Vysoká škola ekonomická v Praze
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
2007
Petr Vrbský
Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta podnikohospodářská Obor: Podniková ekonomika a management
Název bakalářské práce:
Využití a perspektivy dopravních systémů založených na principu magnetické levitace
Vypracoval: Petr Vrbský Vedoucí práce: Ing. Lubomír Zelený, Csc.
Prohlášení Prohlašuji, že bakalářskou práci na téma „Využití a perspektivy dopravních systémů založených na principu magnetické levitace.“ jsem vypracoval samostatně. Použitou literaturu a podkladové materiály uvádím v přiloženém seznamu literatury.
V Praze dne 2.1.2007
Podpis:
Poděkování Chtěl bych poděkovat panu Ing. Lubomíru Zelenému, Csc. za jeho rady a cenné připomínky, kterých se mi od něho v průběhu vypracování této bakalářské práce dostalo.
Obsah 1 2
Úvod ...................................................................................................................................2 Technologie Maglev ...........................................................................................................4 Základní teoretické předpoklady ................................................................................4 2.1 2.2 Současné technologické koncepce .............................................................................5 2.3 Klady a zápory jednotlivých technologických koncepcí............................................6 3 Realizované projekty magnetických levitačních vlaků ......................................................8 3.1 Japonský JR-Maglev ..................................................................................................8 3.1.1 Historie vývoje JR-Maglev.................................................................................8 3.1.2 Popis koncepce JR-Maglev ..............................................................................10 3.1.3 Projekt Chūō Shinkansen (Tokyo-Osaka) ........................................................12 3.1.4 Linimo ..............................................................................................................13 Maglev v Německu...................................................................................................14 3.2 3.2.1 Historie Transrapidu .........................................................................................14 3.2.2 Technologie Transrapid....................................................................................16 3.2.3 Zkušební trať v Emslandu ................................................................................19 3.2.4 M-Bahn.............................................................................................................19 Připravovaná trať v Mnichově..........................................................................20 3.2.5 3.3 Transrapid v Číně .....................................................................................................21 3.4 Projekty Maglev v USA ...........................................................................................23 3.4.1 Historie výzkumu Maglevu v USA ..................................................................23 3.4.2 Testování technologie Inductrack v San Diegu................................................23 3.4.3 Transrapid v USA.............................................................................................24 3.5 Maglev ve Velké Británii .........................................................................................26 3.5.1 Městská trať v Birminghamu............................................................................26 3.5.2 Plánovaný Transrapid ve Velké Británii ..........................................................27 3.6 Projekt Swissmetro ...................................................................................................28 3.7 Transrapid ve střední a východní Evropě .................................................................29 4 Porovnání magnetických rychlovlaků s konvenční železniční dopravou.........................30 4.1 Porovnání z pohledu investora .................................................................................30 4.1.1 Vliv specifických podmínek na nákladovost projektů .....................................30 4.1.2 Studie ekonomické efektivnosti ICE a Transrapidu v Německu......................32 4.1.3 Další kritéria pro investory ...............................................................................33 4.2 Porovnání z pohledu zákazníka ................................................................................33 4.2.1 Porovnání cen jízdenek ICE a Transrapid ........................................................33 4.2.2 Doba přepravy ..................................................................................................35 4.2.3 Bezpečnost přepravy.........................................................................................36 4.2.4 Komfort ............................................................................................................37 4.2.5 Hlučnost............................................................................................................38 5 Závěr.................................................................................................................................39
1
1 Úvod Na začátku 21. století je více než kdykoliv dříve věnována pozornost novým alternativním dopravních řešením v hromadné dopravě. Se stále zrychlujícím se vědeckotechnickým rozvojem a změnou životního stylu roste potřeba rychlejších, spolehlivějších a pohodlnějších druhů dopravy než těch, jenž jsou v současné době standardně k dispozici. V posledních letech se velkým problémem stala také přílišná závislost moderních ekonomik na fosilních palivech, jejichž ceny neustále rostou. Všechny tyto faktory se v budoucnu pravděpodobně budou projevovat v příklonu k novým druhům vlakové dopravy. Tento směr vývoje hromadné dopravy indikuje mimo jiné velký boom rychlovlaků v západní Evropě v posledních desetiletích 20. století. Francouzský systém elektrických rychlovlaků TGV se stal velmi populárním a dnes se rozšiřuje i mimo území Francie. I když jsou tyto dopravní systémy velice rychlé a spolehlivé, vývoj tohoto typu dopravy se nezastavil a rychlovlaky jsou v dnešní době vyvíjeny také v Německu, Japonsku a USA. Nejnovější generací rychlovlaků jsou dopravní systémy založené na principu magnetické levitace, známé pod zkratkou MAGLEV. Použití elektromagnetické síly umožňuje bezkontaktní způsob přepravy, jehož výhodou jsou vyšší přepravní rychlosti a větší pohodlí pro cestující než u klasických způsobů hromadné dopravy.
Obr. 1 Dopravní systém Maglev
2
Zdroj: Maglev.be
Cíl práce Cílem této práce je popsat možnosti dopravních technologií na principu magnetické levitace, poukázat na její klady a zápory a porovnat ji s klasickou železniční dopravou. Dále také nastínit možnosti použití tohoto typu dopravy v budoucnu.
3
2 Technologie Maglev Přeprava na principu magnetické levitace je takový způsob přepravy, kdy dochází k pohonu, usměrňování a brzdění vozidel pomocí elektromagnetické síly. Tento způsob dopravy tedy může být rychlejší a pohodlnější než klasické kolové systémy hromadné dopravy osob. Systémy Maglev dosahují rychlostí srovnatelných s turbovrtulovými a tryskovými letadly (500-580 km/h). Poněvadž je převážná část pohonného systému umístěna v trati a ne v samotné vlakové soupravě, jsou tyto soupravy mnohem lehčí a mohou být využívány i na mnohem strmějších tratích než jaké jsou běžně používány v klasické vlakové dopravě. Technologie Maglev má jenom minimální podobnost s konvenční vlakovou dopravou. Protože magnetické rychlovlaky nemohou fungovat na existující infrastruktuře, musí být navrhovány jako kompletní dopravní řešení.
2.1 Základní teoretické předpoklady Magnetická levitace je jev, kdy se předmět vznáší nad jiným předmětem na základě existence magnetického pole. Gravitační síla je v případě magnetické levitace překonávána protichůdnou elektromagnetickou silou. Základním poznatkem pro vývoj technologie magnetické levitace je fyzikální zákonitost, kterou popisuje tzv. Earnshowova věta. Říká, že jakákoli soustava elektrických nábojů nemůže zůstat v klidu jen díky elektrostatickým silám působícím mezi těmito částicemi. Důsledkem této vlastnosti magnetických polí a jejího experimentálního potvrzení je zjištění, že pro magnetickou levitaci není možné využívat „klasická“ makroskopická magnetická pole (tvořená pomocí přirozeně magnetických látek – feromagnetů). Působení elektromagnetické, gravitační a magnetostatické síly způsobí, že poloha levitujícího objektu se stává nestabilní a to i v případě, kdy je magnetická síla působící na předmět větší než opačně působící síla gravitační. Proto byly vyvinuty speciální metody, které umožňují eliminovat tyto nežádoucí jevy a umožnit stabilní levitaci předmětů v magnetickém poli, jako například elektromagnetická stabilizace nebo diamagnetické materiály (materiály, které získávají magnetické vlastnosti až po umístění v magnetickém poli).
4
2.2 Současné technologické koncepce V dnešní době existují tři základní technologické koncepce systému Maglev. Každá z těchto koncepcí využívá poněkud odlišné metody zabraňující již zmíněné nestabilitě předmětů v magnetickém poli. První je založena na zpětně kontrolovaných elektromagnetech – elektromagnetické zavěšení (angl. electromagnetic suspension - EMS). Druhá je koncepce elektrodynamického zavěšení (angl. electrodynamic suspension - EDS) využívající supravodivých magnetů. A třetí, zatím nejnovější technologie, je založena na využití permanentních magnetů (Inductrack). Současné EMS systémy jsou založeny na principu levitace vlakové soupravy nad ocelovou tratí, které je dosaženo pomocí elektromagnetů ve spodní části soupravy. Tyto elektromagnety jsou pomocí speciálních elektronických okruhů optimalizovány tak, aby byla dodržena konstantní vzdálenost mezi vlakovou soupravou a tratí. Tento systém vyžaduje stálé měření vzdálenosti soupravy od trati a nepřetržitou adaptaci elektromagnetů aktuálním podmínkám. U systémů založených na technologii EDS a Inductrack vytváří trať i souprava vlaku magnetické pole a souprava je nadnášena odpudivou silou mezi těmito dvěma magnetickými poli. Magnetické pole je vytvářeno buď pomocí tzv. supravodivých materiálů (u EDS) nebo polem permanentních magnetů (Inductrack). Odpudivá síla je vytvářena indukovaným magnetickým polem v drátech či jiných vodivých částech tratě. Při nízkých rychlostech není síla dostatečně velká, aby umožňovala levitaci, proto musí být soupravy vybaveny pomocnými koly, které jsou využívány po dobu než souprava dosáhne rychlosti, při které k levitaci dochází. Na trati jsou instalovány speciální pohonné cívky umožňující vyvinout sílu na magnety na soupravě a tím posouvat soupravu kupředu. Tyto cívky jsou v podstatě formou lineárního motoru. Cívky produkují střídavě se měnící magnetické pole a to potom pohybuje soupravou. Nevýhodou technologie EDS je vysoká úroveň magnetického pole v soupravě, která se řeší komplikovaným způsobem odstínění, dalším problémem je také potřeba speciálních kryogenních chladících systémů.
5
Obr. 2 - Pohon soupravy systému EDS
Zdroj: Wikipedia.org
Technologie Inductrack byla vyvinuta americkým vědcem Lawrencem Livermorem. Pro stabilizaci tato koncepce využívá tzv. Halbachova pole - uskupení permanentních magnetů, která umožňují stabilizaci předmětu magnetickém poli bez potřeby elektronických stabilizačních systémů. Původně se tohoto efektu využívalo pro vedení paprsku v částicových urychlovačích. Tato koncepce nabízí řešení, která by mohla vést k mnohem nižším nákladům na konstrukci a provoz dopravního systému (z důvodu absence supravodivých magnetů či elektronických stabilizačních okruhů). Další výhodou je fakt, že magnetické pole v systémech Inductrack je pouze na trati, tímto se omezuje negativní vliv magnetizmu na cestující. Inductrack představuje „Totálně pasivní technologii“, poněvadž k levitaci souprav není potřeba žádná externí energie.
2.3 Klady a zápory jednotlivých technologických koncepcí Každá ze současných technologických koncepcí dopravního systému Maglev má své slabé a silné stránky. Konstruktéři musí při realizaci dopravních řešení brát ohled na konkrétní podmínky v místě, kde má nová trať vzniknout a využívat tu koncepci, která nejlépe vyhovuje daným prostorovým, ekonomickým, případně jiným požadavkům na výsledné řešení. Navíc je nutné brát ohled i na cenu patentů u každé z dostupných technologií, která představuje významnou položku při rozhodování o konkrétních dopravních řešeních v místě realizace.
6
Tab. 1 - Porovnání současných technologických koncepcí Maglev
Technologie EMS
Výhody -
(elektromagnetické zavěšení)
-
magnetické pole uvnitř a vně
Nevýhody -
soupravy je zanedbatelné
systém monitorující
vlak nemusí nést vlastní
vzdálenost soupravy
pohonnou jednotku
vlaku od trati
-
souprava nemusí mít kola
-
technologie je vyzkoušená a
-
-
-
Silné supravodivé magnety
vyžaduje instalaci svazků statorů kolem celé tratě, zvyšuje cenu
komerčně dostupná EDS
vyžaduje počítačový
-
silné magnetické pole
v soupravě a velký prostor
na palubě vlaku
mezi tratí a spodní částí
omezuje funkčnost
soupravy umožňuje
kardiostimulátorů,
dosáhnout nejvyšší dosud
kreditních karet a
naměřené rychlosti 581 km/h
pevných disků
umožňuje vysokou nosnost
-
soupravy
potřeba kol při nižších rychlostech
-
zatím neexistuje prototyp
Inductrack
-
-
nevyžaduje k aktivaci
vyžaduje použití kol či
magnetů žádnou energii
pohyblivých částí trati,
v případě poruchy se
které se využívají když
souprava postupným klidným
je souprava zastavena
zpomalováním zastaví -
-
speciální permanentní elektromagnety mohou být nákladově efektivnější než elektromagnety
7
3 Realizované projekty magnetických levitačních vlaků Každý z projektů dopravního systému typu Maglev má svoje specifické vlastnosti. Je to dáno tím, že vývoj magnetických rychlovlaků probíhal relativně izolovaně a vědecké výzkumné týmy z jednotlivých států navzájem nespolupracovali. Použité technologie byly také značně závislé na tom, jak dlouho se před finální realizací projektu na výzkumu pracovalo a na dostupné technologii a množství investic v jednotlivých státech.
3.1 Japonský JR-Maglev JR-Maglev je výzkumný testovací projekt vytvořený japonským Institutem pro technický výzkum železniční dopravy (Railway Technical Research Institute – RTRI).
3.1.1 Historie vývoje JR-Maglev Počátky výzkumu japonských magnetických levitačních vlaků sahají až do roku 1962. Zpočátku šlo pouze o výzkum technologie magnetické levitace, kterému nebyla přisuzována velká perspektiva pro využití v dopravní infrastruktuře, ale již v roce 1970 se v Japonsku rozhodlo o použití této technologie pro železniční dopravu a započalo se na projektu JRMaglev. Již v roce 1977 se začalo s experimenty na testovací trati Miyazaki v jižním Japonsku. Hlavním účelem, pro který byl tento typ vlaků vyvíjen, měla být vysokorychlostní doprava cestujících na letiště. V roce 1979 první experimentální model vlaku (bez pasažérů) s označením ML500 dosáhl při testech rychlosti 517 km/h na 7 km dlouhé dráze. Postupně byla vodící dráha přestavěna na praktičtější verzi s průřezem ve tvaru písmena U. V tomto roce začala vláda projekt finančně podporovat. Pilotovaný model MLU001 byl prvním modelem konstruovaným na základě vládních dotací.
8
Obr. 3 - MLU001 při aerodynamických testech
Zdroj: RTRI
Brzy následovaly modely MLU002 a MLU002N, které byly používány v široké paletě experimentů. Testovací dráha byla však pro tyto experimenty nedostatečná, neboť neměla žádné
tunely
ani
stoupání.
Proto
byla
vybudována
nová
testovací
dráha
v
prefektuře Yamanashi v jižním Japonsku, 100 km od Tokya. Testovací trať v japonské prefektuře Yamanashi je v současnosti dlouhá 42,8 km a rozkládá se mezi městy Sakaigawa a Akiyama. Nepřetržité testy probíhají za účelem ověření konečné proveditelnosti tohoto dopravního řešení a uvedení do běžného provozu pro veřejnost. Použití dvou prototypů dovoluje zkoumat vedlejší aerodynamické účinky při potkávání souprav při vysokých rychlostech. Při těchto rychlostech je s dopravou vlaku, který se pohybuje ve žlabu jen málo zkušeností. Důležitou roli hrají v těchto podmínkách boční síly, resp. zkoušky boční stability a jízdního vybavení z hlediska aerodynamických sil, které závisí na jízdní rychlosti, na vzdálenosti bočních stěn a na průřezové ploše obou vlakových souprav. Výsledky zkoušek umožní stanovit nejpříznivější vzdálenost jízdních drah, jsou však pro vozidla současných provedení jen omezeně použitelná, protože s ohledem na na boční stěny souprav MLX mohou aerodynamické síly působit pouze částečně – a to v horní části vozidla. Nový je při těchto zkouškách provoz více souprav současně, z čehož vyplývá nutnost, aby řízení vlaku bylo oboustranné. Zkušební trať je z tohoto důvodu provedena jako dvoustopá. Elektrické napájení je provedeno ze dvou skupin střídačů, které jsou umístěny v transformovně v blízkosti zkušebního centra situovaného uprostřed zkušební tratě Yamanashi.
9
16. listopadu 1999 dosáhly obě soupravy při míjení na mostě u Ogatayami relativní rychlosti 1003 km/h. a vytvořily tak světový rekord v potkávací rychlosti souprav obsazených osobami. Na základě zkušeností z testovacích jízd bylo ověřeno, že soupravy jsou pro potkávání z hlediska pohodlí při jízdě a jízdní stability solidně domenzovány. Funkčnost řízení motoru také prokázalo naprosto přesné potkání obou vysokorychlostních souprav.
Obr. 4 - Testovací trať JR-Maglev
Zdroj: RTRI
2. prosince 2003 byla na této testovací trati dosažena maximální rychlost 581 km/h za použití pilotované soupravy o třech vagonech.
3.1.2 Popis koncepce JR-Maglev JR-Maglev MLX01 (zatím nejmodernější typ japonského magnetického vlaku) je magnetický levitační vlak typu EDS. Testovací soupravy jsou tvořeny maximálně 5 vagony. Pro předváděcí účely jsou některé z prostředních vagonu vybaveny sedadly pro pasažéry. vyžaduje pneumatická kola, která jsou využívána při nižších rychlostech (méně než 150 km/h), kdy ještě není generováno tak silné magnetické pole, aby mohlo dojít k levitaci. Při zvýšení rychlosti nad kritickou mez dochází k zatažení kol a souprava volně letí nad dnem vodící dráhy.Výška vzduchového polštáře nad tratí je 10 cm.
10
Základní komponentou JR-Maglev je supravodivý magnet. Podvozek každé soupravy je vybaven párem těchto speciálních magnetů. Použití tohoto typu magnetů vychází mimo jiné z výsadního postavení Japonska ve vývoji supravodičů a supravodivých generátorů. Velkým
úspěchem
japonského
vývojového
týmu
je
zatím
nejvýkonnější
vysokoteplotní supravodivá cívka, vyznačující se mimořádnými vlastnostmi obzvláště vhodnými pro použití v rychlovlaku JR-Maglev. Specifickou odlišností JR-Maglev od ostatních systémů je vsazení soupravy dovnitř dráhy, která soupravu z obou stran obklopuje. Elektromagnetické cívky jsou umístěny po stranách dráhy. Supravodivé magnety, instalované na soupravě, při průchodu okolím cívek umožňují levitaci soupravy. Levitační cívky umístěné ve vodící dráze také generují vodící a stabilizační síly, které zamezují vychýlení soupravy z optimální trajektorie.
Obr. 5 - Levitační systém JR-Maglev
Zdroj: RTRI
Souprava je vybavena dvěma typy brzd – aerodynamickými a diskovými brzdami. Aerodynamické brzdy jsou určeny pro nižší rychlosti, využívají aerodynamický tah vyvíjený speciálními panely na střeše soupravy. Tyto panely fungují podobně jako vystřelovací padáky při brzdění některých starších typů nadzvukových stíhacích letounů. Diskové brzdy jsou uplatňování při brzdění ve vyšších rychlostech. Soupravy jsou designovány především za účelem dosažení co nejmenšího aerodynamického odporu při vysokých přepravních rychlostech. JR-Maglev je poháněn tzv. lineárním synchronním motorovým systémem. Tento pohonný systém vyžaduje napájení cívek ve vodící dráze. Vývoj se dále soustřeďuje na speciální cívky, obsahující postranní levitační cívky, vysokonapěťový napájecí systém a mnoho dalších složitých elektronických komponentů.
11
Obr. 6 - Testovací souprava JR-Maglev MLX01
Zdroj: RTRI
3.1.3 Projekt Chūō Shinkansen (Tokyo-Osaka) Chūō Shinkansen je plánované spojení mezi japonskými městy Tokiem, Nagoyou a Osakou. Ačkoliv přesné plánování trati a její konstrukce ještě nezačalo, hovoří se o budoucí integraci existující testovací trati Yamanashi do této linky. Chūō Shinkansen je zamýšlen jako následovník existujících japonských vysokorychlostních tratí. Mohl by být významnou posilou pro přetížené linky současných japonských rychlovlaků a také by měl posloužit jako vysokorychlostní evakuační systém japonských metropolitních oblastí v případě krizových situací.
Obr. 7 - Chūō Shinkansen
Zdroj: Wikipedia.org
Nasazení technologie JR-Maglev by bylo v horském terénu trati velice výhodné, zvláště proto, že by nedocházelo ke ztrátám rychlosti souprav při strmém stoupání (magnetická síla je silnější než gravitace). Zároveň by byla tato linka velice atraktivní z důvodu polohy v horských oblastech s úchvatnou scenérií. 12
Poněkud temnou stránku tohoto projektu je jeho obrovská nákladovost. Z důvodu polohy trati by bylo nutné razit přibližně 100 km tunelů, čímž by se předpokládaná výše investic na tento projekt vymrštila do astronomické sumy 82 miliard dolarů.
3.1.4 Linimo Trať Linimo je aplikací tzv. městských magnetických levitačních vlaků. Nachází se v japonské prefektuře Aichi, blízko města Nagoya. Byla vyvinuta korporací Chuba HSST, která poblíž Nagoyi provozuje i testovací dráhu pro tento typ vlaku. Trať, která měla původně sloužit pro potřeby veletrhu Expo 2005, je zatím stále v provozu. Linimo se tak stalo první komerční aplikací magnetických levitačních vlaků pro městskou hromadnou dopravu. Linimo je tedy zamýšleno v první řadě jako posila běžných metropolitních dopravních systémů a není vysokorychlostním dopravním prostředkem.
Obr. 8 - Městský Maglev Linimo
Soupravy pro tuto linku jsou poháněny lineárním motorem a dosahují maximální rychlosti 100 km/h, přičemž v pohybu levitují 8 mm nad vodící dráhou. Trať je dlouhá 8,9 km
13
s maximálním stoupáním 6%. Maximální kapacita Linima je 4000 pasažérů za hodinu v jednom směru. V době veletrhu Expo 2005 došlo u Linima k několika problémům. Jedním z nich bylo jeho přetížení z důvodu větší poptávky, než kterou by byla trať vzhledem ke svým technickým specifikacím schopna obsloužit. Došlo tak několikrát k překročení designované kapacity 244 pasažérů na soupravu, v důsledku čehož nedošlo k levitaci. Další komplikací je nutné přerušení provozu linky v době, kdy rychlost větru překročí 25 m/s.
3.2 Maglev v Německu 3.2.1 Historie Transrapidu Transrapid je německá koncepce magnetického levitačního rychlovlaku typu EMS. V počátcích zrození tohoto projektu stál výzkum německých inženýrů v laboratořích ATE v Goetingenu v letech 1939-43. První funkční prototyp spatřil světlo světa ale až v roce 1969, kdy byl výsledkem vládou sponzorovaného projektu model Transrapid 01. První magnetický levitační vlak určený pro běžné cestující následoval o pár let později, šlo o soupravu, jejíž cestovní rychlost dosahovala 80 km/h. Společnost KrausMaffai AG, která zkonstruovala první Transrapid, pokračovala v konstrukci vylepšených verzí Transrapidu i v následujících letech. Tyto aktivity byly součástí výzkumu, na kterém se spolu s vládou podílely i soukromé organizace. Model Transrapid 02 byl představen v roce 1971. Maximální přepravní rychlost tohoto modelu, testovaného na 930 metrů dlouhé dráze, dosahovala 164 km/h.
Obr. 9 - Transrapid 02
Zdroj: http://www.juergen-koerner.de
14
V krátké době následovaly další modely – Transrapid 03 z roku 1972 a Transrapid 04, který byl v roce 1973 testován na trati o délce 2,4 km, kde dosáhl maximální rychlostí 250 km/h.
Obr. 10 - Transrapid 04
Zdroj: http://www.juergen-koerner.de
K prvnímu předvedení tohoto dopravního systému veřejnosti došlo v roce 1979 na Mezinárodním přepravním veletrhu v Hamburgu. Model Transrapid 05 tehdy v průběhu 6 měsíců přepravil 50000 cestujících mezi parkovištěm a výstavištěm veletrhu.
Obr. 11 - Transrapid 05 na veletrhu v Hamburgu
Zdroj: http://transrapid.com.cn
V této době se začalo uvažovat o výstavbě větší laboratoře pro testování magnetických levitačních vlaků. Roku 1979 bylo založeno konsorcium Magnetbahn Transrapid, které v letech 1979-1982 vystavělo novou testovací základnu v Emslandu. Mezi léty 1983-84 bylo 15
dokončeno prvních 21,5 km zkušební trati. Pro tuto trať byl navržen model Transrapid 06, který na ní dosáhl rychlosti 302 km/h. Plně dokončená trať v roce 1987 měřila 31,5 km a Transrapid 06 na ní v krátké době vytvořil nový rychlostní rekord 412 km/h. Tento model do svého vyřazení v roce 1990 najezdil na testovací dráze v Emslandu 64 000 km a dosáhl maximální rychlosti 450 km/h. Neustálým testováním a vylepšováním tohoto modelu bylo dosaženo významných pokroků, které se staly základem pro model Transrapid 07. Ten byl zkonstruován společností Thyssen v Kastelu. Nejnovější model Transrapid 08 je používán od roku 1999.
Obr. 12 - Transrapid 08
Zdroj: http://transrapid.com.cn
3.2.2 Technologie Transrapid Německý systém Transrapid je založen na využití přitažlivých magnetických sil. Pro pohon a brzdění soupravy je použit lineární motor, který je vestavěn ve vodící dráze, takže nezvyšuje hmotnost soupravy, jako je tomu u klasické železniční dopravy. Lineární motor v dráze je rozdělen na části, energie je dodávána právě tam, kde je potřeba, což šetří energii a zvyšuje bezpečnost přepravy, poněvadž je nutné, aby se všechny soupravy jedoucí na trati stejným směrem pohybovaly stejnou rychlostí a bylo tak vyloučeno riziko srážky. Dopředná síla lineárního indukčního motoru, je řízena pomocí elektrických měničů, které plynule mění regulují velikost a frekvenci třífázového proudu. Energie je v německém Transrapidu dodávána z lokální 20 kV elektrické sítě napájecími stanicemi, proudy dosahují hodnoty až 1200 A. Umístění těchto stanic závisí na konkrétních podmínkách v místě aplikace tohoto dopravního systému. Veškerá elektrická energie se do Transrapidu dostává induktivním 16
způsobem, při výpadku napájení tratě je energie odebírána z vozidlových baterií. Přepólováním motoru dojde k brzdění. Při něm je souprava zpomalena na 10 km/h a potom se zastaví na speciálních podpěrách, uzpůsobených pro minimální tření v kontaktu s ocelovým povrchem vodící trati. Brzděním soupravy se v magnetickém poli generuje elektrický proud, který lze zpětně využít k napájení elektrické rozvodné sítě. Vzduchová mezera mezi rotorem a statorem je elektronicky regulována na 10 mm. Vzdálenost mezi spodkem magnetického vlaku a tzv. stolem traťového tělesa činí 15 mm. K levitaci vyžaduje méně energie než pro chlazení. Levitační systém je napájen z baterií soupravy a je tak nezávislý na zdroji energie pro pohonný systém. Souprava tak dokáže levitovat po dobu jedné hodiny bez jakéhokoliv dalšího externího energetického zdroje. Pokud tedy dojde k přerušení dodávky energie, baterie v soupravě zajišťuje levitaci soupravy po dobu než souprava dorazí k dalšímu terminálu. Pokud je další terminál příliš daleko, souprava se zastaví u nejbližší napájecí stanice. Za jízdy se baterie v soupravě dobíjí pomocí lineárních generátorů zabudovaných v podpůrných magnetech sloužících k levitaci.
Obr. 13 - Zavěšení soupravy Transrapidu
Zdroj: Transrapid.de
„Vozová skříň“ je lehké konstrukce a je sestavená s použitím sendvičových materiálů. Šířka vozidla je 3,7 m a výška 4,16 m. Pro potřeby budoucího provozu (eventuálně i nákladního) se počítá s prodlužováním vozidla o vložené sekce, v souladu s tím, se budou měnit i jeho technické parametry. 17
Na rozdíl od supravodivých magnetů použitých v japonském systému JR-Maglev, jsou v Transrapidu použity konvenční elektromagnety. Za jízdy dosahuje teplota těchto magnetů pokojové teploty. Těleso tratě je tvořeno ocelovými nebo betonovými nosníky délky až 62 m, které mohou být uloženy na zemi nebo na stojinách (podle trasování a místních podmínek – zástavba nebo volná krajina atd.). Při druhém způsobu uložení dochází k minimalizaci záborů půdy, neboť ta může díky výšce traťového tělesa 4,7 nadále sloužit svému původnímu účelu a neruší původní přírodní pochody v daném místě.
Obr. 14 - Vodící a podpůrný magnet
Zdroj: Transrapid.de
Soupravy se skládají minimálně ze 2 sekcí, přičemž každá z nich je vybavena v průměru 90 sedadly. Pro konkrétní podmínky mohou být soupravy upraveny pro vyšší kapacitu, mohou se skládat až z 10 sekcí. Transrapid může být zároveň použit i pro přepravu zboží. Pro vysokorychlostní nákladní přepravu mohou být nákladní sekce kombinovány se sekcemi pro přepravu osob. Délka soupravy z důvodu použití lineárního motoru vestavěného ve vodící dráze nijak neovlivňuje rychlost akcelerace soupravy. Velikou výhodou této technologie je také minimální tvorba magnetického pole v okolí soupravy. Magnetické pole produkované Transrapidem je rovno asi dvojnásobku přirozeného magnetického pole Země, je asi pětinové ve srovnání s klasickým barevným televizorem. Jsou tedy vyloučeny jakékoliv vlivy na funkci kardiostimulátorů, platebních karet, laptopů nebo mobilních telefonů.
18
3.2.3 Zkušební trať v Emslandu Zkušební zařízení Transrapidu se označuje jako TVE (Transrapid- Versuchsanlage Emsland). Trať byla vybudována u obcí Lathen a Dörpen, poblíž holandsko-německé hranice. Délak tratě se dvěmi smyčkami je 31,5 km. 10 km je tvořeno ocelovým traťovým tělesem, zbytek betonovým. Byly zde vyzkoušeny různé typy konstrukcí nosníků (od 12,5 do 62 m). Součástí TVE je servisní centrum a řídící věž. Zkušební režim na této trati je přizpůsoben pravidelnému příjezdu návštěvníků z celého světa. Testy probíhají střídavě – vždy jeden týden s vyloučením veřejnosti a následující za účasti návštěvníků. Veškerá zařízení TVE jsou přístupná a lze si je v klidu prohlédnout. Pro návštěvníky je v areálu otevřeno i malé „muzeum“ vývoje magnetických drah v Německu.
3.2.4 M-Bahn M-Bahn nebo také MagnetBahn byl experimentální lokální vlakovou tratí postavenou v 80. letech v Berlíně. Podobně jako Transrapid a jiné magnetické levitační vlaky využíval pro pohon lineární motor. Magnetickou levitací však bylo podpíráno pouze 85% hmotnosti vlaku, takže pro vyrovnání této disproporce byla využívána kola. V Berlíně byla souprava řízena automatickým řídícím systémem, ačkoliv byla navržena jako běžný vlak s řidičem.
Obr. 15 - M-Bahn
Zdroj: wikipedia.org
19
Linka byla dlouhá 1,6 km, zahrnovala 3 stanice, přičemž 2 z nich byly nově vystavěny. Testování trati započalo v srpnu 1989 a pravidelný provoz potom v červenci 1991. Z důvodu dopravních změn po pádu Berlínské zdi byla linka zrušena o 2 měsíce později.
3.2.5 Připravovaná trať v Mnichově Studie proveditelnosti, vytvořená za účelem zhodnocení možnosti dalšího nasazení Transrapidu v Německu, prokázala, že obě možné alternativy - tedy bavorská trať z hlavního nádraží v Mnichově na letiště, nebo trať vedená přes Porúří (zamýšlená k propojení Dortmundu a Düsseldorfu) - budou schopné ekologického, ekonomického a technicky bezproblémového provozu.
Obr. 16 - Připravovaná trať v Mnichově Zdroj: Transrapid.de
Trať magnetického rychlovlaku mezi mnichovským hlavním nádražím a letištěm Franze-Josefa Strausse je zamýšlena jako posila pro stávající přehuštěné dopravní prostředky v oblasti, přičemž byl brán v úvahu především prudce rostoucí počet cestujících přepravovaných na letiště, jejichž doba přepravy k letištní budově by se tak velice výrazně zkrátila. Délka této zamýšlené trati činí 38 km. Doba přepravy mezi oběma koncovými stanicemi by trvala asi 10 minut. Počítá se s 5 soupravami po 3 sekcích.
20
3.3 Transrapid v Číně Společnost Transrapid International, která vznikla spoluprácí mezi společnostmi Siemens a ThyssenKrupp se podílela na projektu realizace spojení mezi šanghajskou stanicí Long Yang Road a mezinárodním letištěm Pudong v Šanghaji v Číně pomocí magnetických rychlovlaků Transrapid. Zákazníkem byla čínská společnost Shanghai Maglev Transportation Development Co. Ltd. (SMTDC), která byla zodpovědná za vybudování vodící dráhy a stanic. Komerční provoz na této lince započal v lednu 2004, v dubnu byla provedena závěrečná inspekce a celý systém byl předán čínskému zákazníku. Šanghajský Transrapid se tak stal prvním světovým komerčním vysokorychlostním systémem na principu magnetické levitace. Celková výše investice se vyšplhala na 1,2 mld. dolarů. Německé průmyslové konsorcium Siemens, ThyssenKrupp a Transrapid International dodalo veškeré provozní systémy, které mimo dalších věcí zahrnovaly vozidla, pohonný systém, elektroinstalaci a technické a řídící systémy. Smlouva o projektu byla podepsána roku 2001. Zahajovací jízda se konala 31.12.2001 v přítomnosti německého kancléře Schrödera a čínského předsedy vlády Zhu Rongjiho. Cestujícím tak byla nabídnuta možnost cestovat rychlostí 430 km/h po 30 km dlouhé obousměrné dráze, kterou vlak projede za méně než osm minut. Soupravy vyjíždějí z koncových stanic v intervalu 10 minut. Vozový park je tvořen třemi soupravami Transrapid, každá z nich má 5 sekcí. Do října 2006 bylo po trati přepraveno celkem 8 milionů lidí.
Obr. 17 - Současná a plánovaná trasa Transrapidu v Číně
21
Zdroj:Transrapid.de
V současné době se vyjednává o rozšíření trati ke starému letišti v Šanghaji (34 km) následovanému druhou fází, v které by se měla trať prodloužit až do města Hangzhou. To celkem zahrnuje vzdálenost 200 km. Konečnou realizací tohoto projektu by byl dokončen první projekt magnetických levitačních vlaků na dlouhou vzdálenost na světě, z čehož by plynulo velké množství poznatků a zkušeností pro další mezinárodní aplikace této technologie.
Obr. 18 - Transrapid v Číně
Zdroj: wangjianshuo.com
Prodloužením trati by se zkrátila přepravní doba mezi Šanghají a Hangzhou na pětinu, z dnešních 2,5 h na 27 minut. Management společnosti Transrapid International potvrdil německým novinářům, že obdržel první předběžné schválení realizace prodloužení trati do Hangzhou čínskou vládou, přičemž dodal, že je to pouze první důležitý akt z mnoha, které jsou nutné pro konstrukci tohoto dopravního spojení. V roce 2006 byl sice projekt kompletně schválen, ale neshody o vlastnictví technologie a politické zájmy nadále komplikují pokrok v realizaci tohoto projektu.
22
3.4 Projekty Maglev v USA 3.4.1 Historie výzkumu Maglevu v USA Už v roce 1968 dostali Američané James R. Gordon T. Danby patent na projekt vlaku typu Maglev. V USA iniciovala výzkum v této oblasti americká vládní organizace FRA (Federál Railroad Administration), která tento výzkum také financovala v počátcích 70. let. FRA uzavřela smlouvu se společností Ford Motor Company a Standfordským výzkumným institutem za účelem analytického a experimentálního vývoje magnetických rychlovlaků. Když bylo v roce 1975 financování tohoto projektu ukončeno, společnost Ford ztratila zájem nadále spolupracovat na dalším výzkumu tohoto druhu dopravy. Výzkum nízkorychlostních magnetických vlaků však v USA pokračoval až do roku 1986. Z tohoto důvodu jsou Spojené státy americké ve vývoji vlastních technologických řešení daleko za ostatními zeměmi, které se vývojem magnetických levitačních rychlovlaků zabývají. V roce 2004 tým Lawrence Livermora, vynálezce technologie Inductrack, pod vedením fyzika Richarda Posta úspěšně demonstroval úspěšnost nasazení této technologie při experimentech. Tyto experimenty prokázaly dokonale pasivní povahu systémů na bázi Inductrack. To znamená, že pro levitaci nejsou vyžadovány žádné řídící okruhy ani žádné externí zdroje proudu napájející dráhu. Pro levitaci soupravy nad tratí je nutný pouze její pohyb. Výsledky testů byly natolik slibné, že s výzkumným týmem uzavřela výzkumná agentura NASA tříletou smlouvu za účelem bližšího prozkoumání tohoto principu, jakožto způsobu, jak efektivněji vynést družice na oběžnou dráhu. Zatím je ale koncepce Inductrack pouze ve fázi testů a studií.
3.4.2 Testování technologie Inductrack v San Diegu V květnu 2003 zahájila americká společnost General Atomics výstavbu 120 metrů dlouhé testovací dráhy pro systém Inductrack, která obsahuje rovné sekce i zatáčky. Testovací vozidlo bylo dodáno společností Hall Industries z Pensylvánie. Podvozek vozidla sestává z horních a dolních Halbachových polí, přídavných Halbachových magnetických polí pro pohonný systém, pomocných kol, a druhotných závěsných komponentů. Podvozek vozidla je tvořen vodními nádržemi za účelem proměnlivé hmotnosti vozidla během testů. Počáteční testy budou prováděny (vzdáleně) na prvních patnácti metrech testovací trati, po dokončení celé 120 km dlouhé trati budou prováděny testy při rychlostech, kdy již dochází k levitaci vozidla. Hlavním účelem testovací dráhy je prokázání integrované levitace, pohonu a 23
řiditelnosti vozidla. Každá z těchto vlastností byla dříve testována odděleně v laboratorních podmínkách.
Obr. 19 - Výstavba testovací trati Inductrack v San Diegu
Obr. 20 - Testovací vozidlo Inductrack
Zdroj: http://www.llnl.gov
Zdroj: http://www.llnl.org
3.4.3 Transrapid v USA Mimo Číny je pro Transrapid také USA významným zahraničním trhem. Pro financování budoucích projektů vysokorychlostních systémů Transrapid v USA byly ve vládních rozpočtech vyhrazeny prostředky pro dva plánované projekty. 50 % těchto fondů na projekty v USA bude přiděleno na projekt Las Vegas – Primm, spojení o délce 56 km. Zbývajích 50 % fondů je vyhrazeno pro jeden ze tří projektů na východním pobřeží USA. Jde 24
o 87 km dlouhou trať z pittsburského mezinárodního letiště do města Greensburg, další plánovanou tratí je linka z Baltimoru do Washingtonu (63 km) a přibližně 50 km dlouhá linka z Atlanty do Hartsfieldu. Výběrové řízení a hodnocení alternativ bude provedeno vládou USA v budoucnu. Plánované spojení měst Baltimore a Washington má vést z centra Baltimoru na mezinárodní letiště Baltimore – Washington. Toto spojení zajistí nejen přepravu cestujích mezi městy, ale také umožní, aby bylo mezinárodní letiště využíváno jako třetí letiště pro Washington DC. Dlouhodobá rozšíření tohoto koridoru jsou zamýšlena na sever – do měst Philadelphia, New York a Boston – a na jih – do měst Richmond, Raleigh a Charlotte.
Obr. 21 - Plánovaná trasa Baltimore – Washington
Zdroj: Transrapid.de
Tab. 2 - Projekt Baltimore – Washington Vzdálenost: 62.8 km Doba přepravy : 18,5 min. Frekvence obsluhy: 12 min. Počet stanic: 3 Počet souprav: 7 (každá po 3 sekcích) Plánovaný roční objem přepravy: 12.9 mil. cestujících Předpokládaná výše investice: 3,7 mld. dolarů
25
Trať mezi mezinárodním letištěm v Pittsburgu a městskou částí Pittsburg – Greensburg by vedle rychlejší přepravy osob umožnila vyřešit složitou situaci s dopravními zácpami na pittsburských mostech vedoucích do města. Terminál „Magport“ na pittsburském letišti by sloužil jako přestupní stanice mezi letadly, rychlovlaky Maglev, autobusy, taxislužbou a osobními automobily, zároveň by zde bylo obchodní centrum a služby pro cestující. Tato trať je zamýšleným počátečním segmentem sítě Cleveland – Pittsburg – Harrisburg – Philadelphia.
Obr. 22 - Projekt Pittsburg – Greensburg
Zdroj: Transrapid.de
Tab. 3 - Projekt Pittsburg - Greensburg
Vzdálenost: 86.9 km Doba přepravy: 35 min. Frekvence obsluhy: 7.5 min. Počet stanic: 5 Počet souprav: 8 (každá po 3 sekcích) Předpokládaný roční objem přepravy: 33.5 mil. cestujících Předpokládaná výše investice: 3,5 mld. dolarů
3.5 Maglev ve Velké Británii 3.5.1 Městská trať v Birminghamu V roce 1984 byla otevřena u letiště v Birminghamu ve Velké Británii 620 metrů dlouhá linka vlaku typu Maglev. V této době šlo o celosvětovou raritu, neboť se tato trať stala prvním veřejným dopravním prostředkem na principu magnetické levitace. Trať propojovala birminghamské letiště a Národní výstavní centrum. K přepravě osob byly využívány 2 kabiny 26
osazené elektromagnety (pro zajištění levitace) a lineární indukční motory pro pohon. Doba přepravy trvala 90 sekund a maximální přepravní rychlost byla 42 km/h.. I když tato linka fungovala vcelku bez problémů, musela být v roce 1995 uzavřena, neboť když bylo třeba v rámci údržby vyměnit několik elektronických součástí, bylo již z důvodu zastaralosti této technologie nemožné najít vhodnou náhradu.
Obr. 23 - Maglev v Birminghamu
Zdroj: citytransport.info
3.5.2 Plánovaný Transrapid ve Velké Británii Na rozdíl od vyspělých zemí na evropském kontinentu, na území Velké Británie neexistují žádné vysokorychlostní vlakové tratě a existující vlakové tratě jsou plně vytíženy. Společnost Transrapid International ve spolupráci se skupinou UK Ultraspeed se snaží připravit projekt výstavby vysokorychlostní železnice Maglev ze skotského města Glasgow do Londýna. Jde o vzdálenost přibližně 800 km. Toto řešení by výrazným způsobem mohlo pomoci přetížené dopravní infrastruktuře. Spolu se spojením Glasgow a Londýna by získala i další
významná
britská
města
(Birmingham,
vysokorychlostní spojení s Londýnem.
27
Manchester,
Newcastle,
Edinburgh)
Obr. 24 - Transrapid ve VB
Zdroj: Transrapid.de
3.6 Projekt Swissmetro Švýcarský projekt Swissmetro kombinuje přednosti podzemní vlakové hromadné dopravy a technologie lineárního motoru a magnetické levitace. Důvodem pro toto řešení je stále nákladnější realizace pozemních řešení v této oblasti. Swissmetro je projekt bezdotykově magneticky uložené podzemní vysokorychlostní dráhy. Tato dráha by měla být uložena v tunelech se zředěným vzduchem, čímž by se výrazně omezil negativní aerodynamický efekt. Tak by bylo možné dosáhnout vyšších rychlostí než u běžných pozemních vysokorychlostní drah. Teoreticky by bylo možné tímto způsobem vyvinout rychlosti blížící se hodnotě 600 km/h. Zároveň by se výrazným způsobem snížila spotřeba energie (podle studií by byla poloviční ve srovnání s konvenční železniční dopravou). Předpokládané intervaly mezi soupravami by měly být 5 až 10 minut, podobně jako je tomu u běžného metra.
28
Obr. 25 - Projekt Swissmetro
Zdroj: wikipedia.org
Výhoda podzemního dopravního řešení je především v tom, že umožní vyhnout se složitým právním a politickým problémům vyplývajícím z legislativy (mimo jiné ochrana před hlukem a ochrana majetku), které působí provozovatelům dopravních systémů ve Švýcarsku dlouhodobě nemalé starosti. První etapa realizace tohoto projektu se plánuje v roce 2020.
3.7 Transrapid ve střední a východní Evropě Mezi roky 1997 a 2000 společnost Transrapid International zkoumala možnosti nasazení magnetických rychlovlaků jako rychlého prostředku pro osobní přepravu v oblasti střední a východní Evropy. Tyto studie byly finančně podporovány Evropskou unií. O budoucnosti těchto projektů zatím nebylo rozhodnuto. Evropská unie obecně nemá příliš velkou důvěru k magnetickým rychlovlakům, poněvadž chce využít a modernizovat stávající konvenční železniční dopravu. V centru pozornosti tak stojí spíše klasická vysokorychlostní železnice typu ICE. Kritické hlasy také hovoří o tom, že vzdálenosti měst ve střední Evropě jsou pro rychlostní železnici založené na magnetické levitaci, s rychlostmi kolem 450 km/h příliš malé a tudíž je realizace podobných řešení v blízké budoucnosti zbytečná.
29
4 Porovnání magnetických rychlovlaků s konvenční železniční dopravou Porovnání dopravních systémů na principu magnetické levitace s klasickou železniční dopravou lze provést ve několika rovinách. První rovinou je porovnání z hlediska ekonomické efektivity. Jde tedy o pohled investora, který se snaží o co nejefektivnější vynaložení finančních zdrojů. Druhá rovina je porovnání dopravních systémů z pohledu zákazníka, který žádá co nejlepší komfort, bezpečnost, rychlost a cenovou přiměřenost přepravy.
4.1 Porovnání z pohledu investora Prvním a základním hlediskem při projektování a následné realizaci jakýchkoliv dopravních řešení je hledisko ekonomické efektivnosti projektu. Informace lze čerpat z dat zveřejněných po úspěšné realizaci projektů či z předběžných studií proveditelnosti dosud nerealizovaných projektů. Výše investic pro konkrétní dopravní řešení se bude v jednotlivých případech významně lišit, poněvadž na ni působí řada faktorů. Každá konkrétní realizace tak zahrnuje specifické položky, které se při aplikaci v odlišných podmínkách nevyskytnou. Proto je velice obtížné porovnat mezi sebou jednotlivé projekty při použité rozdílné technologie, protože je třeba zohlednit všechny faktory a specifické podmínky v daném místě realizace.
4.1.1 Vliv specifických podmínek na nákladovost projektů Nejdůležitějším kritériem nákladovosti při realizaci železničních projektů je reliéf krajiny v místě realizace (stoupání, konstrukce tunelů, mostů apod). Z tabulky, která ukazuje náklady pro vybrané železniční projekty (klasické železnice) je to jasně vidět. Tab. 4 - Vybrané žel. projekty podle charakteru trati Linka
Datum realizace
Druh systému
Zdroj: http://railway-technical.com Cena na km (v mil. USD)
Vzdálenost
Charakter trati
Australia - Brisbane (letiště)
1998 klasická železnice
7,2 mil.
8,5 km
povrchová
Oslo - Gardemoen (Norsko)
1998 klasická železnice
11,3 mil.
66 km
21% tunelů
Lewisham Extension, Londýn (VB)
1999 odlehčená železnice
76 mil.
4,2 km
25% tunelů, 75% vyvýšená
Bangkok, Thajsko
1999 metro
139 mil.
20 km
100% tunel
30
Je však zřejmé, že významným faktorem je v tomto směru také hustota osídlení v místě realizace projektu. Železniční trať procházející hustě osídlenou městskou částí je samozřejmě nepoměrně nákladnější na výstavbu, než jak tomu je v případě linek spojujících relativně izolovaná města v jejichž okolí je minimální osídlení. Dalším neopomenutelným faktorem jsou také náklady na pracovní sílu v místě realizace projektu. Velice významně to souvisí s ekonomickou úrovní, mírou nezaměstnanosti a strukturou nabídky pracovní síly v daném ekonomickém prostoru. Cena technologie v případě magnetických rychlovlaků také tvoří významnou nákladovou položku projektů. Je tvořena především licencemi a patenty, které jsou vlastnictvím organizací, jenž se na vývoji technologie podílely. Pro porovnání vlivu specifických podmínek pro aplikace magnetických rychlovlaků lze použít tabulku s daty o projektu Transrapidu v Číně a předběžné analýzy projektu japonské linky Chūō Shinkansen (Tokyo-Osaka) Tab. 5 - Projekt Pudong Transrapid v Číně Zdroj: Wikipedia.org objem přepravy 7000 pasažérů/den 1,2 mld. USD celková výše investice celkové náklady/km 37 mil USD/km 6 USD/osobu cena jízdenky návratnost investice přes 27 let (při 20 000 pasažérech/den) vzdálenost 30 km prodloužení - náklady/km 25 mil. USD/km
Tab. 6 - Projekt Chūō Shinkansen předpokládaná výše investice vzdálenost celkové náklady/km
Zdroj: findarticles.com 82 mld. USD 500 km 164 mil. USD/km
Z tabulek je jasně vidět rozdílnost v nákladovosti obou projektů Maglev. Odlišnost můžeme přikládat z velké části poloze trati. Transrapid v Číně se sice nachází v městské zástavbě, ale náklady na infrastrukturu této linky byly výrazně nižší než v případě plánovaného japonského projektu Chūō Shinkansen, který je situován do horských oblastí. Převážná část finančních prostředků japonského projektu by byla vynaložena na trať na mnoha místech s prudkým stoupáním a z pětiny tvořené tunely. Protože je velice obtížné zhodnotit všechny tyto faktory (a očistit jednotlivé praktické aplikace od specifických podmínek), jsou nejvhodnějším zdrojem dat pro ekonomické porovnání technologických koncepcí (klasické vysokorychlostní železnice a magnetických 31
rychlovlaků) studie proveditelnosti pro konkrétní projekty, vypracovávaná expertními týmy za účelem zhodnocení jednotlivých alternativ. Tyto studie slouží jako podklady pro rozhodování investorů. Je však nutno dodat, že vypovídací schopnost dat se bude lišit podle toho, pro jakou technologickou koncepci (Maglev) jsou studie vytvořeny, protože je nutné přihlížet k míře přesnosti a ověřitelnosti jednotlivých údajů. Například data o nákladech na projekty Transrapid jsou díky úspěšné investici v čínském Pudongu mnohem přesnější a relevantnější pro případná rozhodování investorů než data, která můžeme získat o potenciálních aplikacích ostatních koncepcí (JR-Maglev, Inductrack). Ve své práci jsem pro porovnání používal výhradně data a informace získaná ze studií a aplikací německé koncepce magnetických rychlovlaků Transrapid.
4.1.2 Studie ekonomické efektivnosti ICE a Transrapidu v Německu Na následujícím obrázku je grafické znázornění porovnání výše investic (v € / km) do dopravní infrastruktury v Německu u projektů konvenční železnice ICE (InterCity Express) a magnetického rychlovlaku Transrapid. Jde o porovnání investičních nákladů zahrnujících náklady na vybudování, provoz a údržbu nových tratí bez zahrnutí nákladů na soupravy a vybudování stanic.
Obr. 26 - Porovnání výše investic do infrastruktury u ICE a Transrapidu
32
Zdroj: Transrapid.de
Při porovnávání těchto výsledků je sice nutné zohlednit vzdálenosti, povahu jednotlivých tratí a odlišné cenové hladiny v jednotlivých letech, navzdory tomu si však na základě těchto dat lze utvořit představu o ekonomické efektivitě obou typů železniční dopravy. Z této studie tedy můžeme usoudit, že co do nákladů na infrastrukturu a provoz jsou náklady na linky magnetických rychlovlaků (Transrapid) a konvenčních vysokorychlostních železnic stejné, v některých případech jsou dokonce náklady na magnetické rychlovlaky mírně nižší než jak je tomu u konvenční vysokorychlostní železnice.
4.1.3 Další kritéria pro investory Při rozhodování investorů o nových železničních projektech tedy budou ve většině případů podstatná další kritéria hodnocení jako například spolehlivost a kapacita. Dále je nutné si uvědomit, že tyto studie mají význam tam, kde se uvažuje o vybudování nových dopravních spojení. V případě, že se bude investor rozhodovat mezi modernizací stávajících železničních tratí a nasazením nového dopravního řešení, spojeného s vybudováním kompletně nové infrastruktury, bude situace poněkud odlišná. V České republice stojí, podle dat společnosti České dráhy, 1 km modernizované železniční trati zhruba 128 mil. Kč. Náklady na vybudování 1 km tratě Transrapid stojí v přepočtu přibližně 470 mil. Kč, což je skoro čtyřnásobek ceny modernizace stávající trati. Z tohoto důvodu budou jednoznačně převažovat snahy o modernizaci.
4.2 Porovnání z pohledu zákazníka 4.2.1 Porovnání cen jízdenek EuroCity a Transrapid Pro porovnání cen jízdenek jsem použil závěrečnou zprávu z 3. fáze studie proveditelnosti projektu Transrapid pro linku Berlín – Praha – Vídeň – Bratislava – Budapešť. Tato studie byla vypracována s podporou EU jako jeden z podkladů pro budoucí politiku rozvoje dopravní infrastruktury v Evropské unii. Předpověď hustoty dopravy pro rok 2015 byla vypracována společností Kessel + Partner Freiburg. Průměrné ceny jízdného jsou stanoveny podle sazby 0,18 € / km.
33
Obr. 27 - Předpokládaná trať Transrapid
Zdroj: Transrapid.de
Následující tabulka zahrnuje přehled předpokládaných cen jízdenek pro jednotlivá spojení.
Obr. 28 - Přehled cen jízdenek Transrapid
34
Zdroj: Transrapid.de
Na základě současných cen jízdného jsem porovnal dnešní ceny jízdenek na této lince s předpokládanými cenami na plánované trati Transrapid. Tab. 7 - Porovnání cen jízdenek Linka Berlin - Praha (EuroCity) Berlín - Vídeň (EuroCity) Linka
1. třída
2. třída
99 € 169 €
65 € 112 €
Transrapid
59 € 127 €
Berlin - Praha Berlín - Vídeň
Z porovnání cen jízdenek vyplývá, že předpokládaný projekt Transrapid by byl na lince Berlín - Praha z hlediska ceny jízdného pro cestující atraktivnější než v případě konvenčního vlaku EuroCity. Na lince Berlín - Vídeň je Transrapid oproti 2. třídě EuroCity mírně dražší.
4.2.2 Doba přepravy Z výše uvedené studie jsem čerpal i při porovnávání průměrné doby přepravy.
Obr. 29 - Doba přepravy na lince Transrapid
35
Zdroj: Transrapid.de
Tab. 8 - Porovnání doby přepravy Linka
konv. železnice
4 h 37 min. 9 h 17 min.
Berlin - Praha (EuroCity) Berlín - Vídeň (EuroCity) Linka
Transrapid
Berlin - Praha
50 min.
Berlín - Vídeň
2 h 17 min.
V rychlosti přepravy je Transrapid podle očekávání jednoznačně lepší. Je to dáno mimo jiné také bezkonkurenčním zrychlením Transrapidu. Transrapidu postačuje na dosažení rychlosti 300 km/h pouze 5 km tratě, zatímco klasický rychlovlak na tutéž rychlost potřebuje 30 km. Podobně je tomu i s brzděním – z rychlosti 400 km/h zastaví TR zhruba na třech kilometrech. Cestující budou z tohoto důvodu jednoznačně preferovat Transrapid.
4.2.3 Bezpečnost přepravy Co se týká bezpečnosti přepravy, Transrapid je jednoznačně lepší alternativa než klasická železnice. Je to dáno specifickým typem zavěšení souprav, který zajišťuje, že vykolejení je v podstatě nemožné. Systém pohonu navíc zajišťuje, že je vyloučena jakákoliv srážka s další soupravou Transrapidu ve stejném jízdním směru.
Obr. 30 - Bezpečné zavěšení systému Transrapid
36
Zdroj: Transrapid.de
Nosný, vodící i hnací systém je je navržen redundantně (s rezervou) tak, aby při poruše kteréhokoliv důležitého prvku byla zajištěna bezpečnost provozu. V případě magnetických rychlovlaků se z tohoto důvodu hovoří o vyšší bezpečnosti než v případě letecké dopravy, poněvadž je výrazně minimalizováno riziko selhání lidského faktoru. 22. září 2006 došlo na testovací trati Transrapidu v německém Emslandu přibližně 1 km od města Lathen k nehodě, při níž zahynulo 23 lidí a dalších 10 bylo zraněno. Souprava Transrapidu se v rychlosti přibližně 170 km/h střetla s vozidlem pro údržbu, které každodenně na trati provádí úklid. Z vyšetřování vyplynulo, že testovací souprava měla na trať vyrazit až po skončení pravidelné údržby. Příčinnou dopravní nehody bylo selhání lidského faktoru. I přes tuto smutnou událost lze o Transrapidu mluvit jako o nejbezpečnějším pozemním dopravním prostředku. Konvenční vlaková doprava je co do bezpečnosti výrazně horší alternativou, neboť její provoz je daleko více náchylný k nehodám z důvodu velké závislosti na lidské obsluze.
4.2.4 Komfort I při vysokých rychlostech nemusí být cestující Transrapidu připoutáni pásy a mohou se volně pohybovat po vnitřku soupravy. Pohonný systém umožňuje pohodlnou jízdu bez záškubů. Akcelerace probíhá plynule bez výraznějších dopadů na komfort cestujících.
Obr. 31 - Sedadla Transrapidu
37
Zdroj: Transrapid.de
V porovnání pohodlnosti přepravy je sice Transrapid lepší alternativou než klasická železnice, ale konvenční rychlovlaky ICE nabízejí také přijatelnou úroveň komfortu.
4.2.5 Hlučnost Při rychlostech nižších než 200 km/h je z důvodu bezkontaktní technologie Transrapid velice tichý. Při vyšších rychlostech je hlučnost vyšší, je způsobena převážně odporem vzduchu. Při vyšších rychlostech (nad 400 km/h) není o moc hlučnější než pomalejší vlakové soupravy.
Obr. 32 - Úroveň hlučnosti Transrapidu
38
Zdroj: Transrapid.de
5 Závěr Dopravní systémy na principu magnetické levitace, k jejichž rozvoji došlo v druhé polovině 20. století,
jsou bezpochyby dopravním prostředkem budoucnosti. Revoluční
technologie magnetické levitace umožňuje dosažení vyšších přepravních rychlostí než u běžných rychlovlaků, vysoké úrovně spolehlivosti, bezpečnosti a komfortu pro cestující. I přes relativně vysoké náklady na výstavbu tratí jsou tyto systémy ekonomicky efektivní, neboť mají nižší náklady na údržbu a provoz než konvenční železnice. S pokračujícím
vývojem
této
technologie
bude
v budoucnu
pravděpodobně
dosahováno ještě lepších parametrů než u projektů realizovaných v současnosti. Zvláště koncepce Inductrack by mohla v budoucnu přinést výraznější snížení nákladů na výstavbu infrastruktury těchto dopravních systémů. Nasazení magnetických rychlovlaků ve světě se bude rozvíjet s intenzitou danou potřebou rychlejší a spolehlivější dopravy v konkrétních oblastech. Bouřlivější rozvoj tohoto typu dopravy bude pravděpodobně v ekonomicky rozvinutějších státech, kde je obvykle vyšší hustota zalidnění a stávající dopravní systémy se stávají přetíženými a posléze nedostatečnými. Velký význam magnetických levitačních vlaků bude do budoucna obzvláště v metropolitních zónách, kde jsou náklady na konvenční hromadnou dopravu (metro, nadzemní kolejové dopravní systémy) takřka stejně vysoké jako v případě Maglevu. Typ aplikované technologie Maglevu v nejbližší budoucnosti bude převážně záviset na místě realizace těchto projektů. Například v Japonsku se bude pravděpodobně spíše spoléhat na domácí technologii JR-Maglev. Do budoucna je velice perspektivní koncepce rychlovlaků Transrapid. Je to dáno především její komerční aplikací v Číně, která prokázala její funkčnost a provozní způsobilost. V eurozóně se tento typ dopravy patrně v nejbližší době ještě neprosadí, neboť dopravní politika Evropské unie počítá v budoucnosti spíše s modernizací stávajících linek konvenční železniční dopravy. V České republice se z důvodu nutnosti vysokých investic do infrastruktury (tedy výstavby kompletně nových tratí) v souvislosti s aplikací magnetických rychlovlaků a také stále klesajícího zájmu cestujících o železniční dopravu, spíše budou uplatňovat modernizační
39
tendence, které by měly provoz na stávající železniční síti zefektivnit a tak znovu přilákat cestující k tradiční železniční dopravě.
40
Literatura: Skripta Vonka, J., Drdla, P., Bína, L., Široký, J. Osobní doprava. Pardubice : DFJP, 2001, ISBN 80-7194-320-7
Odborná periodika Železniční magazín, č. 2/98, čl. Transrapid – str. 20-22 Reportér AŽD Praha, č. 4/2000, čl. Další pokrok v technice magnetické dráhy – str. 8
Internet Wikipedia – Maglev Train http://en.wikipedia.org/wiki/Maglev_train Maglevs (Magnetically Levitated Trans) http://www.o-keating.com/hsr/maglev.htm Svaz dopravy - Maglev http://www.svazdopravy.cz/html/cz/maglev.html JR-Maglev - Magnetic Levitation (Maglev) Technologies http://www.jrtr.net/jrtr25/f58_tec1.html JR-Maglev High Speed Surface Transport http://faculty.washington.edu/~jbs/itrans/hsst.htm Transrapid International http://www.transrapid.de Wikipedia - Swissmetro http://cs.wikipedia.org/wiki/Swissmetro Pro Swissmetro http://www.swissmetro.ch/en/index.html Inductrack http://www.llnl.gov/str/Post.html http://www.llnl.gov/str/November03/Post.html Magnetic Levitation for Transportation, Christopher Muller, 1998 http://www.railserve.com/maglev.html The Baltimore-Washington Maglev Project http://www.bwmaglev.com/ 41
Railway Finance http://www.railway-technical.com/finance.html Rail Europe http://www.raileurope.co.uk/ News report of the accident http://www.hindu.com/thehindu/holnus/003200609221763.htm
42
