Jednotná trakční soustava na síti SŽDC. Bc. Marek Binko ředitel Odboru strategie

Jednotná trakční soustava na síti SŽDC Bc. Marek Binko ředitel Odboru strategie 20. října 2014

Proč elektrická trakce? elektrická trakce je šetrnější k životnímu prostředí než motorová v ČR pouze 34 % elektrizovaných tratí (1 774 km 3 kv DC, 1 305 km 25 kv AC) => v elektrické trakci zaostáváme za mnoha státy EU elektrická trakce zrychluje dopravu, zvyšuje cestovní rychlost vyšší energetická účinnost => snižuje náklady na trakční energii náklady na údržbu trakčního pohonu jsou v elektrické trakci zhruba třetinové oproti motorové trakci Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 2

Podíl elektrické trakce ve světě Zajímavé ukazatele elektrizace v Evropě: Švýcarsko 100 % Belgie 84 % Švédsko 80 % Velká Británie 40 % Česká republika 34 % zdroj: World Bank, 2011 celková délka tratí (km) elektrifikováno (km) Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 3

Historický vývoj (1) elektrizace železnic v českých zemích nejprve stejnosměrnými soustavami 1903 Tábor Bechyně (2x 700 V, později 1,5 kv) 1911 Rybník Lipno nad Vltavou (1280 V, později 1,5 kv, dnes 25 kv, 50 Hz) 1927 uzel Praha (1,5 kv, později 3 kv) 1957 Česká Třebová Praha (3 kv) od 1962 elektrizace střídavou soustavou 25 kv, 50 Hz původní předpoklad sjednocení na střídavou soustavu nenaplněn realita: paralelní rozvoj obou soustav Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 4

Historický vývoj (2) Studie možnosti přechodu na jednofázovou trakční proudovou soustavu v síti ČSD zpracována SUDOP Praha ke dni 30. 6. 1988 vstupní údaje ke dni 31. 12. 1987 doplnění a rozšíření studie v roce 1990 doplnění o zásadní informace variantní možnosti reelektrizace od západu konkretizace řešení na jednotlivých tratích ve studii jsou navržena umístění napájecích a spínacích stanic, autotransformátorů a ostatní potřebné infrastruktury Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 5

Současnost koexistence dvou hlavních soustav (SŽDC má celkem 4 soustavy) stále působí problémy nevýhoda v nutnosti použití vícesystémových vozidel ustupuje do pozadí zvyšují se nevýhody provozu stejnosměrné soustavy nedostatečný výkon vysoké náklady aj. v letech 2013 2014 záměr aktualizovat studii z roku 1990 zadavatel O130 MD ČR Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 6

Studie přechodu na jednotnou trakční soustavu (1) Cíle studie: zpracovat návrh změny napájení elektrické trakce ze systému 3 kv na trakční systém 25 kv, 50 Hz na všech tratích v ČR definovat technické parametry jednotlivých pevných trakčních zařízení včetně jejich rozmístění navrhnout časový harmonogram postupu i ve variantním řešení podmínkou korelace navrženého řešení s napájením tratí rychlých spojení minimalizace přechodových míst dodržení legislativních a normativních požadavků, včetně požadavků kladených na interoperabilitu konvenčního i vysokorychlostního železničního systému Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 7

Studie přechodu na jednotnou trakční soustavu (2) Výstupy: ekonomické posouzení jednotlivých variant v čase zpracování (celkový odhad nákladů, reálné cenové kalkulace jednotlivých technologických celků, odhad nákladů na úpravu již existující infrastruktury, nákladů na projektování a inženýrskou činnost) celková reálná hodnota celého projektu (kvalifikovaný odhad zpracovaný na základě dostupných podkladů a zkušenosti z výstavby), případně hodnoty v závislosti na volbě variant Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 8

perspektivně cílový evropský systém podle TSI ENE Výhody jednotné trakční napájecí soustavy (1) systém je nutnou podmínkou na vysokorychlostních tratích nižší ztráty v rozvodu (dle analýzy ŽSR střední roční ztráty činí 17 % u systému 3 kv a 11 % u systému 25 kv, 50 Hz) menší potřebné vodivé průřezy, tedy levnější trakční vedení vč. úspor v kotvení, základech stožárů, absence zesilovacího vedení (zhruba v relaci 5 mil. Kč/km u systému 25 kv, 50 Hz vs. 6 mil. Kč/km u systému 3 kv) větší přenosová schopnost trakčního vedení => větší vzdálenost napájecích bodů trakčních napájecích stanic (cca 50 km u systému 25 kv, 50 Hz proti cca 22 km u systému 3 kv) při zhruba stejné ceně napájecí stanice (cca 110 mil. Kč) aplikací moderních technologií lze využít u systému 25 kv, 50 Hz dvoustranné napájení a vzdálenost napájecích stanic zvětšit na cca 100 km Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 9

Výhody jednotné trakční napájecí soustavy (2) v kombinaci dvou předchozích bodů jsou nižší investiční náklady na elektrizaci tratí (zhruba v relaci 8 mil. Kč/km u systému 25 kv, 50 Hz vs. 12 mil. Kč/km u systému 3 kv) odpadá poškozování vodivých konstrukcí bludnými proudy (stavby, produktovody, ) odpadá poškozování ložisek vozidel ve vlacích podélnými proudy jednodušší ukolejnění vodivých konstrukcí (přímo bez průrazky) nižší nároky na odizolování kolejnic od štěrkového lože při výstavbě i v provozu schopnost systému 25 kv, 50 Hz využívat rekuperovanou brzdovou energii nejen v přilehlém úseku trakčního vedení, ale i předávat zpět do distribuční sítě s ohledem na předchozí bod není třeba vybavovat vozidla pro AC systémy brzdovým odporníkem (při zajištění spojitého napájení viz dále) Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 10

Výhody jednotné trakční napájecí soustavy (3) napětí pro napájení trakčních motorů lze volit optimálně bez vazby na napětí trakčního vedení možnost využít lehké sběrače proudu schopné vysokorychlostního provozu vyšší stabilita (nižší tolerance, respektive kolísání) napájecího napětí vozidel (vliv nižších úbytků napětí ve vedení) vyšší výkon trakčních napájecích stanic a vyšší přenosová schopnost vedení odpadá omezování příkonu vozidel výkonem pevných trakčních zařízení, což je v souvislosti se zvyšováním měrného trakčního výkonu vlaků (příchod vysoce výkonných vozidel do osobní i nákladní dopravy při zvyšování rychlosti) velmi závažný limit Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 11

Nevýhody jednotné trakční napájecí soustavy (1) nutnost používat na vozidle transformátor (měrná hmotnost cca 3 kg/kwh) u vlaků osobní dopravy s měrnou hmotností cca 10 kw/t zvýšení hmotnosti vlaku cca o 3 % a u nákladních vlaků s měrnou hmotností cca 3 kw/t zvýšení hmotnosti vlaku cca o 1 % s nutností používat vícesystémová vozidla irelevantní zvýšení ztrát na vozidle o ztráty v transformátoru (cca o 5 %) ztráty jsou vyváženy nižšími ztrátami v pevných trakčních zařízeních nutnost používat měniče pro napájení trakčních a pomocných motorů (podmínka je u současných vozidel s frekvenčně řízenými střídavými trakčními a pomocnými motory automaticky splněna) oproti stejnosměrným vozidlům jsou vícesystémová o cca 10 % dražší zatěžování elektráren a rozvodu odběrem jalového a deformačního výkonu odstraněno čtyřkvadrantovými vstupními měniči na vozidlech Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 12

Nevýhody jednotné trakční napájecí soustavy (2) nespojité napájení střídání fází s nutností vypínat trakční a pomocné pohony trakčních vozidel i spotřebiče ve vozech je řešitelné aplikací polovodičových měničů v trakčních transformovnách nesymetrické zatížení třífázové distribuční sítě řešitelné aplikací polovodičových měničů v trakčních transformovnách potřeba pečlivého EMC ošetření (odrušení) trakčního vedení z hlediska ochrany radiového a televizního příjmu Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 13

Srovnání trakčních soustav Napěťová soustava 750 V 1,5 kv 3 kv 15 kv, 16,7 Hz 25 kv, 50/60 Hz oblast řešení výsledek trakční vedení vysoký proud DB SJ 1x 2x náklady + + + + + omezení výkonu nízký proud provoz + + + + + 50 kv, 50/60 Hz limitovaná rychlost vysoký proud provoz (220 km/h) (250 km/h) + + + + + počet napájecích stanic úbytek napětí náklady + + + + + + + napájecí stanice náklady + + + + délka napájecího vedení počet napájecích stanic náklady + + + + + + + transformátory ve vozidlech prostor, náklady + + + impedance střídavý proud náklady + + + rekuperace náklady ( ) + + + + Poznámka: znaménko + označuje výhody, znaménko nevýhody. Uvedený počet znaků není úměrný počtu výhod, znamená pouze příznivější resp. nepříznivější řešení. Zdroj: www.bueker.net Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 14

(mil.sk) (mil.sk) Změna trakční soustavy v Evropě (1) Slovensko elektrizováno stejnosměrnou trakcí cca 620 km tratí, střídavou cca 740 km tratí zpracována studie na přechod na 25 kv, 50 Hz rozhodnutím GŘ z 30. 11. 2005 se budou přepínat rekonstruované úseky na hlavním koridoru Bratislava Košice 1. fáze přesun styku trakčních soustav z Púchova k Žilině (2015) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 Porovnanie diskontovaných nákladov 6105 4507 135,5 % 100 % 6000 5000 4000 3000 2000 Porovnanie diskontovaných nákladov 4817 3041 158,4 % 100 % 1000 1000 0 JSTS STTS 0 JSTS STTS Investičné náklady Náklady na údržbu Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 15

Změna trakční soustavy v Evropě (2) Chorvatsko v roce 2013 dokončena změna trakce ze 3 kv na 25 kv, 50 Hz na tratích: Moravice Rijeka Šapjane Škrljevo Bakar Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 16

Změna trakční soustavy v Evropě (3) Francie vysokorychlostní tratě elektrizovány 25 kv, 50 Hz odlišně od ostatní sítě 1,5 kv ostatní tratě postupně elektrizovány 25 kv, 50 Hz, a to i jako ostrovní provoz Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 17

Změna trakční soustavy v Evropě (4) Nizozemí Betuwelijn: nová nákladní trať Rotterdam Zevenaar (hranice se SRN) elektrizována 25 kv, 50 Hz (odlišně od ostatní sítě 1,5 kv) Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 18

Změna trakční soustavy v Evropě (5) Itálie, Belgie, Nizozemí, Španělsko vysokorychlostní tratě elektrizovány 25 kv, 50 Hz odlišně od ostatní sítě 3 kv, resp. 1,5 kv Další státy s plány přechodu z 3 kv na 25 kv, 50 Hz: Lotyšsko Ukrajina Rusko na nově elektrizovaných tratích Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 19

Jednotná trakční soustava v ČR Ideální doba konverze cca 30 let (2020 2050) 30 let je plánovaná technická životnost hnacích vozidel na tranzitních koridorech doslouží v posledních letech obnovená trakční zařízení určená pro 3 kv ve výstavbě budou nové vysokorychlostní tratě nově elektrizované tratě 25 kv, 50 Hz nebo s přípravou na přepnutí např. Staré Město u Uh. H. Luhačovice a Otrokovice Vizovice elektrizovat 25 kv, 50 Hz současně se změnou soustavy v úseku Nedakonice Říkovice u všech staveb uvažovat s vlivy trakce 25 kv, 50 Hz! postup přepínání na 25 kv, 50 Hz určí studie, např. podle výstavby VRT Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 20

Jednotná trakční soustava na síti SŽDC, Praha, 20. 10. 2014 21

Děkuji za pozornost! Jednotná trakční soustava na síti SŽDC Správa železniční dopravní cesty, státní organizace www.szdc.cz