire. Tyto projekty jsou však pouze předběžné s neupřesněným datem realizace. 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

12 4. Využití plynové turbíny S historií a vývojem vysokorychlostních tratí ve Francii souvisí využití plynové turbíny pro hnací vozidla. Před samotnou výstavbou tratí vyvstala otázka, jaký zdroj pohonu se bude pro vysokorychlostní vozidla používat. Ve 40. letech minulého století se začalo uvažovat s myšlenkou plynové turbíny Princip plynové turbíny Plynová (též spalovací) turbína se vyznačuje především nepřetržitým pracovním cyklem, čímž se liší od standartních spalovacích motorů. Turbína se skládá z několika důležitých částí jako je kompresor, spalovací komora, turbína pohánějící kompresor a turbína pomáhající k odvodu spalin. 16 Plynová (spalovací) turbína [2] "Čistý vzduch 10 vstupuje do odstředivého kompresoru 1, spojeného hřídelem s turbínou 2, kompresor jej stlačuje, a tím i ohřívá. K dosažení vyšší celkové účinnosti se zvyšuje teplota vzduchu v rotačním výměníku tepla 4 (v praxi jsou i jiná řešení). Za stejného tlaku se spaluje rozprášené palivo ve spalovací komoře 5. Spaliny pohánějí jak turbínu 2 s pevnými rozváděcími lopatkami (která pohání kompresor 1), tak trakční turbínu 3 většinou s natáčivými rozváděcími lopatkami. Točivý moment z turbíny 3 se převádí přes soukolí 9 na kola vozidla. Když spaliny projdou turbínou 3 a předají účelně zbytek svého tepla výměníku 4, unikají z něho do atmosféry 11. K uvedení turbíny do chodu slouží elektromotor pohánějící 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

13 přes ozubené soukolí 8 soustrojí 1,2. Po dosažení určitého tlaku, a tím i teploty, vstřikuje se do komory 5 palivo tryskou 7. Palivo se zapaluje pomocným zapalovacím zařízením 6." [2] Francie této myšlence věřila natolik, že si hned objednala několik jednotek. První jednotkou s plynovou turbínou nesla označení TGS, která dosahovala rychlosti 252 km/h. Jelikož cena nafty na začátku 70. let byla nízká a příznivá, uvažovalo se i s jednotkami s plynovou turbínou pro vysokorychlostní tratě. 17 Vozidlo TGS, známé také jako Turbotrain [i10] První vysokorychlostní vozidlo s turbínou dosáhlo maximální rychlosti 318 km/h. Bohužel vliv ropné krize se na trakci vysokorychlostních tratí podepsal natolik, že se ustoupilo od plynové turbíny a zamířilo se k elektrickému střídavému proudu. Elektrická trakce pak navýšila na důležitosti i z hlediska přívětivosti k životnímu prostředí. 5. Závěr Vysokorychlostní tratě ve Francii začali vznikat od roku 1969, kdy byl připraven první projekt první vysokorychlostní trati, jak na území Francie, tak na území Evropy. Tyto tratě se vyznačují několika společnými znaky. Prvním společným znakem je napájení elektrickou energií, která je ve všech případech zvolena jako střídavý jednofázový proud 25 kv / 50 Hz. I provoz na trati je výhradně určen pro osobní dopravu, to umožňuje dosahovat vyšších hodnot podélných sklonů, až 35. Nicméně nejvyšší traťové rychlosti se trošku liší, nicméně jsou v rozmezí od km/h. Stávající síť však není ještě konečná. Je připraveno několik projektů na výstavbu nových tratí a spojení nových sídel ať už v nejbližších letech nebo v delším časovém horizontu. Jasné, ale je, že pro pohon vlaků bude zvolena elektrická energie. V minulosti vznikaly i pokusy s plynovou turbínou. Vzhledem k ropné krizi a k ekologičnosti se od toho typu pohonu ustoupilo. 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

14 6. Literatura Knižní zdroje [1] JELEN, JIŘÍ A SELLNER, KAREL Svět rychlých kolejí Nadatur [2] KŘEN, KAREL A KOŠŤÁL, JIŘÍ Moderní automobil v obrazech Naše vojsko [3] PROF. ING. TYC, PETR, DRSC. A DOC. ING. KUBÁT, BOHUMIL, CSC. Železniční stavby vysokorychlostní tratě České vysoké učení technické v Praze 1997 [4] DOC. ING. HANA KREJČIŘÍKOVÁ, CSC. Železniční stavby vysokorychlostní tratě České vysoké učení technické v Praze 2003 Internetové zdroje [i1] VYSOKORYCHLOSTNÍ ŽELEZNICE - Vysokorychlostní tratě Francie [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i2] TRANSPORTS EN COMMUN Les Lignes à Grande Vitesse [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i3] WIKISARA LGV Paris-Sud-Est [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i4] WIKISARA LGV Rhône-Alpes [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i5] WIKISARA LGV Méditerranée [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i6] WIKISARA LGV Est-Européenne [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i7] MIRROR ENHA TGV [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < 6. duben Bc. Zajíc Miroslav

15 [i8] WIKIPEDIA LGV Nord [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i9] BONJOURLAFRANCE France Map - Map of SNCF National Railway Network in France [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i10] COMMONS WIKIMEDIA Paris-Nord turbotrain [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i11] RAIL FAN EUROPE - TGV High Speed Lines (LGV) [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i12] FLORENT BRISOU PAGESPERSO-ORANGE - Ligne a Grande Vitesse Rhone - Alpes [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i13] ŽELPAGE - LGV Rhin-Rhone v provozu [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < [i14] WIKIPEDIA - Ligne à grande vitesse [online] [citováno dne ]. Dostupný na WWW: < 6. duben Bc. Zajíc Miroslav