Zlepšování interoperability španělských železnic v evropském kontextu José Maria Ruiz de Ojeda Úvod Omezení, která má současný moderní železniční systém, nejsou pouze výsledkem období národně zaměřeného plánování, ale i období vzniku soukromých společností založených v době před znárodňováním (30. a 40. léta 20. století), což vyústilo v existenci: rozdílných technologií, dokonce i uvnitř jednotlivých zemí, které se týkají jak obyčejných, tak i vysokorychlostních linek, a to i přesto, že tyto jsou budovány teprve v nedávné době; rozdílných rozchodů kolejnic; rozdílných profilů dopravních prostředků od ostatních struktur; omezení tlaku na nápravu; nestandardních délek vedlejších kolejí (u výhybek a vleček); rozdílného signalizačního a hradlového zařízení; rozdílných napájecích soustav trakčního vedení; nestandardních komunikačních technologií; rozdílných provozních nařízení. Pojem železniční interoperabilita byl zaveden Evropskou unií ve snaze odstranit překážky a usnadnit provoz na hranicích mezi jednotlivými členskými zeměmi Společenství pro další rozvoj EU. Tyto překážky můžeme přímo připsat čistě národnímu přístupu při železničním plánování v různých zemích, který byl používán od začátku existence železnic a který je pravým opakem jakéhokoliv pokusu dosáhnout sjednocení provozních podmínek na různých železnicích. Dosažení interoperbility je proto dlouhodobý a vyčerpávající proces, který bude pro své dokončení vyžadovat zcela nové železniční sítě. Problém interoperability není specifický pouze pro železnice na Pyrenejském poloostrově, nicméně je zde znásoben rozdílností mezi rozchodem kolejnic ve Španělsku a Portugalsku oproti většině ostatních států EU. Cílem tohoto článku je přesto poskytnout úvahy na téma interoperability železnic uvnitř Evropské unie. Současná železniční síť ve Společenství Celková délka drah v provozu je 157 436 km, z čehož 78 600 km odpovídá transevropské síti vytvořené Evropskou unií. To jsou tratě, kterým bude věnováno největší úsilí s cílem jejich co nejvyšší konkurenceschopnosti. Všechny ostatní tratě jsou považovány za věc čistě národního zájmu, a proto neexistují žádné plány na vytváření fondů pro jejich modernizaci. V podstatě všechny tratě zařazené do transevropské sítě jsou dvou- a více kolejné. Délka nyní provozovaných vysokorychlostních tratí je 2 600 km. Evropská unie se může
chlubit 21 železničními společnostmi a 6 různými rozchody kolejnic: v 11 zemích je tzv. mezinárodní rozchod, tj. 1 435 mm; na Pyrenejském poloostrově se používá rozchod 1 668 mm. Kromě jednometrových a užších rozchodů je ve Finsku rozchod 1 524 mm (skoro stejný jako v Rusku, kde je 1 520 mm) a v Irsku 1 600 mm. Je všeobecně známo, že existuje i problém s rozchodem dopravního prostředku, a to jak statickým, tak kinetickým, v závislosti na rozdílnosti rozchodu kolejnic na evropských železnicích. Ukazatele maximálního zatížení infrastruktury, ať už je to tlak na nápravu nebo na délkový metr, nepředstavují pro interoperabilitu problém, protože výše zmíněná transevropská síť je téměř identická se základními sítěmi jednotlivých zemí, kde se všude požadují následující kritéria: tlak na nápravu = 22,5 tuny, tlak na lineární metr = 8 tun. Co se týká délek slepých kolejí u výhybek a vleček, tyto jsou na Pyrenejském poloostrově kratší než ve zbytku EU, kde mají téměř standardní délku 750 m. Důsledkem toho je, že vlaky mezi Francií a Španělskem musí být v závislosti na směru jízdy buď rozdělovány nebo spojovány, což snižuje konkurenceschopnost železnice a odrazuje potenciální dopravu. Různých elektrických trakčních systémů existuje celkem 5, z nichž některé jsou stejnosměrné a některé střídavé. To často vyžaduje výměnu lokomotivy na hranicích nebo používání vícenapěťových lokomotiv, a to i v rámci jednotlivé země podle rozdílných napájecích soustav. Co se týká signalizace, existuje 16 různých systémů. Podrobnosti o nich a o vztazích mezi jednotlivými zeměmi jsou uvedeny v tabulce 1. V případě železničního parku je velmi široký rozsah různých typů vozidel, ať už hnacích (lokomotivy a motorové soupravy) nebo tažených (osobní a nákladní vagóny, cisterny, apod.). Problémy se vyskytují také u současných vysokorychlostních vlakových souprav, které byly sestrojeny podle různých technických specifikací. To je důvodem, proč Evropská unie předložila nejprve směrnici 96/48 o interoperabilitě vysokorychlostní železniční sítě. Každá země používá na provozní úrovni svá vlastní nařízení, která jsou založena na místních dopravních systémech, bezpečnostních kritériích, atd., stejně jako na různých informačních technologiích. Tyto odlišnosti rozhodně neulehčují problém přechodu hranic, který byl zmíněn dříve. Současná řešení, která byla přijata za účelem zjednodušení problémů interoperability, způsobených rozdíly v rozchodu kolejnic na Pyrenejském poloostrově (pokud nepočítáme změny u osobních a nákladních vlaků), se zaměřila na využití víceúčelových pražců. Tento postup, při kterém se používají předpjaté betonové pražce, byl vyvinut ve Španělsku a velmi urychluje proces změny rozchodu kolejnic. Použitívané pražce stojí asi o 10 % na pražec více než standardní pražce. Pro výhybky a přejezdy byl vyvinut obdobný systém, který poskytuje výhodu tím, že umožňuje, aby geometrie trakčního vedení zůstávala neměnná, jestliže osa kolejového vedení zůstane stejná pro oba druhy rozchodu. Toho se dosahuje symetrickou úpravou rozchodu. Co se týká železničního parku, zde se používá systém nastavitelného rozchodu a zařízení na výměnu souprav kol, která jsou instalována na hraničních přechodech Irún- Hendaye a Port Bou - Cerbère.
Železniční signalizační systém ve vybraných evropských zemích Země Konvenční systémy Systémy řízení vysokorychlostního provozu Současné a budoucí problémy Portugalsko -- -- Současné: žádné Budoucí: problémy se objeví, jestliže instalované systémy nebudou kompatibilní se systémy ve Španělsku. Španělsko ASFA LZB/ASFA 200 Současné: z důvodu odlišného rozchodu kolejnic ve Francii. Budoucí: problémy se objeví, až vysokorychlostní tratě obou zemí dosáhnou hranic. Francie KVB TVM 270/300/430 Současné: existují ve vztahu k Itálii, Německu, Lucembursku, Belgii a Velké Británii. Budoucí: problémy se objeví, až vysokorychlostní tratě obou zemí dosáhnou hranic a u Eurotunelu, jestliže nebudou zavedeny jednotné systémy a nedojde ke standardizaci s Itálií a Německem. Itálie BACC (50 Hz) BACC (850, 178 Hz) Současné: existují ve vztahu k Rakousku. Budoucí: větší problémy ve vztahu k Rakousku se objeví, až vysokorychlostní tratě obou zemí dosáhnou hranic, pokud nebudou zavedeny stejné systémy. Německo INDUSI/LZB LZB Současné: existují nejen ve vztahu k Francii, ale také k Lucembursku, Belgii, Nizozemsku a Dánsku. Žádné nejsou ve vztahu k Rakousku. Budoucí: problémy se objeví, až vysokorychlostní tratě obou zemí dosáhnou hranic, jestliže nebudou zavedeny jednotné systémy a jestliže nedojde ke standardizaci s Francií. S Rakouskem žádné problémy nebudou. Lucembursko GLEISKANTAKT -- Současné: existují ve vztahu k Belgii. Budoucí: problémy se objeví ve vztahu k Belgii, až vysokorychlostní tratě obou zemí dosáhnou hranic, pokud nebudou zavedeny jednotné systémy. Belgie TBL -- Současné: problémy existují také ve vztahu k Nizozemí. Budoucí: problémy se objeví ve vztahu k Nizozemsku, až vysokorychlostní tratě obou zemí dosáhnou hranic, pokud nebudou zavedeny jednotné systémy. Velká Británie AWS -- Současné: uvedeny výše. Budoucí: uvedeny výše (Eurotunel). Nizozemsko ATB -- Současné: uvedeny výše. Budoucí: uvedeny výše. Rakousko INDUSI -- Současné: uvedeny výše. Budoucí: uvedeny výše. Dánsko ZUB123 -- Současné: uvedeny výše. Budoucí: uvedeny výše. Tabulka 1 - Zdroj: archiv autora Metodická analýza interoperability španělské sítě Cílem provedené studie bylo zjistit, jakým způsobem může být španělská síť upravena, aby byla interoperabilní se zbytkem Evropy. S přihlédnutím ke geografickému uspořádání Evropské unie byla hlubší analýza věnována vyřešení problémů na hranicích mezi Španělskem a Francií.
Prvním krokem bylo provedení inventarizace existujících pevných zařízení a železničního parku. Po prozkoumání současných technických problémů bylo možno navrhnout množství různých alternativ, číselně vyjádřit jejich ekonomické náklady a rozvrhnout odpovídající etapy realizace. Při analýze současné situace i při návrhu možných řešení byl použit přístup zaměřený na jednotlivé subsystémy. Pozornost se zaměřila na subsystémy uvedené ve směrnici Společenství 96/48, která byla již dříve zmíněna, a ve směrnici o interoperabilitě konvenčního transevropského železničního systému. K oběma těmto směrnicím přijala Rada společné stanovisko dne 10. listopadu 2000. Jedná se o následující subsystémy: infrastruktura a tratě, signalizace a hradlové úseky, elektrifikace, železniční park, provoz a obchod. Při návrhu řešení se postupovalo následujícím způsobem: Jakmile byly vyhodnoceny náklady, přistoupilo se k sepsání seznamu přínosů, které každé řešení poskytuje, a tyto přínosy byly rozděleny do tří kategorií: A) přínosy s vysokým stupněm sociálně-ekonomické významnosti, B) přínosy se středním stupněm sociálně-ekonomické významnosti, C) přínosy s nízkým stupněm sociálně-ekonomické významnosti. Co se týká postupu implementace uvedených řešení, byly navrženy následující tři fáze: Fáze 1: okamžitá akce, prakticky nulové náklady. Fáze 2: střednědobá akce s cílem zvýšit interoperabilitu společně s obnovou hmotného majetku (obnova kolejišť, vozového parku, apod. na konci jejich životnosti). Fáze 3: následující další dražší navržené akce. Každý z uvažovaných subsystémů bude rozebrán dále v textu za použití vybrané metody, která bude v každém případě uvedena. Subsystém infrastruktury a tratě Rozchody vozidel a tratí Byly prozkoumány následující alternativy: a.1) zvýšení průjezdného průřezu tratí; a.2) snížení výšky podlahy plochých vagónů prostřednictvím užívání kol o menším průměru. Na základě naší analýzy jsme se rozhodli pro variantu a.2, protože potřebné investice (vyjádřené v miliardách peset) nebudou tak vysoké, jestliže je srovnáme s obrovskými přínosy a významem takovéto změny (viz tabulka 2): Nejvýznamnějšími přínosy jsou: zvýšená dostupnost pro ploché vagóny s nákladem, vozidla budou provozuschopná do rozchodu B+, jak je definován podle UIC; 78 % vozového parku plochých vagónů v Evropské unii může být obnoveno na konci střední doby jejich životnosti; toto řešení předchází množství provozních problémů, které by vznikly, kdyby bylo třeba provádět stavební práce na zvýšení průjezdného průřezu tratě, jako
jsou například dočasná zastavení dopravy, provoz pouze na jedné koleji, dodatečná bezpečnostní opatření, apod. Alternativa Investice Přínosy (mld. ESP) A B C a.1 9,93 2 3 2 a.2 0,5 3 3 - Tabulka 2 - Zdroj: archiv autora Rozdílné rozchody kolejnic Co se týká vozového parku, navržené varianty jsou následující: a.1) výměna nápravy; a.2) použití souprav kol s přizpůsobitelným rozchodem. Pro infrastrukturu: a.3) použití víceúčelových pražců. Jak je možno odvodit z analýzy zachycené v tabulce 3, navržena je výsledná varianta a.2. Toto řešení nabízí následující výhody: podstatné zvýšení pružnosti kapacity bez dopadu na provozuschopnost; snížené a velmi nízké investice do údržby a provozu instalovaných zařízení; odstranění nutnosti mít vozový park s rozdílnými rozchody. Alternativa Náklady v mld. ESP Přínosy Investice Provoz Instalovaná Vagóny Vagóny A B C zařízení a.1 800 1,8 14780 3-1 a.2 150 6/13 0 6 1 - a.3 4,48 x 10 12 - není kvantifikováno 10 let transformačního procesu - 1 - Tabulka 3 - Zdroj: archiv autora Rozdílné délky kolejí ve stanicích a na slepých kolejích V případě rozdílných délek kolejí ve stanicích a na slepých kolejích byly prozkoumány následující alternativy: a.1) prodloužení délky vleček na tratích, které jsou ve Španělsku v současnosti využívány mezinárodními nákladními vlaky; a.2) použití stejného kritéria jako u varianty a.1, ale zvýšení počtu uvedených drah a při zahrnutí Portugalska. Tabulka 4 zobrazuje nezbytné investice, jejich potenciální návratnost a s nimi spojené výhody. Alternativa Celkové náklady Návratnost Přínosy
(v mld. ESP) investice A B C a.1 0,04 3,9 % 2 1 - a.2 0,079 2 % 4 - - Tabulka 4 - Zdroj: archiv autora Navržena je alternativa a.2, protože na Pyrenejském poloostrově neomezuje dopravní toky pro mezinárodní dopravu, a navíc nabízí následující přínosy: lepší možnosti pro zvýšení přitažlivosti mezinárodní dopravy; lepší možnosti pro zvýšení přitažlivosti další dopravy na Pyrenejském poloostrově; snížení současných i budoucích provozních nákladů; plynulejší dopravní tok v hraničních stanicích způsobený snížením počtu posunovacích operací. Subsystém signalizace a hradel U tohoto subsystému byly posouzeny čtyři alternativy, které odpovídají následujícím možným scénářům: nespojitý občasný systém ochrany vlaku s občasným monitoringem - ASFA nebo podobný (oznamování signálů a automatické brždění), pro rychlosti do 160 km/h; nespojitý občasný systém ochrany vlaku se stálým monitoringem - ATP (automatická ochrana vlaku), pro rychlosti 200-220 km/h; systém stálé ochrany vlaku se stálým monitoringem (LZB nebo podobný), pro rychlosti do 300 km/h; ETCS systém kontroly kabiny (Eurocabine, Eurobalise, Euroradio), který je součástí Evropského systému řízení železničního provozu (European Rail Traffic Management System - ERTMS). Výhody každého z uvedených řešení jsou stanoveny v tabulce 5, stejně jako uvedené náklady.
Alternativa Náklady v mld. ESP Přínosy A B C b.1 3,01 2 4 5 b.2 0,81 4 4 2 b.3 1,63 4 6 - b.4 <1,63 11 1 - Tabulka 5 - Zdroj: archiv autora Je zřejmé, že vybrána musí být alternativa b.4, ETCS, jejíž přínosy jsou následující: kompatibilita se všemi signalizačními systémy a traťovými zabezpečovacími zařízeními všech ostatních zemí EU; automatická ochrana vlaku s kontrolou rychlosti a brzdění v oblastech, kde jsou uplatňována omezení; automatická kontrola vlaku na tratích vybavených zařízeními konvenční ochrany vlaku s pevnými hradly; automatická kontrola vlaku se stálým sledováním a rádiovým blokem; stávající signalizační systémy nebude třeba měnit; jednotný typ systému sběru informací ve vlaku; jednotný typ Eurobalise; jednotný systém Euroradio; nejvyšší rychlost 300-350 km/h; nejvyšší provozní bezpečnost, druhá úroveň; manuální nebo automatické řízení. Subsystém elektrifikace Zkoumané alternativy odpovídají následujícím scénářům: standardizace různých trakčních napětí; využívání vozového parku vícenapěťových lokomotiv. Tabulka 6 ukazuje potřebné investiční náklady a jim odpovídající výhody. Alternativa Náklady v mld. ESP Přínosy A B C a.1 4 4 1 2 a.2 1,5-1 3 Tabulka 6 - Zdroj: archiv autora Vybraná alternativa je a.1, i když je dražší, protože výhody, které přináší, jsou mnohem vyšší:
umožní, aby byla geometrie nadzemního trakčního vedení postupně harmonizována, což usnadní využívání standardních náhradních dílů a technologie údržby a usnadní výcvik personálu zodpovědného za údržbu; zpětné proudy budou standardizovány; nebude existovat potřeba různých provozních pravidel pro stejnosměrný a střídavý proud nebo pro spouštění a vytahování pantografů hnacích vozů a lokomotiv při přechodu z jednoho trakčního systému do druhého, čímž se také eliminuje nutnost jízdy setrvačností v určitých úsecích. Pro vybranou alternativu byly navrženy čtyři doplňkové možnosti, jak je zobrazuje tabulka 7: standardizace elektrické trakce na stejnosměrný proud 3000 V; standardizace elektrické trakce na stejnosměrný proud 1500 V; standardizace elektrické trakce na střídavý proud 25000 V 50 Hz; standardizace elektrické trakce na střídavý proud 15000 V 16 2/3 Hz. Alternativa Náklady v mld. ESP Přínosy A B C b.1 3,82 - - 6 b.2 6,3 - - 1 b.3 2,78 6 1 - b.4 2,11 5 - - Tabulka 7 - Zdroj: archiv autora Vybrána byla alternativa b.3, protože nabízí největší množství potenciálních přínosů. Není to však nejlevnější řešení. Vybrané přínosy jsou tyto: do nadzemní trakce může být dodáváno vyšší napětí, čímž je možno přenášet vyšší výkon, snížit úroveň proudu, a přitom snížit pravděpodobnost poklesů napětí; alternativa poskytuje lepší dynamické chování systému pantograf - nadzemní vedení a lepší standard sběru proudu; obchází také potřebu instalovat zvláštní elektrické vedení pouze pro účely železnice. Subsystém vozového parku Zkoumané alternativy odpovídají následujícím scénářům: změnit veškerý současný vozový park tak, aby byla interoperabilní; vyměnit pouze motorové a tažené vozy, které mají zvláštní charakteristiky využitelné pro mezinárodní dopravu; nečinit žádná opatření v případě dopravních prostředků, u kterých není interoperabilita potřebná;
zkonstruovat zcela nový vozový park kolejových vozidel. Nejlepší varianty pro jednotlivé druhy kolejových vozidel jsou uvedeny v tabulce 8. Železniční park Náklady nejvýhodnější Náklady v mld. ESP Doba dokončení v letech varianty Elektrické lokomotivy a.3 0 0 Dieslové lokomotivy a.3 0 0 Elektrické a dieselové a.3 0 0 vlakové soupravy Vysokorychlostní vlakové a.4 závisí na poptávce po <11 let soupravy dopravě Osobní vagóny a.2 0,12 5-6 let Nákladní vagóny a.1 0 0 Téměř všechna tato vozidla již jsou interoperabilní bez ohledu na to, zda byla navržena pro provoz na mezinárodním rozchodu koleji, nebo tak, aby umožňovala změnu rozchodu pro provoz na Pyrenejském poloostrově. Tabulka 8 - Zdroj: archiv autora Subsystém provozu a obchodu Akce naplánovaná v této oblasti má za cíl odstranit nebo zmenšit tzv. hraniční efekt. Cílem je vyšší bezpečnost, spolehlivost a dostupnost, zároveň s technickou kompatibilitou osobních a nákladních vlaků. Vybrané alternativy jsou následující: provedení všech navržených opatření nebo alespoň jejich části; žádná akce; vývoj konceptu tzv. nákladních cest pro nákladní vlaky (koridory dostupné všem nově příchozím - rezervace vlakových cest). Shrnutí Jakmile byly vyvinuty různé varianty řešení pro jednotlivé subsystémy, byly učiněny závěry ohledně aktivit, kterými se zvýší konkurenceschopnost železnic. Tyto aktivity jsou uvedeny v tabulce 9, která také zobrazuje seznam jednotlivých subsystémů, počty alternativ, počet postupných fází a čas potřebný k jejich provedení.
Subsystém Počet variant Náklady vybrané varianty Infrastruktura a kolejiště Počet fází Doba zavádění Infrastruktura 2 0,5 mld. ESP neurčeno 10 let Trať 3 150 mld. ESP na 3 neurčeno zařízení 8 mld. ESP na vagón Délka kolejí pro 2 0,079 mld. ESP 10 10 let předjíždění Signalizace a hradla 10 <1,63 mld. ESP 4 13 let Elektrifikace 6 2,78 mld. ESP 4 11-15 let Elektrické a dieselové lokomotivy 0 0 0 Elektrické a dieselové vlakové soupravy 0 0 0 Vozový park Vysokorychlostní 24 bude stanoveno neurčeno <11 let vlaky Osobní vagóny 0,12 mld. ESP 0 5-6 let Nákladní vagóny 0 0 0 Provoz a obchod 31 vysoké, ale 25* neurčeno nevyčíslené Celkem 78 >5 mil. ESP, což odpovídá zhruba 30 mld. eur 46* >15 let * Některé z těchto fází mohou probíhat zároveň. Tabulka 9 - Zdroj: archiv autora Budoucí aktivity Ve střednědobém a dlouhodobém výhledu bude možné uvedené cíle ještě dále doladit a dosáhnout interoperability při nižších nákladech, což bude výsledkem neustálého vývoje výzkumu a moderních technologií v železniční dopravě. Zdroj: Rail International, leden 2002, s. 35-41 Překlad: Zdeněk Kudrna Korektura: ODIS