Kierunki rozwoju taboru do kolejowych

Jan Raczyński
Kierunki rozwoju taboru
do kolejowych przewozów pasażerskich
Kolejowe przewozy pasażerskie są obecnie na świecie
w okresie intensywnego rozwoju. W Unii Europejskiej notowano roczne przyrosty przewozów na poziomie około
5%, równie dynamicznie rozwijają się także w państwach
Azji wschodniej i południowej, których gospodarki szybko
odrabiają dystans do państw wysoko rozwiniętych. Zatłoczenie dróg i coraz większe koszty kongestii oraz rosnące
ceny paliw i innych surowców energetycznych będą na
pewno czynnikami sprzyjającymi utrzymaniu a nawet
zwiększaniu tej dynamiki. Wzrost ten przekłada się także
na rosnące zamówienia na nowy tabor kolejowy.
Dobre perspektywy dla rynku kolejowego taboru pasażerskiego są
korzystnym czynnikiem dla wprowadzania nowych rozwiązań technicznych w konstrukcji pojazdów. Rynek ten jednak znajduje się
też pod silną presją wymagań klientów, wśród których coraz liczniejszą grupę stanowią prywatni przewoźnicy. Fakt, że zdecy­
dowana większość taboru pasażerskiego w Unii Europejskiej jest
kupowana w sposób bezpośredni lub pośredni ze środków publicznych w drodze przetargów powoduje również silną presję na
obniżkę jego cen. To z kolei zmusza jego producentów do jego
standaryzacji, wydłużania linii produkcyjnych i wprowadzania tzw.
pojazdów z platform modułowych, które charakteryzują się jednolitością zasadniczych rozwiązań konstrukcyjnych, przy zachowaniu pewnej części indywidualnych rozwiązań, stosownie do lokalnych zamówień klientów. W ten sposób powstały takie serie
pojazdów jak np. Talent, Desiro czy Coradia Lint.
Z drugiej strony zwiększają się również wymagania klientów
kupujących tabor będących pod naciskiem coraz większych wymagań pasażerów co do komfortu podróży. Obecnie klimatyzacja
wagonów staje się już standardem nawet w pojazdach do ruchu
aglomeracyjnego. Pociągi do ruchu międzyregionalnego mają już
prędkości maksymalne powyżej 160 km/h. Wnętrza wagonów są
polem do działania najlepszych stylistów. Nawet pociągi dla ruchu regionalnego mają coraz wyższy komfort. Regionalne zespoły
trakcyjne AGC zakupione przez regiony francuskie mają prędkość
maksymalna 160 km/h i wyposażenie wnętrz jak dla pociągów
Intercity.
Rynek taboru kolejowego przy dobrych perspektywach rozwojowych staje obecnie w obliczu nowych projektów standaryzacyjnych, które docelowo powinny obniżyć koszty produkcji i certyfikacji taboru oraz wpłyną na pewno na jego umiędzynarodowienie,
czyli ujednolicenie rozwiązań technicznych w skali kontynentu.
Wpłynie to pozytywnie na rozwój rynku leasingu taboru i zwiększenie jego dostępności dla mniejszych przedsiębiorstw kolejowych. Zasadniczą rolę będzie tu odgrywać opracowanie i wprowadzenie w życie technicznych specyfikacji interoperacyjności
(TSI), które przygotowywane są obecnie przez Europejska Agencję Kolejową.
32
4/2006
W cyklu artykułów na łamach miesięcznika
zostaną przedstawione główne trendy w rozwoju konstrukcji taboru pasażerskiego dla poszczególnych segmentów rynkowych.
Standaryzacja
Obecnie realizowany jest w Unii Europejskiej projekt uporządkowania standardów technicznych w zakresie budowy i eksploatacji
taboru kolejowego i urządzeń infrastrukturalnych. Prace te odbywają się zgodnie z wytycznymi dyrektywy 2001/16 O interoperacyjności kolei konwencjonalnych (znowelizowanej Dyrektywą
2004/50). Wcześniej regulacje takie zostały ustanowione dla kolei dużych prędkości. Zgodnie z przyjętym harmonogramem prac
proces porządkowania standardów technicznych dla kolei konwencjonalnych będzie kontynuowany do 2009 r. Dotychczasowa
standaryzacja oparta na kartach UIC i normach europejskich EN
zostanie uzupełniona i ujęta w ramy prawne.
Wprowadzenie docelowej pełnej interoperacyjności kolei ma
następujące aspekty ekonomiczne:
n usunięcie barier w zakresie ruchu taboru kolejowego po obszarze Unii Europejskiej;
n zmniejszenie kosztów produkcji i certyfikacji taboru i innych
urządzeń w wyniku standaryzacji technicznej oraz wzajemne
uznawanie wydawanych przez państwa członkowskie certyfikatów;
n rozwój rynku leasingu i dzierżawy taboru w wyniku usunięcia
barier administracyjnych dla jego eksploatacji na europejskiej
sieci kolejowej.
Każda ze specyfikacji TSI zawiera zestawienie wymagań zasadniczych dla całego pojazdu oraz dla jego poszczególnych
składników interoperacyjności, czyli w tym przypadku podzespołów maja kluczowe znaczenie dla współpracy pojazdu z infrastrukturą, innym pojazdami i dla bezpieczeństwa ruchu. W każdej
specyfikacji podane są też metody oceny zgodności tych składników i całego pojazdu z wymaganiami zasadniczymi zawartymi
w tej specyfikacji. Specyfikacje zawierają odniesienia do norm
europejskich i innych stosownych dokumentów normatywnych.
Specyfikacje TSI są przyjmowane do stosowania na obszarze
Unii Europejskiej mocą decyzji lub rozporządzeń Komisji Europejskiej.
Oprócz specyfikacji TSI w zakresie konstrukcji i eksploatacji
taboru kolejowego obowiązują także inne unijne akty prawne
o charakterze ogólnym.
1. Ograniczanie szkodliwego oddziaływania emisji spalin z silników trakcyjnych pojazdów spalinowych – obowiązuje dyrektywa
2004/26 z 20 kwietnia 2006 r., nowelizująca dyrektywę 97/68
o ujednoliceniu ustawodawstwa państw członkowskich w zakresie
działań ograniczających emisję gazów i zanieczyszczeń emitowanych przez silniki spalinowe pojazdów niedrogowych.
2. Kompatybilność elektromagnetyczna – dotychczas obowiązuje
dyrektywa 89/336 z pakietem norm zharmonizowanych, która została znowelizowana dyrektywą 2004/108.
Aktualny stan prac nad specyfikacjami TSI dla taboru pasażerskiego oraz zagadnień związanych z konstrukcją i eksploatacją
tego taboru przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1
Stan prac nad specyfikacjami TSI związanymi
bezpośrednio z taborem kolejowym (na 15.04.2006 r.)
Przedmiot regulacji
Stan prac
Tabor trakcyjny (lokomotywy W trakcie opracowania – termin ukończenia 2008 r.
i zespoły trakcyjne)
Wagony pasażerskie
W trakcie opracowania – termin ukończenia 2008 r.
Tabor kolei dla kolei dużych prędkości Przyjęta Decyzją Komisji Europejskiej 2002/735. W 2006 r. przewidziana nowelizacja
Hałas emitowany przez tabor Przyjęta Decyzją Komisji Europejskiej 2006/66
Udogodnienia dla osób z ograniczoną mobilnością
Projekt w Komisji Europejskiej – publikacja w 2006 r.
Bezpieczeństwo w długich tunelach
Projekt w Komisji Europejskiej – publikacja w 2006 r.
Rejestr taboru
W trakcie opracowania – termin ukończenia 2007 r. do 30.06.2006 r. ma być przedłożony pierwszy projekt Komisji Europejskiej.
Certyfikacja zakładów utrzymania taboru
W trakcie opracowania – termin ukończenia 2007 r.
Systemy sygnalizacji i sterowania
Przyjęta Decyzją Komisji Europejskiej w dniu 30.03.2006 r.
Równolegle prowadzony jest także projekt MODTRAIN finansowany ze środków unijnych przy współfinansowaniu przez UIC
i UNIFE. Projekt, który został zapoczątkowany w lutym 2004 r.
i będzie realizowany przez 4 lata, ma na celu zdefiniowane funkcjonalnych, elektrycznych i mechanicznych powiązań (interfejsów) i procedur certyfikacji dla stworzenia rynku wymiennych
modułów (podzespołów), które będą podstawą w opracowywaniu
nowych generacji pojazdów pasażerskich i lokomotyw.
Trzecim projektem jest przygotowywanie podstaw legislacyjnych dla opracowania zasad wzajemnego uznawania wydawanych
dopuszczeń taboru do eksploatacji w poszczególnych państwach
członkowskich Unii. Dotyczyć to będzie taboru już eksploatowanego ale będzie miało wpływ na przyszłe rozwiązania legislacyjne
związane z wprowadzeniem przyszłych specyfikacji TSI dla lokomotyw i taboru pasażerskiego.
Analiza wymagań w zakresie ochrony środowiska i ich podsumowanie jest przedmiotem projektu PROSPER prowadzonego
przez UIC. Efektem tych prac jest projekt karty UIC, w której zostały zebrane te wymagania, także w formie przewodnika. Dotyczą
one ograniczenia poziomu emisji hałasu od taboru, emisji zanieczyszczeń z silników spalinowych, energochłonności pojazdów
trakcyjnych, stosowania materiałów szkodliwych dla otoczenia
i ich utylizacji.
Segmentacja rynku przewozów pasażerskich
Zachodzące w ostatnich kilkunastu latach procesy restrukturyzacji
przedsiębiorstw kolejowych, pojawienie się nowych przedsiębiorstw prywatnych a przede wszystkim zróżnicowanie sposobu
finansowania kolejowych przewozów pasażerskich spowodowały
wyraźną segmentację tego rynku. Stosownie do podziału tego
rynku można też dokonać podziału taboru kolejowego do realizacji przewozów w poszczególnych jego segmentach. Różnice te są
tak wyraźne w konstrukcji taboru, że podział ten będzie użyteczny
dla analiz, jakie będą przeprowadzone w tym artykule, a także
w następnych z tego cyklu.
Podział ten jest następujący:
1. Przewozy aglomeracyjne
Ograniczają się one obszaru aglomeracji miejskich w promieniu
zasadniczo do kilkudziesięciu kilometrów od jej centrum. Są one
silnie zintegrowane taryfowo z systemem komunikacji miejskiej
i zarządzane z reguły wspólnie z nim w ramach jednej jednostki
organizującej transport publiczny w aglomeracji.
2. Przewozy regionalne
Organizowane są w ramach jednego regionu geograficznego bądź
administracyjnego, niekiedy wykraczają nieznacznie poza granice
regionu. Nie przekraczają na ogół swoim zasięgiem obszaru
o promieniu do 100 km od centrum regionu. Z reguły znajdują
się one w gestii danego regionu i są przez niego lub za jego pośrednictwem subsydiowane.
3. Przewozy międzyregionalne
Zasięg ich nie jest ograniczany terytorialnie. Są one także w wielu przypadkach subsydiowane centralnie, ale z reguły subsydiowanie to wyraża się stosowaniem odpowiednio niskich stawek
opłat za dostęp do infrastruktury. Nie wymaga to stosowania tzw.
kontraktów publicznych i ułatwia urynkowienie tego sektora. Oferta przewozowa w tym segmencie jest mocno zróżnicowana, począwszy od klasycznych pociągów o prędkościach maksymalnych
rzędu 160 km/h a czasem nawet niższych do pociągów dużych
prędkości. Jako rodzaj przewozów międzyregionalnych można
traktować także przewozy międzynarodowe, co tym bardziej ma
uzasadnienie w związku z otwarciem tego rynku od 2010 r. i poszerzeniem strefy Schengen na całą Unię Europejską (poza Wielką Brytanią).
Segmentom tym podporządkowały swoją strukturę nawet duże jednolite przedsiębiorstwa kolejowego jak np. SNCF (segment
przewozów dalekobieżnych, regionalnych TER czy aglomeracyjnych Translinien w regionie paryskim).
Najszybszy rozwój notuje się obecnie w kategorii przewozów
aglomeracyjnych i międzyregionalnych, w tym drugim przypadku
przede wszystkim pociągami dużej prędkości.
Rozwój systemów kolei aglomeracyjnych jest wymuszony coraz trudniejszą sytuacją z drożnością układów drogowych w dużych miastach. Najtańszą alternatywą dla zapewnienia szybkiego
poruszania się po mieście są inwestycje w transport szynowy.
Wielki plan budowy w Niemczech systemów kolei miejskiej
S-bahn przełożył się na znaczne zamówienia zespołów trakcyjnych serii 422 do 426. Podobnie duże inwestycje w tabor do tego rodzaju przewozów są w realizacji lub w planach we Francji,
Wielkiej Brytanii, a więc tam, gdzie koszty kongestii w dużych
aglomeracjach są najwyższe.
Zwiększające się inwestycje w sieć kolejową dużych prędkości powodują, że dynamika wzrostu przewozów w tym sektorze
jest większa niż dla całości przewozów pasażerskich. Po kilkunastu intensywnego latach rozwoju można zauważyć, że nie aż tak
liczne linie dużych prędkości stały się szkieletem krajowych systemów szybkich połączeń kolejowych. Jest to już wyraźne we
Francji i w Niemczech, systemy takie powstają w Hiszpanii i we
Włoszech. Podobny system powstanie także w Polsce po wybudowaniu nowej linii Warszawa – Łódź – Poznań/Wrocław, która
wraz linia CMK połączy ze sobą największe aglomeracje w Polsce. Cechą takich systemów jest tworzenie się ogólnokrajowej
sieci połączeń z wykorzystaniem tego samego taboru, a więc pociągów dużej prędkości. W niektórych relacjach dużą ich część
pokonują one po konwencjonalnych liniach kolejowych. Powoduje to zanik dotychczasowych systemów Intercity, których rolę
4/2006
33
przejmują systemy TGV (Francja) czy ICE (Niemcy). Dotychczasowe systemy pełnią malejące funkcje pomocnicze w stosunku
do systemów kolei dużych prędkości i nie są beneficjantem nowych inwestycji taborowych. Wyjątkiem jest jak na razie tylko Hiszpania, gdzie w ostatnich latach zakupiono nowy tabor do obsługi krótszych mniej ważnych relacji z wykorzystaniem fragmentów
linii dużej prędkości (zespoły Alaris serii 104 na prędkość
230 km/h, fot. 6).
Przewozy regionalne są pod silną presją motoryzacji indywidualnej, która dla kolei aglomeracyjnych i dużych prędkości jest
słabą alternatywą. Segment ten jest utrzymywany dzięki wysokim
subwencjom. Pod względem stanu taboru przewozy regionalne
należały jeszcze do niedawna w tym względzie do zaniedbanych.
Główne inwestycje kolei europejskich skoncentrowane były na taborze dla linii głównych. W ostatnich latach złożone zostały zamówienia, w części już zrealizowane na tysiące zespołów trakcyjnych zarówno elektrycznych, jak i spalinowych w różnych
konfiguracjach od 2- do 9-wagonowych.
Konfiguracje pociągów
Z analizy zamówień, jakie zostały złożone na tabor pasażerski
w ostatnich latach wynika dominacja zakupów zespołów trakcyjnych. Ich korzystne cechy, takie jak:
n rozłożenie napędu trakcyjnego wzdłuż całego pojazdu, korzystniejsze z punktu widzenia osiągów trakcyjnych;
n dwukierunkowość bez konieczności manewrów lokomotywami
na stacjach;
n lepsze wskaźniki wykorzystania miejsca dla pasażerów i mniejsza masa na jedno miejsce siedzące
przeważają w zdecydowanej większości przypadków nad pociągami złożonym z wagonów i lokomotywy, które dają możliwość bardzo elastycznego formowania długości składu, stosownie do obciążeń ruchowych w ciągu dnia. Zalety dwukierunkowości bez
zmiany lokomotywy są dla składów wagonowych uzyskiwane poprzez zastosowanie systemu push-pull z kabiną sterownicza na
jednym z końców pociągu. Systemy push-pull są stosowane na
większą skalę między innymi w Niemczech, w Belgii i Szwajcarii.
Dużą popularnością cieszą się, ze względu na ich mały koszt
w przeliczeniu na jedno miejsce siedzące, zestawy pociągowe
push-pull z wagonami piętrowymi.
Tabor dla przewozów aglomeracyjnych
W przewozach aglomeracyjnych stosowane są tylko zespoły trakcyjne, które umożliwiają uzyskanie lepszych osiągów trakcyjnych
w wyniku rozłożenia napędu w poszczególnych wagonach.
Typowe parametry klasycznych zespołów trakcyjnych do ruchu aglomeracyjnego to:
n długość pojazdu do 70 m w układzie 4- lub 3-wagonowym;
n do 50% osi napędnych (umożliwia to efektywne stosowanie
hamowania elektrodynamicznego a także stwarza możliwość
zwrotu znaczącej części energii do sieci trakcyjnej podczas
hamowania);
n moc napędu do 2,5 MW;
n prędkość maksymalna do 140 km/h;
n masa z pełnym obciążeniem pasażerami do 120 t;
Pojazdy mogą być eksploatowane pojedynczo lub układzie
wielokrotnym po dwa lub trzy.
34
4/2006
Fot. 1. Zespoły trakcyjne serii od 423 do 426 stanowią główny tabor do
obsługi dużych aglomeracji w Niemczech Fot. Bombardier.
Fot. 2. Piętrowe zespoły trakcyjne znalazły z powodzeniem zastosowanie
także w przewozach aglomeracyjnych. Paryż, linia szybkiego metra RER E
Fot. Alstom
Tabor do przewozów regionalnych
Do przewozów regionalnych występuje stosunkowo duża różnorodność konstrukcji taboru – dominują zespoły trakcyjne 1-
i 2-pokładowe. Spalinowe zespoły trakcyjne wykonywane są jedynie jako jednopokładowe.
Zespoły jednopokładowe są produkowane w dwóch wykonaniach, jako jednostki:
1) 2- do 4-wagonowe, długości 40 do 70 m i pojemności do
200 pasażerów na miejscach siedzących, z możliwością łączenia ich w pociągi w trakcji ukrotnionej;
2) o liczbie wagonów zestawianych stosownie do przewidywanego natężenia ruchu na danej linii; długość takich zespołów
przekracza 100 m (fot. 4).
W obu przypadkach dominują obecnie rozwiązania z zastosowaniem wspólnych wózków dla sąsiednich wagonów.
Napęd trakcyjny jest lokalizowany co najmniej w wózkach na
krańcach zespołu. W rozwiązaniach o większej liczbie wagonów
silniki trakcyjne są montowane także na wózkach środkowych.
W drugim przypadku rozmieszczenie silników na większej liczby
osi wzdłuż pociągu jest korzystniejsze z punktu widzenia wykorzystania parametrów trakcyjnych zespołu. Najważniejsze korzyści
takiego rozwiązania to:
n mniejsze zapotrzebowanie na moc o około kilkadziesiąt procent w stosunku do rozwiązania z silnikami trakcyjnymi tylko
na końcach zespołu przy uzyskiwaniu tych samych parametrów ruchowych;
n lepsze warunki dla korzystania z hamowania elektrodynamicznego i rekuperacyjnego.
Moc napędu zespołu długości do 70 m i pojemności do 200
pasażerów na miejscach siedzących wynosi 1,4 MW do 2,4 MW.
Możliwość hamowania rekuperacyjnego zależy od liczby osi napędnych. Obecnie producenci taboru oferują dowolne konfigu­
racje wagonów i liczby osi, stosownie do wymagań klientów.
Prędkość maksymalna zespołów do ruchu regionalnego wynosi do 140 km/h, rzadziej 160 km/h. W tym drugim przypadku
wymagane jest zasadniczo stosowanie hamulców elektromagnetycznych szynowych.
Fot. 3. Regionalne zespoły trakcyjne AGC, zakupione przez regiony francuskie, mają prędkość maksymalną 160 km/h i wyposażenie
wnętrz jak pociągów Intercity
Fot. Bombardier
Fot. 4. Coradia Lirex X60 dla kolei szwedzkich jest przykładem, w którym
zrezygnowano z łączenia krótszych zespołów w jeden pociąg na
korzyść jednego zestawu
Fot. Alstom
Fot. 5. Koleje belgijskie SNCB zdecydowały się na zakup dużej liczby
wagonów piętrowych do pociągów systemu push-pull do obsługi
połączeń regionalnych w okolicy Brukseli
Fot. Bombardier
Zespoły trakcyjne piętrowe budowane są zasadniczo z wagonów opartych na dwóch wózkach. Mogą być one zestawiane
z wagonów w liczbie od 2 do 5 i więcej. Zespół 2-wagonowy ma
pojemność około 200 pasażerów na miejscach do siedzenia.
Długości wagonów wynoszą od 25 do 27 m. Zużycie energii na
jedno miejsce do siedzenia jest o około 35% niższe niż dla zespołów 1-pokładowych.
Tabor do przewozów międzyregionalnych
Przewozy międzyregionalne o prędkościach do 200 km/h są realizowane pociągami o szerokim zakresie rozwiązań konstrukcyjnych, począwszy do składów wagonów ciągnionych lokomotywami po pociągi zespołowe złożone z od 3 do 9 wagonów zarówno
jedno-, jak dwupokładowe.
W konstrukcji pociągów zespołowych przeważają rozwiązania
z zastosowaniem wagonów opartych na dwóch własnych wózkach
i wykorzystaniem wagonów czołowych dla pasażerów. Zespoły
napędowe są umieszczane w wybranych wagonach, przy czym
ustaliła się zasadniczo proporcja ilości osi napędnych do tocznych na poziomie co najmniej 1:2. Stosowane są rozwiązania polegające bądź na wyodrębnianiu wagonów, których wszystkie osie
mają napęd bądź wyborze osi napędowych w różnych wagonach
np. z rozwiązaniem jeden wózek napędny i jeden wózek toczny na
jeden wagon.
Moc zainstalowana na 3 wagony wynosi od 2,5 do 3 MW.
Zestawy pociągowe z wagonami (typu Z1 1-pokładowymi lub
2-pokładowymi) są ciągnione lokomotywami o mocy od 4 do 6
MW i prędkości maksymalnej zazwyczaj do 200 km/h (rzadziej
160 km/h).
W kategorii pociągów dużej prędkości nowy projekt specyfikacji TSI dla taboru klasyfikuje tabor według następujących kryteriów:
1) od 190 km/h do mniej 250 km/h jako tabor klasy 2.
2) od 250 km/h do 350 km/h jako tabor klasy 1.
3) powyżej 350 km jako tabor klasy 1, do którego mogą odnosić
się dodatkowe wymagania nie rozpoznane i nie zawarte jeszcze w obowiązującej specyfikacji TSI a będące przedmiotem
krajowych regulacji.
Specyfikacja TSI będzie miała zastosowanie zarówno do pociągów zespołowych, jak i pojedynczych pojazdów ale w tym
drugim przypadku z rozpatrzeniem funkcji całego zestawu pociągowego.
Dla wymienionych kategorii pociągów możliwe są następujące konfiguracje pociągów:
n zespołowe (połączone przegubowo) lub nie;
n z mechanizmem wychyłu pudła lub bez;
n jedno- lub dwupokładowe.
Pociągi klasy 1 powinny być zespołowe, dwukierunkowe z kabinami maszynisty na obu końcach pociągu jako jedno- lub dwupokładowe. Dopuszczalne jest łączenie dwóch zespołów jeden
pociąg. Nie jest wymagane aby pociągi różnych producentów
i różnych operatorów miały możliwość eksploatacji jako razem
sprzęgnięte.
Pociągi klasy 2 mogą być zespołowe lub mogą być pociągami sprzęgniętymi w różnych konfiguracjach jako dwukierunkowe
lub jednokierunkowe. Mogą one być eksploatowane w trakcji
wielokrotnej lub z operatywnym dodawaniem pojazdów stosownie
do natężenia ruchu – dotyczy to przypadku układu z lokomotywą
i wagonami. Nie jest wymagane aby pociągi różnych producen-
4/2006
35
tów i różnych operatorów miały możliwość eksploatacji w normalnych warunkach jako razem sprzęgnięte.
Przyjęta w specyfikacji TSI klasyfikacja pociągów dużej prędkości jest adekwatna do obecnej sytuacji na rynku taboru dla tego zakresu prędkości, i tak:
1) ukształtowały się konstrukcje pojazdów dla zakresu dużych
prędkości 250 km/h i więcej (Francja – pociągi serii TGV
i AGV z napędem rozłożonym w poszczególnych wagonach,
Niemcy – seria ICE w różnych konfiguracjach, Włochy – seria
ETR 500, Hiszpania – Talgo 350);
2) eksploatowane i rozwijane są konstrukcje do 250 km/h o specyficznych własnościach (np. wersje pociągów Pendolino
z mechanizmem wychyłu lub bez);
3) zakres do 200 km/h jest pokrywany przez:
a) pociągi z lokomotywą i wagonami Z1;
b) zespoły trakcyjne będące w części adaptacją konstrukcji
zespołów z prędkości 160 km/h – różnica polega głównie
na wzmocnieniu układu biegowego (zwiększenie kosztu
o około kilkanaście procent);
c) uproszczone wersje pociągów z grupy do 250 km/h.
Układ pociągu dużej prędkości jest zdeterminowany przede
wszystkim wielkością zapotrzebowania na moc do jego napędu.
Aby zapewnić utrzymanie prędkości 300 km/h dla pociągu o masie około 400 t niezbędne jest zainstalowanie zespołów napędo-
Fot. 6. Alaris S-104 to 3-wagonowy pociąg dużej prędkości (230 km/h)
do obsługi krótszych relacji o mniejszym natężeniu ruchu
Fot. Alstom
Fot. 7. Hiszpański pociąg dużej prędkości AVE-102 to przykład ciekawej
konstrukcji, w której pomiędzy jednostkami napędowymi umieszczone są krótkie wagony koncepcji Talgo na jednoosiowych wózkach
Fot. Bombardier
36
4/2006
wych o mocy ponad 8 MW. Dla utrzymania optymalnych wartości
nacisków ze względu na konstrukcję toru i jego utrzymanie, dla
większych prędkości jazdy pociągu naciski osi na tor wynoszą 17
do 18 t. Z tego powodu od samego początku kolei dużych prędkości przyjęły się dwa rozwiązania konstrukcyjne:
1) rozłożenie napędu na dwie jednostki napędowe na obu końcach pociągu.
2) rozłożenie napędu w poszczególnych wagonach pociągu –
konfiguracja zespołu trakcyjnego.
Ze względu na rozwój techniki napędu oraz przekształtników
trakcyjnych, który umożliwia w dogodny sposób rozmieszczenie
silników i aparatury elektrycznej w każdym z wagonów, zaznacza
się obecnie wyraźny trend w kierunku preferowania konfiguracji
zespołu trakcyjnego. Pierwszym w Europie pociągiem o takiej
konfiguracji jest niemiecki pociąg ICE3. Przygotowywany jest do
produkcji przez Alstom także analogiczny pociąg o nazwie AGV
(obecnie w trakcie testów) a Bombardier ogłosił koncepcje pociągu Zefiro.
Mimo tych trendów koleje SNCF zamówiły do obsługi połączeń między Francją, Niemcami i Szwajcarią po otwarciu linii
TGV Est (otwarcie w 2007 r.) jeszcze pociągi klasycznego układu
TGV z dwoma jednostkami napędowymi na końcach pociągu
(oznaczenie TGV POS). Podobnie kolej Renfe zamówiły też partię
pociągów serii S102 (Talgo 350) z jednostkami napędowymi na
końcach pociągu i z małymi wagonami typu Talgo na jednosiowych wózkach w postaci przegubowego składu (fot. 7).
Pociągi z wychylnym pudłem w łukach torowych (eksploatowane także nielicznie w ruchu regionalnym) znalazły jak dotychczas ograniczone zastosowanie.
Technologia wychyłu pudeł daje możliwość przejazdu przez
łuki torowe z prędkością o około 30% większa w stosunku do pociągów konwencjonalnych. Nie oznacza to jednak wzrostu handlowej prędkości pociągu o taką samą wartość. Z reguły uzyskuje
się wzrost prędkości handlowej nie więcej niż 20%. Stosowane
wielkości wychyłu nie przekraczają 9°. Wprowadzenie pociągów
z wychylnym pudłem na daną linię wymaga uwzględnienia tego
w budowie lub modernizacji infrastruktury torowej.
Stosowane są obecnie dwa rodzaje mechanizmów przechyłowych: pasywny i aktywny. Pasywny polega na przechyle pudła
w wyniku zmiany środka ciężkości pojazdu podczas przejazdu
przez łuk a aktywny na wymuszeniu wychyłu pudła przez sterowany sygnałem zewnętrznym napęd hydrauliczny lub elektryczny.
Sygnał sterujący może być generowany przez układ żyroskopowy
wykrywający wejście pojazdu w łuk lub poprzez urządzenia przytorowe podające zestaw informacji o parametrach łuku torowego
na które ma wjechać pociąg. Ten pierwszy system jest obecnie
najbardziej rozpowszechniony i stosowany w pociągach w Europie. Drugi system znalazł zastosowanie w niektórych konstrukcjach pociągów w Japonii.
Przewiduje się, że system wychyłu pudła aktywny ze sterowaniem sygnałem zewnętrznym znajdzie najszersze zastosowanie
w przyszłości. Jest to także związane z wdrożeniem systemu
ERTMS sterowania ruchem kolejowym, jaki został wybrany dla
unijnej sieci kolejowej, w pierwszej kolejności dla sieci TEN.
W systemie tym może być kodowana duża ilość informacji o trasie pociągu i przekazywana drogą radiową do pociągu. Informacja
pochodziłaby z centrów zarządzania ruchem. Do zastosowania tej
metody na szerszą skalę w Europie może dojść dopiero po rozpo-
wszechnieniu systemu ERTMS. Obecnie jednak dla systemu
ERTMS funkcjonują nieliczne instalacje o charakterze pilotowym.
Na rynku tego rodzaju taboru dominują pociągi Pendolino,
produkowane od ponad 20 lat. Dotychczas wyprodukowano 285
tego typu pociągów z mechanizmem wychyłu, nie tylko w zakładach Alstoma we Włoszech, ale także są to konstrukcje innych
producentów powstałe w kooperacji.
W 2004 r. koleje włoskie Trenitalia zamówiły w zakładach Alstom 12 nowych, 7-wagonowych pociągów za 240 mln. Pociągi
te są zmodyfikowane w porównaniu z pociągami Pendolino III
w celu poprawy ich niezawodności. Rok później także kolej Cisalpino (operator pociągów między Włochami, Szwajcarią i Niemcami) zakupiła 14 pociągów, ale wersji 3-systemowej (dodatkowo
system zasilania 15 kV 16,7 Hz). Pierwsze pociągi wejdą do eksploatacji w 2006 r. Ze względu na znaczny postęp w technologii,
pojazdy te zostały nazwane jako Pendolino IV generacji.
Koszty eksploatacji taboru
Prowadzone w latach 90. analizy kosztów całego cyklu życia taboru kolejowego zmieniły poglądy ich użytkowników na kryteria
jakimi powinni się kierować przy zakupie nowego taboru. Główne
składniki kosztu eksploatacji taboru to koszt jego zakupu, jego
późniejszego utrzymania i zużywanej energii. Analizy prowadzone
przez koleje niemieckie w ramach projektu PROSPER wykazały,
że np. dla lokomotywy dla ruchu pasażerskiego podział kosztów
w trakcie jej eksploatacji jest następujący:
- koszt zakupu 23%;
- koszt utrzymania 31%;
- koszt zużytej energii 46%.
Niska cena nie jest więc decydującym kryterium podjęcia decyzji o zakupie taboru. Ceny taboru kształtują się obecnie od
1 mln do 2,5 mln euro za jeden wagon, w zależności od kategorii
pociągu. Jego późniejsze utrzymanie to roczny koszt około 4%
ceny taboru. Kontrakt zawarty z producentem (coraz chętniej je
oferują wraz z zakupem taboru) np. na 20 lat warty jest prawie
tyle co koszt taboru.
Z kolei rosnące ceny energii, szczególnie paliwa dla spalinowych pojazdów trakcyjnych i ich wysoki udział w koszcie eksploatacji zmusza do poszukiwania rozwiązań technicznych dających
nawet już niewielkie oszczędności procentowe.
Kolejnym ważnym elementem jest zapewnienie wysokiej dyspozycyjności taboru. Obecnie wskaźnik na poziomie 0,95 staje
się już standardem. O wskaźniku tym decyduje nie tylko potencjalna awaryjność taboru ale też czas niezbędny na wykonanie
przeglądów i napraw pojazdu, liczony nie tylko w pracogodzinach
ale zyskujący na znaczeniu wskaźnik czasu odstawienia pojazdu
na czynności utrzymaniowe, czyli podatność na utrzymanie.
W kontraktach na zakup taboru ważny punkt stanowią obecnie
sprawy serwisu i płynnego zaopatrzenia w części a także pomocy
technicznej.
Perspektywy
Powszechne w Europie systemy kontraktów publicznych na przewozy pasażerskie, liczne preferencje w rozwoju sieci kolejowej
a przede wszystkim budowy linii dużych prędkości pozwalają
Tabela 2
Konfiguracje pociągów dla różnych rodzajów przewozów
– podział pociągów dużej prędkości według projektu nowelizacji
specyfikacji TSI
Rodzaj przewozów
Prędkość Konfiguracja
maksymalna
[km/h]
Aglomeracyjne
140
Elektryczne zespoły trakcyjne 1- i 2- pokładowe
Regionalne
160
Elektryczne zespoły trakcyjne 1- i 2- pokładowe, spalinowe zespoły trakcyjne 1-pokładowe, wagony 1- lub 2-pokładowe z lokomotywą w układzie push-pull
Pociągi klasyczne
200
Elektryczne zespoły trakcyjne 1- i 2- pokładowe, spalinowe zespoły trakcyjne 1-pokładowe, wagony 1- lub 2-pokładowe z lokomotywą w układzie push-pull
Pociągi dużej
190–250
prędkości 2 klasy
Międzyregionalne
Elektryczne zespoły trakcyjne 1- i 2- pokładowe lub zestawy z jedną lub dwiema jednostkami napędowymi na końcach pociągu, spalinowe zespoły trakcyjne 1-pokładowe, wagony 1- lub 2-pokładowe z lokomotywą w układzie push-pull
Pociągi dużej
>250
prędkości 1 klasy
Elektryczne zespoły trakcyjne 1- i 2- pokładowe lub zestawy z jedną lub dwiema jednostkami napędowymi na końcach pociągu, pociągi z wychylnym pudłem
Pociągi
<250
z wychylnym pudłem
Elektryczne lub spalinowe zespoły trakcyjne 1-pokładowe przewidywać pomyślne perspektywy dla kolejowych przewozów
pasażerskich. Należy jednak w analizach wziąć pod uwagę, że
główną lokomotywą wzrostu będą koleje dużych prędkości. Oferta
przewozowa pociągami dużych prędkości jest bezkonkurencyjna
dla innych środków transportu w szerokim zakresie długości podróży od 100 do w bliskiej perspektywie 1000 km. Można zaryzykować stwierdzenie, że gdyby nie rozwój kolei dużych prędkości
to przewozy kolejowe pasażerskie w Europie nadal traciłyby z roku
na rok udziały rynkowe, jak to ma miejsce obecnie w Polsce.
Liczba prowadzonych inwestycji w budowę nowych linie zwiększa
się i obejmuje coraz to nowe państwa. Prace na budową nowych
linii dużych prędkości rozpoczęto w Portugalii, w Grecji i Szwecji.
Oznaczać to będzie zwiększenie zapotrzebowania na nowy tabor.
Linie dużych prędkości korzystnie wpływają na rozwój przewozów w regionach do których docierają. Ukończenie linii TGV
Mediterranee przełożyło się także na znaczne zwiększenie ruchu
regionalnego na południu Francji a tym samym na zakup taboru
nowej generacji przeznaczonego do tych przewozów.
Przemysł taboru kolejowego ma przed sobą także perspektywę odbudowy parku taborowego w państwach Europy wschodniej, przede wszystkim w Polsce. Brak zakupów nowego taboru
od ponad 15 lat spowodował dużą lukę, atrakcyjną dla producentów ale trudną do udźwignięcia dla przedsiębiorstw kolejowych.
Od rozwiązania tego problemu zależą potencjalne zakupy nowego
taboru. Problemowi temu poświecony jest odrębny artykuł w tym
numerze miesięcznika
.
q
4/2006
37