Fyzikální a ekonomické limity dopravního provozu na vysokorychlostních tratích Jiří Pohl, Siemens, s.r.o. | Telč, 4.11. 2016
© Siemens, s.r.o. 2016. Všechna práva vyhrazena. siemens.cz/mobility © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 1
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Výchozí stav: polarizace společnosti na bohatá města a chudý venkov Minulost 95 % obyvatelstva pracovalo v zemědělství, docházková vzdálenost na pole určila historickou strukturu osídlení (systém vesnic a malých měst) Současnost 2 % obyvatelstva pracuje v zemědělství Výhoda z rozsahu vede ke koncentraci veškerých aktivit (výroba, služby, vzdělání, zdravotnictví, kultura, sport, …) do velkých měst a jejich okolí Výsledkem je polarizace společnosti: • vznikla bohatá, přelidněná, vzdělaná, mladá, zaměstnaná a rozvíjející se města (včetně jim přilehlého venkova), • vznikl chudnoucí, postupně vysídlovaný, méně vzdělaný, stárnoucí, málo zaměstnaný a celkově upadající odlehlý venkov (včetně jemu přilehlých městeček). Hranicí mezi blahobytem a chudobou je izochrona denního dojíždění.
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 2
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Praha 1974 – izochrona dostupnosti centra 30 minut (tramvaj, cestovní rychlost 18 km/h)
Hranice souvislého osídlení města jsou určeny konečnými stanicemi linek tramvají 3 a 11 (Kačerov, Kobylisy, Liboc, Strašnice) © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 3
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Praha 2014 – izochrona dostupnosti centra 30 minut (metro, cestovní rychlost 36 km/h)
Hranice souvislého osídlení města jsou určeny konečnými stanicemi linek metra A, B, C (Háje, Zličín, Letňany, Černý Most, Hostivař) © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 4
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Cíl: využití celé plochy území k hospodářskému, společenskému a rodinnému životu Izochrona denní dojížďky za prací, službami, vzdělání, zdravotnictvím, kulturou, či sportem, se stala hranicí mezi blahobytem a chudobou. Doprava osob a zboží po rozsáhlejším území však naráží na dva limity: • časovou náročnost (nepřímo úměrnou rychlosti: T = L / v), • energetickou náročnost (úměrnou druhé mocnině rychlosti: A = L . k . v2) Avšak lidská společnost potřebuje takové formy mobility, které jsou: • rychlé, • energeticky nenáročné. => zadání (společenská poptávka): jezdit rychle a přitom energeticky nenáročně
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 5
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Cíl: využití celé plochy území státu k hospodářskému, společenskému a rodinnému životu Nástrojem ke zvýšení poloměru izochrony denního dojíždění z místa bydliště do místa společenských aktivit jsou moderní formy mobility. V současnosti je v ČR dominantním druhem dopravy osob individuální automobilizmus (zajišťuje 61 % přepravních výkonů). Individuální automobilizmus je flexibilní a operativní, avšak má i zásadní negativa: - nízká cestovní rychlost, - vysoká energetická náročnost (cca 0,45 kWh/os km), - vysoká závislost na fosilních palivech (uhlíková stopa cca 0,12 kg CO2/os km) - velká ztráta času (77 % cestujících je zaneprázdněno řízením), - nízká produktivita využití investic do nákupu vozidel (jen 24 minut denně, 2 % času) 91 % energie pro dopravu tvoří v ČR fosilní paliva – ropné produkty a zemní plyn (6 % biopaliva, 3 % elektřina) Již ve střednědobém horizontu je nutná změna dopravního chování. © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 6
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Energetická náročnost mobility Možnosti volby: I. valivý odpor Fv = fv .m . g a) pneumatika/vozovka: fv = 0,008 (z bezpečnostních důvodů nelze snížit), b) ocelové kolo/ocelová kolejnice: fv = 0,001 II. aerodynamický odpor F = 0,5 . ρ . Cx . S . v2 a) individuální doprava: za čelní plochou S jsou umístěny 2 řady sedadel, b) hromadná doprava: za čelní plochou S je umístěno 15 řad sedadel (bus), respektive 250 řad sedadel (vlak) III. účinnost motoru a) spalovací motor: cca 36 % (téměř výhradně fosilní paliva – ropa a zemní plyn), b) elektrický motor: cca 92 % (elektrická energie vyrobitelná i z obnovitelných zdrojů)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 7
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Energetická náročnost mobility Měrná spotřeba energie je dána podílem fyzikální a dopravní práce: e = A / D = F . L / (m . L) = F / m (kWh/tkm, respektive kWh/os. km) Měrná spotřeba energie závisí na valivém tření (Fv = fv .m . g), aerodynamickém odporu (Fa = 0,5 . ρ . Cx . S . v2) a účinnosti pohonů (ƞ): e = F / ƞ = (Fv + Fa) / ƞ = (fv .m . g + 0,5 . ρ . Cx . S . v2) / ƞ Ideální vozidlo: - nízký součinitel valivého odporu fv (tvrdá kola, tvrdá jízdní dráha), - štíhlý aerodynamický tvar Cx . S, - vysoká účinnost pohonu ƞ
M © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 8
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Energetická náročnost mobility poměrná energetická náročnost dopravy 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% automobil nafta
automobil elekřina
železnice nafta
železnice elektřina
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 9
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Dekarbonizace mobility Podle zákona zachování hmoty se při spalovaná uhlí, nafty i zemního plynu přesouvá uhlík v podobě CO2 z podzemí na oblohu, do zemského obalu. Oproti době předindustriální jsme již v zemském obalu zvýšili množství oxidu uhličitého z cca 3 500 miliard tun (280 ppm) na současných cca 5 000 miliard tun (400 ppm) a střední roční teplotu země jsem zvedli o cca 1 ° C.
V prosinci 2015 se 147 státníků a reprezentantů ze 196 zemí na konferenci 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)750 miliard tun CO2 (pro oteplení o 1,5 °C), b)1 500 miliard tun CO2 (pro oteplení o 2 °C). Přitom roční produkce CO2 činila v roce 2015 32 miliard tun CO2 Velká část geologických zásob uhlí, ropy a plynu nebude vytěžena, stane se bezcennou. © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 10
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Plynulý scénář ukončení spotřeby fosilních paliv
produkce CO2 pro 1,5 °C
produkce CO2 pro 2 °C
oteplení pro 1,5 °C
oteplení pro 2 °C
35
3,5
30
3,0
25
2,5
20
2,0
15
1,5
10
1,0
5
0,5
0 2010
2020
2030
2040
2050
2060 2070 letopočet (rok)
2080
2090
2100
2110
oteplení Země (°C)
produkce CO2 (mld. t/rok)
řízení oteplení Země (plynulý scénář)
0,0 2120
K omezení vlivu klimatických změn je nutno přestat používat fosilní paliva.. © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 11
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Doprava 4.0 Cíl: využití celé plochy území ČR k plnohodnotnému profesnímu, společenskému i rodinnému životu (dekoncentrace koncentrovaného osídlení) Podmínka: - nízká energetická náročnost, - trvalá udržitelnost (nezávislost na fosilních palivech), - vlídnost k lidem (bezpečnost, pohodlí, úspora a využití času, …). Hierarchická struktura dopravních systémů (logika efektivnosti investic): - nejsilnější přepravní proudy: elektrická železnice s liniovým napájením, - silné přepravní proudy: akumulátorová železnice, - slabší přepravní proudy: elektrobusy, - slabé přepravní proudy: elektromobily, - nejslabší přepravní proudy: pěší chůze, jízdní kolo.
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 12
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Struktura nákladů dopravního systému struktura nákladů dopravních systémů investiční náklady
měrné provozní náklady
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0 silnice
železnice
vysokorychlostní železnice
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 13
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Volba dopravního systému volba optimálního dopravního systému vysokorychlostní železnice
železnice
autobus
automobil
kolo
1
10
100 přepravní proud (osob/h)
1 000
10 000
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 14
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Změna dopravního chování je možná. Železnice v ČR: meziroční nárůst o 6,4 %, celkem o 26 % za 5 let Tahounem tohoto trendu je dálková doprava osobní železniční přeprava v ČR (2010: 100 %) přepravené osoby (mil. osob/čtvrt roku)
přepravní výkon (mil. oskm/čtvrt roku)
přepravní vzdálenost (km) 135 130 125
poměr
120 115 110 105 100 95 90 2010
2011
2012
2013 2014 letopočet (rok)
2015
2016
2017
V odezvě na modernizaci koridorů a příchod nových vozidel roste přepravní poptávka. © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 15
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
ČR: počet automobilů roste rychleji, než jejich přepravní výkony => produktivita osobních automobilů klesá
osobní automobily v ČR produktivita automobilu
6 000 000
60
5 500 000
55
5 000 000
50
4 500 000
45
4 000 000
40
3 500 000
35
3 000 000 2004
2005
2006
2007
2008
2009 2010 letopočet (rok)
2011
2012
2013
2014
30 2015
produktivita automobilu (oskm/den)
počet automobilů (vůz)
počet automobilů
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 16
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Střední přepravní vzdálenost vlaky roste, IAD stagnuje => cestující se naučili jezdit autem na vlak
střední přepravní vzdálenost automobilové a osobní železniční dopravy v ČR železnice
automobil
50
střední přepravní vzdálenost (km)
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1994
1996
1998
2000
2002
2004 2006 letopočet (rok)
2008
2010
2012
2014
2016
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 17
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Příklad flexibility cestujících Pokles vnitrostátních letů po zavedení SC linky Praha - Ostrava vnitrostátní osobní letecká doprava v ČR (jen čeští dopravci) 350
přeprava (osob/den)
300 250 200 150 100 50 0 2005
2006
2007
2008
2009 2010 letopočet (rok)
2011
2012
2013
2014
V odezvě na zkrácení doby cesty a zaručenou úroveň cestovního pohodlí přešli cestující z letecké dopravy na železnici. © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 18
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Vysokorychlostní vlaky Pěšky – chůze rychlostí 5 km/h: spotřeba 8 kWh/100 km Automobil – jízda rychlostí 130 km/h: spotřeba 12,5 kWh/sedadlo/100 km Železnice – jízda rychlostí 300 km/h: spotřeba 4 kWh/sedadlo/100 km Letadlo – let rychlostí 900/300 km/h: spotřeba 40 kWh/sedadlo/100 km
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 19
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Praha – Brno: přepravní průzkum KORDIS JMK – struktura přepravy Praha - Brno Průzkum Kordis 2013 Denně v součtu obou směrů
IAD BUS VLAK hromadná celkem
91% 6% 3% 9% 100%
69% 31% 100%
47 844 3 161 1 450 4 611 52 455
91,2% 6,0% 2,8% 8,8% 100,0%
hh:mm 2:00 2:30 2:42
min 120 150 162
osobní přeprava mezi Prahou a Brnem 6%
3%
IAD BUS VLAK
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 20
3.11.2016
91%
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Ekonomická analýza nákladů a výnosů Ekonomická analýza dopravních projektů je podle Věstníku Ministerstva dopravy ČR č. 11/2013 založena na celospolečenských výnosech daných: - úsporou vnitřních nákladů, - úsporou vnějších nákladů, - úsporou času. Všechny tyto položky závisí na počtu cestujících, využívajících příslušnou investici. a) Konverze Přechod cestujících ze silniční dopravy (individuální automobilismus, autobus) na vysokorychlostní železnici generuje úsporu ve všech výše uvedených položkách. Počet osob je podmíněn časovou a cenovou atraktivitou vysokorychlostní železnice. b) Indukce Vznik nových cest vysokorychlostní železnici generuje další hodnoty, též je podmíněn časovou a cenovou atraktivitou vysokorychlostní železnice. Rychlost působí dvojím účinkem – zvyšuje počet cestujících (atraktivita) a zvětšuje výnos z úspory času. © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 21
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Výnosy podle Věstníku Ministerstva dopravy ČR č. 11/2013 hodnota času stráveného cestováním dopravní prostředek čas auto autobus vlak auto autobus vlak
pracovní pracovní pracovní nepracovní nepracovní nepracovní
vnější náklady osobní dopravy dopravní systém automoblil Kč/1000 os.km nehody 1 697 hluk 269 znečistění ovzduší 816 změny klimatu 750 celkem 3 532
hodnota času Kč/os.h 653 524 653 276 199 276
autobus Kč/1000 os.km 146 61 924 420 1 551
železnice Kč/1000 os.km 42 184 231 250 707
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 22
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Konverze Z průzkumu Kordis vyplývá, že jak doba cesty, tak cena jízdenky jsou rozhodujícími faktory konverze. Jak při jednodimenzonálním hodnocení rozhodování osob (zvlášť čas, zvlášť cena), tak při dvoudimenzionálním hodnocení rozhodování osob (společně čas a cena) statistických dat lze dospět k velmi dobré shodě s Gaussovým rozdělením. Kritérium času a) střední hodnota potřebné doby jízdy vysokorychlostní železnice není totožná se střední hodnotou doby jízdy automobilem (120 minut), ale musí kratší (100 minut) – vliv horší dostupnosti nádraží a intervalu mezi vlaky, b) směrodatná odchylka činí 30 min (variační koeficient 25 %), c) posun maxima o 25 % (nikdy nepojedou vlakem), d) posun minima o 3 % (již jsou ve vlaku)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 23
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Praha – Brno: přepravní průzkum KORDIS JMK – konverze cestujících z IAD na železnici
cesta Praha - Brno (validace modelu) model
průzkum
80 70
konverze (%)
60 50 40 30 20 10 0 0
20
40
60
80
100 120 140 doba jízdy (min)
160
180
200
220
240
Magický bod: 55 minut © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 24
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Konverze
Kritérium ceny Distribuční funkce je také velmi blízká Gaussovu rozdělení, ale má vyšší rozptyl (variační koeficient 40 %) Rozhodování lidí je ovlivněno Baťovým syndromem (efekt „X99“): - za 1 000 Kč skoro nikdo, - za 500 Kč jen část, - za 199 Kč skoro všichni. U celkového výnosu se uplatňuje Lafaierovo pravidlo výběru daní: - optimum výnosu z jízdného je při ceně jízdenky kolem 400 Kč, - optimum celkového výnosu je při ceně jízdenky kolem 200 Kč (při době cesty 55 minut je společenský výnos na jednoho cestujícího 1 728 Kč).
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 25
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Praha – Brno: přepravní průzkum KORDIS JMK – konverze cestujících z IAD na železnici: výnos z jízdného cesta Praha - Brno (kritérium: cena) konverze průzkum
výnos model
výnos průzkum
80
400
70
350
60
300
50
250
40
200
30
150
20
100
10
50
0 0
100
200
300
400 500 600 cena jízdenky (Kč)
700
800
900
výnos (Kč)
konverze (%)
konverze model
0 1000
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 26
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Praha – Brno: přepravní průzkum KORDIS JMK – konverze cestujících z IAD na železnici: celkový výnos cesta Praha - Brno (validace modelu) celkový výnos konverze průzkum
výnos model
výnos průzkum
80
1600
70
1400
60
1200
50
1000
40
800
30
600
20
400
10
200
0 0
100
200
Magický bod: 200 Kč
300
400 500 600 cena jízdenky (Kč)
700
800
900
výnos (Kč)
konverze (%)
konverze model
0 1000
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 27
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Struktura provozních nákladů (ceny jízdenky) cena jízdenky vysokorychlostní železnice Praha - Brno (300 km/h, 54 min) 180
172
160 140
cena (Kč)
120 100 80 60 40
32
36 27
20
22
18
16 6
5
režie
mzdy
7
2
0 odpis energie dopravní vozidel cesta
údržba
úklid
služby
zisk
DPH
celkem
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 28
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Rychlost snižuje dráhový gradient nákladů úměrných času (odpisy a mzdy) Ekonomika provozu kolejového vozidla
měrné pořizovací náklady (Kč/sedadlo/km)
tramvaj
metro
motorový vůz
příměstská jednotka
HS třída 2
HS třída 1
0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0
500
1000 1500 denní běh (km/den)
2000
2500
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 29
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Praha – Brno: vliv doby cesty na efekty konverze z IAD na železnici hodnocení podle Věstníku dopravy 11/2013: vnější náklady, vnitřní náklady a čas
konverze cestujících mezi Prahou a Brnem z IAD na železnici denní počet cestujících
roční efekt
40 000
počet cestujících (osob/den) roční efekt (mli.Kč/rok)
35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 0 0
10
20
30
40
50
60 70 80 90 doba cesty (min)
100
110
120
130
140
150
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 30
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Indukce cestujících HS železnicí Po odečtení doby spánku, práce, rodinného života, volnočasových aktivit a servisních činností zbude člověku každý den určitý čas na dopravu. Za tento čas T se při rychlosti v dopraví na vzdálenost L: L=T.v Pokud dojde ke zvýšení rychlosti na hodnotu v´ mají lidé dvě možnosti: a) cestovat na větší vzdálenost (zvětšení počtu cestujících N): L´ = T . v´ => N´= (v´/ v) . N b) cestovat kratší dobu a zbylý čas využít k jiným aktivitám (zachování počtu cestujících): T´ = L / v´ => N´= N Při stejném vnímání obou hodnot (mobilita, úspora času) lidé rozdělí efekt na oba činitele. Výsledkem je odmocninová funkční závislost růstu počtu cestujících: N´= (v´/ v)0,5 . N © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 31
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Praha – Brno: indukovaná přepravní poptávka (exponent 0,5)
indukce (noví cestující)
noví cestující (osob/den)
35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 0 0
5
10
15
20
25
30
35
40 45 50 55 doba cesty (min)
60
65
70
75
80
85
90
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 32
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
HS Praha – Brno: struktura ekonomických přínosů (cestující: konverze i indukce) HS trať Praha - Brno: vliv traťové rychlosti na ekonomický přínos 35 000
ekonomický výnos (mil. Kč/rok)
30 000
25 000
20 000 vnitřní efekt vnější efekt 15 000
efekt času celkový efekt
10 000
5 000
0 150
175
200
225 250 275 traťová rychlost (km/h)
300
325
350
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 33
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Optimalizace investičních a provozních nákladů vysokorychlostního železničního systému moderními technologiemi subsystém trať (INS) - minimalizace délky mostů a tunelů využitím velkých podélných sklonů (35 ‰), - minimalizace poloměrů oblouků použitím vysokých hodnot převýšení, - naprosté minimum stanic a výhybek, - vysoká stabilita geometrické polohy koleje docílená pevnou jízdní dráhou subsystém energie (ENE) - minimalizace počtu trakčních napájecích stanic použitím systému 2 x 25 kV, - minimalizace požadavků na distribuční síť 3 x 110 kV použitím aktivních balancérů, subsystém řízení a zabezpečení (CCS) - jednotný evropský vlakový zabezpečovač ETCS level 3, - žádné kabely a žádné aktivní prvky v kolejišti, jen pevné balízy a rádiový přenos, - bez návěstidel, bez železničních přejezdů, minimum výhybek subsystém vozidla (RST) - ve srovnání s konvenčními vozidly sice dvojnásobná cena (1,6 mil. Kč/sedadlo versus 0,8 mil. Kč/sedadlo) ale trojnásobný denní proběh (2 100 km/den versus 700 km/den), tedy nižší měrné náklady než u konvenčních kolejových vozidel.
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 34
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Struktura nákladů vysokorychlostního železničního systému měrné investiční náklady HS železničního systému 100%
100%
90% 80%
76%
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%
6%
8%
CCS
ENE
10%
0% INS
RST
celkem
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 35
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Spotřeba energie pro rovnoměrnou jízdu na rovné otevřené trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m) Gradient spotřeby energie na rovné otevřené trati vedlejší spotřeba
trakční spotřeba
celková spotřeba
gradient spotřeby energie (kWh/km)
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
rychlost (km/h) © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 36
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Spotřeba energie pro překonání výšky (osmivozová HS jednotka délky 200 m) potenciální energie odebraná elektrická energie
rekuperovaná elektrická energie
rozdíl odebrané a rekuperované energie
potenciání energie
600
energie (kWh)
500 400 300 200 100 0 0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 výška (m)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 37
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Spotřeba energie pro získání rychlosti (osmivozová HS jednotka délky 200 m) kinetická energie odebraná elektrická energie
rekuperovaná elektrická energie
rozdíl odebrané a rekuperované energie
kinetická energie
800 700
energie (kWh)
600 500 400 300 200 100 0 0
20
40
60
80
100
120
140 160 180 rychlost (km/h)
200
220
240
260
280
300
320
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 38
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Vzájemná relace kinetické a potenciální energie
ekvivalentní výška 500 450
ekvivalentní výška (m)
400 350 300 250 200 150 100 50 0 0
20
40
60
80
100
120
140 160 180 rychlost (km/h)
200
220
240
260
280
300
320
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 39
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
HS trať Praha – Brno rychlostní a podélný profil rychlost
sklon
tunely
700
35
600
25
500
15
400
5
300
-5
200
-15
100
-25
0
-35 0
10
20
30
40
50
60
70
80
sklon (‰); tunely (%)
nadm. výška (m n.m.); rychlost (km/h)
výška
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 vzdálenost (km)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 40
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
HS trať Praha – Brno 209 km, 53 min (osmivozová HS jednotka délky 200 m) dráhový tachogram rychlost 3 600 3 400 3 200 3 000 2 800 2 600 2 400 2 200 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0
360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 vzdálenost (km)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 41
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
čas (s)
rychlost (km/h); tažná síla (kN)
tažná síla
HS trať Praha – Brno 209 km, 3 980 kWh (osmivozová HS jednotka délky 200 m)
spotřeba energie 5000 4500 4000
spotřeba (kWh)
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
vzdálenost (km)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 42
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Rozjezd na rovné otevřené trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m) Tachogram rozjezdu na rovině na otevřené trati
350
rychlost (km/h)
300 250 200 150 100 50 0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
ujetá dráha (km)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 43
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Rozjezd na rovné otevřené trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m) rozjezd na rovině
dráha (m)
400
18 000
360
16 000
320
14 000
280
12 000
240
10 000
200
8 000
160
6 000
120
4 000
80
2 000
40
čas (s)
čas
dráha 20 000
0
0 0
20
40
60
80
100
120
140 160 180 rychlost (km/h)
200
220
240
260
280
300
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 44
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Ztráta času rozjezdem na rovné trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m)
Přirážka na rozjezd 200 180 160 140
čas (s)
120 100 80 60 40 20 0 0
50
100
150 200 rychlost (km/h)
250
300
350
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 45
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Zabrzdění EDB na rovné otevřené trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m) Tachogram brzdění na rovině na otevřené trati
350
rychlost (km/h)
300 250 200 150 100 50 0 0
2
4
6
8
10
12
ujetá dráha (km)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 46
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Zabrzdění EDB na rovné otevřené trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m) brzdění (EDB) na rovině čas
20 000
400
18 000
360
16 000
320
14 000
280
12 000
240
10 000
200
8 000
160
6 000
120
4 000
80
2 000
40
0
čas (s)
dráha (m)
dráha
0 0
20
40
60
80
100
120 140 160 180 rychlost (km/h)
200
220
240
260
280
300
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 47
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Ztráta času zabrzděním EDB na rovné trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m) Přirážka na brzdění 100
80
čas (s)
60
40
20
0 0
50
100
150 200 rychlost (km/h)
250
300
350
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 48
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Ztráta času zastávkou na rovné trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m) ztráta času jedním zastavením (EDB) a rozjezdem na rovině rozjezd
brzdění
pobyt
celkem
360 330 300 270
čas (s)
240 210 180 150 120 90 60 30 0 0
20
40
60
80
100
120
140 160 180 rychlost (km/h)
200
220
240
260
280
300
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 49
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Ztráta dráhy zastávkou na rovné trati (osmivozová HS jednotka délky 200 m) ztráta dráhy jedním zastavením (EDB) a rozjezdem na rovině rozjezd
brzdění
pobyt
celkem
30 000 28 000 26 000 24 000 22 000
dráha (m)
20 000 18 000 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 0
20
40
60
80
100
120
140 160 180 rychlost (km/h)
200
220
240
260
280
300
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 50
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Řízení sledu jízdy vlaků (EDB/EDB, hmotné body nulové délky, bez prodlev)
průběh jízdy vlaků první vlak
druhý vlak
druhý vlak plus zábrzdná vzdálenost
pokračování prvního
50 45 40 35 vzdálenost (km)
30 25 20 15 10 5 0 0:00:00 -5
0:02:00
0:04:00
0:06:00
0:08:00
0:10:00
0:12:00
0:14:00
0:16:00
0:18:00
0:20:00
-10 -15 -20
čas (hh:mm:ss)
© Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 51
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Řízení sledu jízdy vlaků (EDB/prov, hmotné body nulové délky, bez prodlev)
průběh jízdy vlaků první vlak
druhý vlak
druhý vlak plus zábrzdná vzdálenost
pokračování prvního
50 45 40 35 vzdálenost (km)
30 25 20 15 10 5 0 0:00:00 -5
0:02:00
0:04:00
0:06:00
0:08:00
0:10:00
0:12:00
0:14:00
0:16:00
0:18:00
0:20:00
-10 -15 -20 čas (hh:mm:ss) © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 52
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering
Děkuji Vám za Vaši pozornost! In. Jiří Pohl Senior Engineer Siemens, s.r.o. / Divize MO/ Oddělení EN Siemensova 1 Praha - Stodůlky E-mail:
[email protected]
siemens.cz © Siemens, s.r.o., Divize Mobility 2016 . Všechna práva vyhrazena. Strana 53
3.11.2016
Ing. Jiří Pohl/Engineering