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 Belgie Švédsko Velká Británie Česká republika

zdroj: World Bank, 2011

celková délka tratí (km)

100 % 84 % 80 % 40 % 34 %

elektrifikováno (km)


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


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


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


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


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


8

Výhody jednotné trakční napájecí soustavy (1) • perspektivně cílový evropský systém podle TSI ENE • 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


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)


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


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


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


13

Srovnání trakčních soustav Napěťová soustava

oblast trakční vedení

750 V

řešení

výsledek

vysoký proud

náklady

3 kV

15 kV, 16,7 Hz

25 kV, 50/60 Hz

DB

SJ

1x

2x

50 kV, 50/60 Hz

––

–

+

+

+

+

+

––

–

+

+

+

+

+

–– (220 km/h)

– (250 km/h)

+

+

+

+

+

omezení výkonu nízký proud

provoz

limitovaná rychlost

vysoký proud

provoz

počet napájecích stanic

úbytek napětí

náklady

––––

––

–

+

+

+

++

++

napájecí stanice

náklady

–

–

–

+

–

+

+

+

počet délka napájecího napájecích vedení stanic

náklady

––––

––

–

+

+

+

++

++

transformátory ve vozidlech

prostor, náklady

+

+

+

––

––

–

–

–

náklady

+

+

+

–

–

––

––

––

náklady

–

–

–

(–)

+

+

+

+

impedance rekuperace

střídavý proud

––––

1,5 kV

Poznámka: znaménko „+“ označuje výhody, znaménko „–“ nevýhody. Uvedený počet znaků není úměrný počtu výhod, znamená pouze příznivější resp. nepříznivější řešení. Zdroj: www.bueker.net


14

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) Porovnanie diskontovaných nákladov

7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

6000

6105

5000

4507 135,5 % 100 %

(mil.SK)

(mil.Sk)

Porovnanie diskontovaných nákladov

4817

4000 3000 2000

3041 158,4 % 100 %

1000

JSTS

STTS Investičné náklady


0 JSTS

STTS Náklady na údržbu

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


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


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)


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


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


21


22


23


24


25


26

Děkuji za pozornost! Jednotná trakční soustava na síti SŽDC © Správa železniční dopravní cesty, státní organizace

www.szdc.cz

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

Recommend Documents