KRKDPWP

Geneza szybkich pociągów

Pierwsze pociągi, a właściwie lokomotywy parowe, jakie pojawiły się w Anglii w pierwszej połowie XIX w. rozwijały prędkość rzędu 40–50 km/h, a mimo to, nosiły dumne nazwy np. Rakieta (G. Stephenson, 1829 r.). Pociągi prowadzone parowozami mogły osiągać prędkości rzędu 120–130 km/h, zaś w szczególnych przypadkach – od 160 km/h do 200 km/h (Niemcy, Wlk. Brytania, USA). Przykładowo, parowóz 05 002 kolei DRG (Borsig, o średnicy kół napędnych 2300 mm) osiągnął prędkość 200,2 km/h dnia 11.05.1936 r. prowadząc 3. wagonowy pociąg o masie 200 t, zaś parowóz A4 Mallard dnia 3.07.1938 r. – 202,86 km/h. Nie miało to jednak realnego przełożenia na prędkości eksploatacyjne parowozów, ponieważ wspomniane lokomotywy prowadziły krótkie pociągi (3–4 wagony) na prostych odcinkach (zatem można je nazwać pojazdami eksperymentalnymi). Jednak już w połowie XX w. zdano sobie sprawę, iż maszyna parowa osiągnęła kres swoich możliwości, ze względu na niską sprawność (< 10%). Nie przyniosły pozytywnych rezultatów próby z parowozami turbinowymi, podejmowane w USA w latach 1935–49 (Union Pacific, Chesapeake and Ohio, Norfolk & Western), oraz w Szwecji w 1953 r. (seria TGOJ MT3). Parowozy te były wyposażane w turbinę parową oraz przekładnię elektryczną, choć podejmowano próby montażu także przekładni mechanicznej (Pennsylvania Railroad). W przypadku tej ostatniej jest to jednak zabieg skomplikowany ze względu na bardzo dużą prędkość obrotową turbiny (20–30 tys. obr./min.) i tym samym konieczność znacznej jej redukcji przez przekładnię. Zatem nadzieją stał się silnik elektryczny.

Przełomowym momentem było zastosowanie silnika elektrycznego do napędu pojazdów, wdrożone niezależnie przez W. Siemensa w Niemczech (1879 r.) oraz T. Edisona w 1880 r. w USA. Jednak pierwsze pojazdy elektryczne były raczej ciekawostkami technicznymi niż realnymi rywalami parowozów, i nawet ich twórcy nie stawiali sobie takich celów.

Firma Siemensa, prowadząca od kilkudziesięciu lat badania nad elektrycznością (m.in. opatentowała telegraf elektryczny, czy generator prądu), zdecydowała się na przeprowadzenie eksperymentu z pojazdami elektrycznymi w kolejnictwie, po pozytywnych doświadczeniach z pierwszymi elektrycznymi tramwajami czy trolejbusami. W październiku 1899 r. utworzono spółkę, która przebudowała 33 km odcinek Marienfelde – Zossen pod Berlinem należący do przewoźnika Königlich Preußische Militär–Eisenbahn (pol. Królewsko–Pruska Wojskowa Linia Kolejowa). Linia ta została wybrana ze względu na duże promienie łuków (2200 m) i niewielkie spadki terenu (5‰). Na czas testów wymieniono szyny na cięższe – z 33 kg/m na 42 kg/m. Ów odcinek został zelektryfikowany napięciem trójfazowym 10 kV 50 Hz. Sieć trakcyjna była złożona z trzech niezależnych przewodów i została rozwieszona na wysokości odpowiednio 5, 6 i 7 m na drewnianych słupach znajdujących się wzdłuż toru, zaś odbiór prądu następował przez odbierak złożony z trzech pałąków (sumarycznie na wagonie były zainstalowane 2 odbieraki). W 1901 r. na linii rozpoczęły się testy, początkowo z prędkością 160 km/h, w których brały udział wagony wyprodukowane przez dwie firmy: Siemens und Halske (umownie, seria S) oraz AEG (umownie, seria A), nieznacznie różniące się parametrami technicznymi (tab. 1). W obu wagonach zastosowano przetwarzanie prądu przez transformator i rezystory, przy czym wagon serii S miał bardziej dopracowaną część elektryczną, zaś serii S – bardziej niezawodną przekładnię. W obu pojazdach zastosowano asynchroniczne trójfazowe silniki trakcyjne. Inaczej została rozwiązana konstrukcja pantografów pałąkowych w obu wagonach, choć sieć trakcyjna była kompatybilna z oboma pantografami. Dnia 7.10.1903 r. po raz pierwszy przekroczono barierę 200 km/h, zaś 27.10.1903 r. wagon serii S osiągnął prędkość 210,2 km/h, na długie lata ustanawiając rekord prędkości pojazdu szynowego. Koszt przeprowadzenia obu eksperymentów wyniósł 0,81 mln marek, przy czym koszty przebudowy linii zamknęły się kwotą 0,421 mln marek, a budowa każdego z wagonów – 0,11 mln.

Tryumf pojazdów elektrycznych 

Elektrowóz okazał się nie tylko bardziej sprawny (70-80%), czy szybszy od parowozu, ale także znacznie tańszy w eksploatacji. Problemem było znalezienie optymalnego sposobu zasilania (prąd stały, przemienny, itp.). Idąc tropem firm Siemens czy AEG, należałoby wdrożyć napięcie trójfazowe. Jednak napięcie trójfazowe nie nadawało się wprost do zasilania pojazdów elektrycznych, ze względu na konieczność utrzymywania trzech / dwóch niezależnych przewodów elektrycznych i w praktyce ograniczało prędkość pojazdu do 100 km/h. Mimo takich ograniczeń, podejmowano elektryfikację napięciem trójfazowym. Koleje włoskie FS posiadały w obrębie własnej sieci odcinki zelektryfikowane napięciem trójfazowym (3,6 kV 16,7 Hz), jednak w 1976 r. sieć ta została zunifikowana z pozostałą siecią FS i reelektyfikowana na 3 kV DC. Rewolucją stało się wdrożenie prostowników czy falowników krzemowych, pozwalających na swobodne przetwarzanie prądu. Wcześniej stosowane prostowniki rtęciowe (ignitronowe), poza mniejszym zakresem stosowania, były także niebezpieczne ze względu na toksyczność par rtęci. Atutem aparatury elektronicznej opartej na półprzewodnikach krzemowych była także szeroka dostępność krzemu (jest to jeden najbardziej z rozpowszechnionych w przyrodzie pierwiastków). Obecnie prąd trójfazowy do zasilania pojazdów szynowych wprost z sieci nie jest stosowany, wyjątkiem są kolejki wąskotorowe kursujące w Alpach szwajcarskich: Jungfraubahn (1125 V 50 Hz) i Gornergratbahn (750 V 50 Hz), czy kursująca we francuskich Pirenejach – Chemin de Fer de la Rhune (3 kV 50 Hz) oraz eksploatowaną w brazylijskim Rio de Janeiro Trem do Corcovado. Zasilanie odbywa się przez 2 górne przewody jezdne, zaś trzecią fazę stanowią tory.  

 Tab. 1. Parametry techniczne wagonów elektrycznych Siemens–Halske i AEG

Producent

 

AEG

Siemens–Halske

Seria (umowna)

 

A

S

Układ osi

 

A1A+A1A

A1A+A1A

Masa

t

85

75

Długość całkowita

mm

23 000

22 000

Baza wózka

mm

3800

5000

Napięcie nominalne

kV

11,3

10,5

Napięcie efektywne

kV

9,8

9,5

Moc nominalna

kW

2450

2200

Moc efektywna* 

kW

2250

2100

Częstotliwość maksymalna

Hz

50

45

Prędkość średnia **

km/h

125

120

* dla zakresu prędkości 160–200 km/h;

** na odcinku 23 km.

 

Zmiana obrotów silnika trójfazowego asynchronicznego czy synchronicznego, czyli jego sterowanie, odbywa się na drodze częstotliwościowej, zaś silnika prądu stałego – w uproszczeniu – poprzez zmianę napięcia zasilania na zaciskach. Silnik trójfazowy, w porównaniu z silnikiem komutatorowym (prądu stałego, przemiennego) ma mniejszą masę (1,5–2,0 razy), zatem jego stosowanie do napędu pojazdów jest korzystniejsze niż silnika komutatorowego (np. prądu stałego). Niższe są także koszty utrzymania silnika trójfazowego dzięki wyeliminowaniu komutatorów (jest to silnik bezobsługowy). Porównanie obu typów silnika – komutatorowego i trójfazowego znajduje się w tab. 2 (na przykładzie silników zastosowanych w wybranych elektrowozach kolei niemieckich DB).

 

Tab. 2. Porównanie parametrów silnika komutatorowego i trójfazowego

Seria lokomotywy

 

110 / 111 / 140 / 151

120

Rodzaj silnika

 

komutatorowy AC 1 ~

AC 3 ~

Typ silnika

 

WB 372

QD 646

Napięcie maksymalne na zaciskach

V

585

2200

Natężenie maksymalne na zaciskach

A

2250

360

Moc ciągła

MW

0,95

1,4

Moc chwilowa (~ 5 min)

MW

1,4

1,4

Liczba obrotów

1/min

1525

3600

Średnica

mm

1164

930

Masa

t

3,9

2,4

 

Korzystne parametry trakcji elektrycznej spowodowały, iż większość kolejowych zarządów Europy zdecydowała się na wprowadzenie tego rodzaju trakcji u siebie, przy czym jako pierwsze (przed 1939 r.) elektryfikowały swe szlaki koleje w Niemczech, Austrii i Szwajcarii, w mniejszym stopniu we Francji czy Włoszech, zaś począwszy od lat 50. XX w. proces ten postępował szybko. Trakcja elektryczna udowodniła swą przewagę nad parową, systematycznie mocno ograniczając znaczenie tej ostatniej. Ważnym elementem były względy ekonomiczne – początkowo wysokie koszty elektryfikacji szlaków szybko ulegały amortyzacji, ze względu na dużo niższe koszty eksploatacji pojazdów elektrycznych w porównaniu z parowozami. Elektrowozy mogły także rozwijać znacznie wyższe prędkości w normalnej eksploatacji w porównaniu z parowozami. Już w latach 50. XX w. we Francji rozpoczęto próby z szybkimi pociągami elektrycznymi.  

Odmienną drogę rozwoju wybrano w Japonii, która także odczuwała potrzebę uruchomienia szybkich połączeń pasażerskich, pomiędzy Tokio a większymi ośrodkami miejskimi (Osaką, Jokohamą, Nagoją), ze względu na dużą gęstość zaludnienia kraju. Pierwsze plany pojawiły się jeszcze w latach 30. XX w. i szybko postępowały. Jednak  projektowanie linii zostało przerwane na początku lat 40. XX w. ze względu na działania wojenne, zaś gdy powrócono do projektu budowy linii Tokaido (Tokio–Osaka) w latach 50. XX w., linia dużych prędkości (pierwsza na świecie) została wybudowana w latach 1959–1964 r. (krótki czas był możliwy dzięki dużemu wcześniejszemu zaawansowaniu prac). Długość jej wynosiła 515 km, zaś prędkość maksymalna 210 km/h.  

 

Dlaczego nie trakcja spalinowa?

Epizodem w dziejach szybkich pociągów były pojazdy napędzane silnikami spalinowymi. Pociągi te rozwijano m.in. w Niemczech, zaś owocem tych prac był m.in. pociąg nazwany Latający Hamburczyk (niem. Fliegender Hamburger), kursujący pomiędzy Berlinem i Hamburgiem z prędkością maksymalną 160 km/h i średnią 125 km/h począwszy od maja 1933 r. Pociąg liczył 3 wagony, był  wyposażony w dwa silniki Maybach o mocy po 301 kW i przekładnię elektryczną. Zachęcone sukcesem koleje niemieckie DRG wkrótce uruchomiły analogiczne połączenia pomiędzy Berlinem i większymi niemieckimi miastami. Dla zapewnienia bezpieczeństwa podróżnych, pociąg wyposażono w hamulce magnetyczne szynowe oraz przebudowano sygnalizację, czy prowadzono system kontroli prędkości pociągu.

Minusem trakcji spalinowej w porównaniu z elektryczną jest fakt, iż pojazd spalinowy musi zabierać ze sobą zapas paliwa, przy czym jego zużycie znacznie wzrasta wraz ze wzrostem prędkości, zaś pojazd dla osiągania prędkości powyżej 200 km/h musi mieć odpowiednio małą masę. Trudność pogodzenia odpowiednio dużej mocy pociągu z jego niską masą (silnik spalinowy o dużej mocy musi mieć również odpowiednio dużą masę), próbowano pogodzić poprzez montaż turbiny gazowej. Te próby podejmowane we Francji, Wlk. Brytanii i USA, ostatecznie zakończyły się niepowodzeniem.

Schienenzeppelin (spalinowy wagon silnikowy wzorowany na zeppelinach – sterowcach) był pojazdem opracowanym przez niemieckiego inżyniera F. Kruckenberga w 1930 r. Kształtem pudła przypominał cygaro, był oparty na dwóch osiach, liczył 22,85 m długości i miał masę 20,3 t (bez pasażerów). Pojazd był napędzany lotniczym silnikiem spalinowym o mocy 324 kW (12. cylindrowy, produkcji BMW VI6) przekazującym moment obrotowy na śmigło znajdujące się w tylnej części pojazdu. Dnia 10.05.1931 r. pojazd osiągnął prędkość 200 km/h pomiędzy stacjami Plockhorst i Lehrte, zaś 21.06.1931 r. na linii Berlin – Hamburg – 230,2 km/h. Minusem tego wagonu była niemożność jego rozbudowy, a tym samym mała zdolność przewozowa oraz trudność ze sterowaniem podczas jazdy z dużymi prędkościami. Zatem pomysłodawca skupił się na projektach pojazdów z napędem spalinowym oraz przekładnią hydrauliczną i już w 1932 r. opracował kolejny pojazd – serii 137 155, który na początku 1933 r. osiągnął prędkość 180 km/h. Produkcja seryjna tych pojazdów nie była jednak kontynuowana, zaś wagony opracowane przez Kruckenberga ostatecznie zostały złomowane do 1939 r. (Schienenzeppelin) lub do 1954 r. (137 155).

 

Narodziny superszybkich pociągów

Wprowadzenie komunikacji lotniczej w drugiej połowie XX w. spowodowało początkowy odwrót pasażerów od kolei, przy czym ów trend utrzymał się w Ameryce Płn. (USA, Kanada), zaś w Europie został zahamowany poprzez wprowadzenie szybkich pociągów, tj. przekraczających prędkość 200 km/h. Różnica w odwrocie czy tryumfie kolei pomiędzy oboma kontynentami (amerykańskim i europejskim) pochodziła od gęstości zaludnienia, ponieważ szybkie pociągi były prowadzone przez lokomotywy elektryczne (lokomotyw spalinowych właściwie nie stosowano), a elektryfikacja miała sens przy odpowiednim natężeniu ruchu. Minusem infrastruktury kolejowej jest jej niewielka elastyczność, zaś komunikacja lotnicza może być uruchamiana z dnia na dzień: nie ma potrzeby budowy np. linii (kolejowej), a jedynie lotnisk – początkowego i docelowego.

Pierwsze udane próby z pociągami elektrycznymi miały miejsce we Francji już w latach 50. XX w.: w 1954 r. lokomotywa elektryczna serii CC 7121 osiągnęła prędkość 243 km/h na 37 km odcinku linii Dijon – Beaune, ustanawiając rekord prędkości pojazdu szynowego na świecie. Na czas prób musiano wzmocnić pantograf: mechanicznie – uodpornić na silny wiatr podczas jazdy, a także przystosować do przepływu natężenia prądu o wartości do 4000 A. Ustanowiony rekord prędkości został poprzedzony szeregiem prób, w czasie których osiągnięto prędkości m.in. 180 km/h, 194,7 km/h, 185 km/h i 222 km/h. Aby testy uczynić bardziej efektywnymi, wybrano dodatkowy odcinek testowy oraz 3 kolejne lokomotywy – CC 7122, CC 7113 i CC 7107. Przeprowadzono próby jazd w trakcji podwójnej z pociągami 3. i 10. wagonowymi, osiągając prędkości odpowiednio 226 km/h i 160 km/h. Podczas jednej z jazd pociąg prowadzony przez elektrowozy serii CC 7107 i CC 7113 z 17. wagonami (715 t) osiągnął prędkość 195 km/h. Na czas prób pociągi były uszczelniane (przejścia międzywagonowe, drzwi, a także przestrzeń pomiędzy pierwszym wagonem i lokomotywą). Specjaliści SNCF uznali, iż kolejną barierą będzie prędkość 300 km/h. Do prób przygotowano dwie lokomotywy – BB 9004 i CC 7107, montując w nich pantografy przystosowane do dużych prędkości. Już w 26.03.1955 r. czteroosiowa lokomotywa osiągnęła bezproblemowo prędkość 276 km/h. Ów rekord nie utrzymał się długo – dnia 29.03.1955 r. elektrowóz SNCF serii BB 9004 ustanowił nowy rekord prędkości – 331 km/h. Na czas eksperymentu podniesiono napięcie w sieci trakcyjnej z 1,5 kV DC do 1,9–2,0 kV DC, co spowodowało zwiększenie mocy lokomotywy z 3715 kW do 9500 kW. Minusem tego eksperymentu był fakt, iż lokomotywa po jeździe nadawała się do naprawy, podobnie jak odcinek testowy (sieć trakcyjna, torowisko, itp.).

Pewien wpływ na rozwój pociągów dużych prędkości miało odkrycie zalet zasilania sieci trakcyjnej (i pojazdów) prądem przemiennym o dużo wyższym napięciu niż stosowane dotychczas. W 1951 r. przedstawiciele SNCF wizytowali kolej Hollenthalbahn w Szwarcwaldzie w Niemczech, zelektryfikowaną napięciem jednofazowym 20 kV 50 Hz. Wyniki eksploatacyjne okazały się bardzo korzystne – sieć trakcyjna była dużo lżejsza, a napięcie nie wymagało przetwarzania w stacjach transformatorowych. Później napięcie podniesiono do 25 kV, i zelektryfikowano kilka linii na sieci SNCF – Aix–le–Bains – La Roche–sur–Foron, czy Thionville – Valenciennes i Paryż – Lille.

W latach 60. XX w. pojawiły się na sieci SNCF szybkie pociągi – Mistral rel. Paryż – Lyon (1957 r.), kursujący z prędkością maksymalną 160 km/h i średnią 129 km/h. Pod koniec maja 1967 r. uruchomiono kolejny pociąg – Capitole rel. Paryż – Tuluza, który odległość 713 km pokonywał w czasie około 6 h. Pociąg był zestawiony wyłącznie z wagonów 1 kl. i utrzymany w zewnętrznej czerwonej kolorystyce, z białym deseniem biegnącym wzdłuż linii okien. We wrześniu 1967 r. uruchomiono drugą parę tego pociągu (ranny i południowy). Innym szybkim pociągiem był pociąg kursującym pomiędzy Paryżem i Limoges, który pokonywał odległość 400 km w czasie 2 h 50 min, z prędkością średnią 141 km/h. Zadbano również o połączenie Paryża z Bordeaux (579 km), uruchamiając ekspres Aquitaine kursujący z prędkością maksymalną 200 km/h. Jednak wydatne skrócenie czasu jazdy mogło nastąpić jedynie przez wprowadzenie pociągów nowej generacji.

Intensywne prace nad szybkimi pociągami prowadzonymi we Francji, spowodowały uruchomienie w 1981 r. połączeń obsługiwanych przez pociągi TGV. Dnia 26.02.1981 r. jeden z pociągów TGV PSE ustanowił kolejny rekord prędkości – 380 km/h, w maju 1990 r. – kolejny – 515,3 km/h (TGV A), i ostatni dnia 3.04.2007 r. – 574,8 km/h (TGV POS V150). Były to pociągi specjalnie przebudowane do jazdy rekordowej (skrócenie składu, podniesienie napięcia w sieci trakcyjnej), zaś pociągi TGV w regularnej eksploatacji osiągają prędkość 300–320 km/h. 

 

Tab. 3. Dane techniczne elektrowozów kolei francuskich SNCF serii CC 7100 i BB 9003 / BB 9003

 

 

CC 7100

BB 9003 / BB 9003

Producent: część elektryczna

 

CEM

Forges, Jeumont, Oerlikon, SW /

/ Forges, Jeumont, SW

Producent: część mechaniczna

 

CFL

Schneider – Jeumont

Lata budowy

 

1952–1955

1952 / 1954

Liczba wyprodukowanych

 lokomotyw

 

58

2

Układ osi

 

Co’Co’

Bo’Bo’

Liczba silników trakcyjnych

 

4

6

Napięcie

 

1,5 kV DC

1,5 kV DC

Rozruch silników trakcyjnych

 

rezystory

rezystory

Masa lokomotywy

t

106

80 / 83

Zawieszenie silników trakcyjnych

 

całkowicie

usprężynowane

całkowicie

usprężynowane

Przeniesienie napędu

 

Floating rings

and rods bilateral

wał kardana

Długość lokomotywy

mm

18 922

16 200

Baza lokomotywy

mm

14 140

12 400

Rozstaw czopów skrętu

mm

9470

9200

Szerokość lokomotywy

mm

2968

2980

Wysokość lokomotywy

mm

4195

3650

Średnica kół

mm

1250

1250

Pobór mocy

kW

3492–3245

3180 / 2980

Prędkość maksymalna

km/h

150

150

Uwagi

 

 

pojazd eksperymentalny

 

Podobne próby z szybkimi pociągami prowadzono w Niemczech, gdzie w maju 1962 r. uruchomiono pociągi Rheingold, kursujące z prędkością maksymalną 160 km/h. W 1965 r. konsorcjum złożone z niemieckich producentów taboru kolejowego opracowało  sześcioosiowy elektrowóz serii E03 (późniejsze oznaczenie DB – 103), o prędkości maksymalnej 200 km/h i mocy 7200 kW. Początkowo lokomotywa prowadziła pociągi z prędkością maksymalną 160–180 km/h, zaś od jesieni 1977 r. po opracowaniu nowego systemu sygnalizacji kabinowej (LZB), prędkość maksymalną podniesiono do 200 km/h. Lokomotywa serii E03 (103) zapoczątkował erę szybkich pociągów kursujących po sieci DB. Opracowanie projektu kolejnej lokomotywy – spalinowej DE 2500 (seria DB – 202) i elektrycznej serii 120, które wyposażono w asynchroniczne silniki trakcyjne, dało początek pociągom ICE (serie 202 i 120 były lokomotywami eksperymentalnymi). Dane techniczne serii 103 i 120 znajdują się w tab. 4a, zaś serii 202 – tab. 4b. 

          

Tab. 4a. Dane techniczne lokomotyw elektrycznych kolei niemieckich DB serii 103 i 120

Seria lokomotywy

 

103.0 / 103.1

120.0 / 120.1

Producent, część mechaniczna

 

Henschel–Werke,

Krauss–Maffei*, Krupp*

Henschel,

Krauss–Maffei, Krupp

Producent, część elektryczna

 

Siemens, AEG*, BBC*

BBC, Siemens

Lata budowy

 

1965

1970–1974

1979–1980

1987–1989

Liczba wyprodukowanych lokomotyw

 

4+145

5+65

Numeracja

 

001–004

101–245

001–005

101–160

Układ osi

 

Co’Co’

Bo’Bo’

Liczba silników trakcyjnych

 

6

4

Napięcie

 

15 kV 16,7 Hz

15 kV 16,7 Hz

Rodzaj silników trakcyjnych

 

komutatorowe jednofazowe

asynchroniczne trójfazowe

Rozruch silników trakcyjnych

 

tyrystorowy

tyrystorowy

Masa lokomotywy

t

112,0 / 114,0

84,0

Przeniesienie napędu

 

wał kardana i elastyczne sprzęgło*

wały: kardana i drążony

Długość lokomotywy

mm

19 500 (# 001–172)

20 200 (# 173–245)

19 200

Maksymalna siła pociągowa

kN

314 / 312

340

Baza lokomotywy

mm

9600

10 200

Baza wózka

mm

2250 x 2

2800

Szerokość lokomotywy

mm

3060

3000

Wysokość lokomotywy

mm

4492

3470

Średnica kół

mm

1250

1250

Ciągły pobór mocy

kW

5940 / 7440

5600

Prędkość maksymalna

km/h

200

200

Uwagi

 

wycofane z eksploatacji w 2006 r.

lokomotywa eksperymentalna

* tylko pojazdy produkowane seryjnie

 

Tab. 4b. Dane techniczne lokomotywy spalinowej kolei niemieckich DB serii 202

Oznaczenie lokomotywy:

Henschel / BBC

DB

 

 

DE 2500

202

Producent

 

Henschel, BBC

Lata budowy

 

1971, 1973 *

Liczba wyprodukowanych lokomotyw

 

1+2

Numeracja

 

002–004

Układ osi

 

Bo’Bo’ (# 003)

Co’Co’ (# 002, 004)

Typ silnika spalinowego

 

MTU MA 12 V 956 TB

Henschel 12V 2423 Aa *

Moc silnika spalinowego

kW

2020

Liczba elektrycznych

silników trakcyjnych

 

4 / 6

Rodzaj silników trakcyjnych

 

asynchroniczne trójfazowe

Sterowanie silnikami trakcyjnymi

 

tyrystory

Masa lokomotywy

t

80

Przeniesienie napędu

 

AC–DC–AC

Długość lokomotywy

mm

18 000

Baza lokomotywy

mm

13 600

Baza wózka

mm

4000

Szerokość lokomotywy

mm

3070

Wysokość lokomotywy

mm

4280

Średnica kół

mm

1100

Prędkość maksymalna

km/h

140

Uwagi

 

lokomotywa eksperymentalna

* 003, 004

 

Współczesne pociągi dużych prędkości na świecie

Pojęcie ‘pociągu dużej prędkości’ jest szerokie – przedstawiciele kolei francuskich SNCF definiują je jako pojazdy osiągające prędkości 250–300 km/h, zaś przedstawiciele kolei niemieckich DB – 200–300 km/h. Sam przyjąłem definicję ‘pociągu dużych prędkości’ jako pojazdu pochodzącego z rodziny TGV, Pendolino, Shinkansen i ICE, ewentualnie osiągającego prędkość eksploatacyjną powyżej 230 km/h. Poprawnym będzie stwierdzenie, iż praktycznie wszystkie współczesne pociągi dużych prędkości są pojazdami elektrycznymi – pociągami elektrycznymi (lokomotywa+ wagony) lub ezt. Są to pojazdy kursujące po specjalnie wybudowanych liniach dużych prędkości osiągające prędkości powyżej 250 km/h, ewentualnie ezt kursujące po liniach konwencjonalnych, wyposażone w mechanizm przechyłu pudła, pozwalający na kursowanie z prędkościami powyżej 200 km/h.

Liderem w produkcji, eksploatacji pociągów i linii dużych prędkości na świecie są Francja i Japonia, mniejsze osiągnięcia przypadły dla Niemiec i Włoch. Kolejne kraje nie rozwijały u siebie własnych programów opracowania od podstaw technologii budowy linii i pociągów dużych prędkości, lecz przeważnie adaptowały technologie opracowane przez wspomnianych potentatów. Zaś tabor zakupiony do obsługi linii praktycznie tworzą 4 rodzaje wspomnianych wcześniej pociągów, plus niewielka liczba pojazdów będących ich pochodnymi. Technologie te zostały adaptowane przez następujące kraje: Hiszpanię, Portugalię, kraje Beleluxu, Czechy, Finlandię, Koreę Płd., Słowenię, Szwajcarię, USA, Tajwan, Wlk. Brytanię, a także Rosję i Chiny.

We wdrażaniu pociągów dużych prędkości można zauważyć pewne trendy, a mianowicie swoisty sojusz pomiędzy pociągami dużych prędkości a wyposażonymi w mechanizm przechyłu pudła: albo dany zarząd kolejowy decyduje się na budowę nowej linii dużych prędkości wzdłuż najbardziej uczęszczanych linii, jednak uwzględniając kosztowność takiego projektu, na mniej obciążonych liniach uruchamia się przewozy z użyciem pociągów z przechylnym nadwoziem (Niemcy, Hiszpania i Korea Płd.). Obserwuje się także sytuacje odwrotne – dany zarząd kolejowy decyduje się uruchomić połączenia obsługiwane taborem z przechylnym nadwoziem, a zachęcony pozytywnymi wynikami w postaci systematycznego wzrostu przewozów i zapotrzebowanie na zwiększenie przepustowości linii, decyduje się na budowę linii dużych prędkości (Włochy). Wydaje się, iż podobną drogą będą zmierzać zarządy kolejowe w Wlk. Brytanii, Czechach, Szwajcarii i Portugalii: najbardziej uczęszczane trasy obecnie są obsługiwane przez pociągi Pendolino, zaś linie dużych prędkości znajdują się w fazie projektów.

Kolejną grupę stanowią kraje, które zdecydowały się na budowę linii dużych prędkości i ze względu na całkowite wypełnienie postawionego przezeń zadania, nie planują wprowadzenia pociągów z przechylnym nadwoziem w najbliższej przyszłości. Są to kraje Benelux–u (Holandia,  Belgia) i Tajwan. Podobny trend jest widoczny w Finlandii, USA i Słowenii – obecnie kursujące pociągi z przechylnym nadwoziem eksploatujące je zarządy kolejowe uważają za całkowicie wystarczające (budowa linii dużych prędkości nie jest obecnie planowana).

Przykład Francji czy Japonii jest odmienny od przedstawionych wcześniej państw. Oba kraje ze względu na fakt, iż rozpoczęły eksploatację pociągów dużych prędkości jako pierwsze, stosują wyłącznie własne rozwiązania. Koleje francuskie SNCF posiadają na tyle rozbudowaną sieć linii dużych prędkości, i równie imponujący tabor do ich obsługi (TGV), nie zdecydowały się na eksploatację pociągów z przechylnym nadwoziem, mimo opracowania przez krajowy koncern Alstom odmiany TGV wyposażonej w mechanizm przechyłu nadwozia. Początkowo planowano eksploatację pociągów tego typu do obsługi połączeń Paryża z Bretanią, czy na linii (Paryż – Lyon –) Valence – wybrzeże Morza Śródziemnego: w obu przypadkach, częściowo po linii dużych prędkości, a częściowo po linii konwencjonalnej. Żaden z tych pomysłów nie doszedł do skutku i SNCF nie przewidują  zakupu pociągów tego typu. Francuska sieć linii dużych prędkości podlega ciągłej rozbudowie, podobnie jak tabor – sukcesywnie wprowadzane są nowości techniczne (np. AGV). Tabor do obsługi linii dużych prędkości opracowano i wyprodukowano całkowicie we Francji, po serii eksperymentów trwających 10–15 lat.

Japonia jest krajem, który zbudował u siebie pierwszą na świecie linię dużej prędkości (Tokio – Osaka, Tokaido), podobnie jak opracował tabor do jej obsługi w 1964 r. Ponieważ ówczesna technika pozwalała na zaprojektowanie i zbudowanie pociągu o prędkości maksymalnej 210 km/h, łuki na linii Tokaido dostosowano do prędkości maksymalnej 240–250 km/h. Wraz z rozwojem techniki i zwiększaniem się liczby przewożonych pasażerów, pojawiła się potrzeba zwiększenia przepustowości linii, czyli podniesienia prędkości maksymalnej pociągów. Zatem opracowano nowe pociągi zdolne rozwijać prędkość 300 km/h, jednak parametry linii nie pozwalały na jej osiąganie (obecnie nie przekracza się 250 km/h). Zatem wybrano rozwiązanie kompromisowe – opracowano pierwszy na świecie pociąg dużych prędkości zdolny rozwijać prędkość 275 km/h i wyposażony w mechanizm przechyłu pudła (seria N700). Linia Tokaido jest linią najbardziej obciążoną przewozami pasażerskimi na świecie – rocznie korzysta z niej 80 mln pasażerów (dla linii Paryż – Lyon wskaźnik ten wynosi niecałe 20 mln). Dla zwiększenia przepustowości linii planowane jest wybudowanie pomiędzy Tokio i Osaką linii dla kolei na poduszce magnetycznej, jednak koszty takiej inwestycji są ogromne nawet dla zamożnej Japonii.   

Bardzo ambitny program rozwoju linii dużych prędkości zamierzają u siebie wdrożyć Chiny. Obecnie jest budowana linia dużych prędkości Pekin – Szanghaj, o długości szacunkowej 1300 km oraz 3 kolejne o mniejszej długości. Do jej obsługi zakupiono tabor u czołowych producentów – w Japonii, Niemczech i Włoszech, z planami wytwarzania go we własnych fabrykach na podstawie licencji. W Chinach funkcjonuje także odcinek kolei poruszającej się na poduszce magnetycznej, zbudowany na podstawie niemieckiej technologii, jednak plany jej rozbudowy są dość mgliste ze względów finansowych.

W tabeli 5 znajdują się koszty budowy linii dużych prędkości w kilku wybranych krajach. Należy je traktować wyłącznie orientacyjnie, ze względu na zmieniające się ceny materiałów budowlanych, koszt zakupu gruntu, inflację, itp. Nie mniej jednak, minimalny koszt budowy 1 km linii dużych prędkości wynosi 10 mln euro, zaś przy warunkach niesprzyjających (konieczność drążenia tuneli, aktywny sejsmicznie teren, itp.) koszt 1 km wzrasta do 40–50 mln euro. Wysoki koszt budowy brytyjskiej CTRL pochodzi od bardzo wysokich cen gruntu w Wlk. Brytanii oraz konieczność drążenia tunelu (19 km) pod Londynem.   

 

Tab. 5. Koszty budowy linii dużych prędkości

Linia

Państwo

mln € / km

Madryt – Lleida

Hiszpania

10

LGV Atlantique, Nord

Francja

10

LGV Méditerranée

Francja

23

Kolonia – Frankfurt

Niemcy

31

Tohoku Shinkansen

Japonia

35

Joetsu Shinkansen

Japonia

41

Seul – Taegu

Korea Płd.

42

Rzym – Neapol,

Florencja – Turyn

Włochy

44

Hokuriku

Japonia

45

Taipej – Kaohsiung

Tajwan

48

HSL Zuid

Holandia

48

CTRL (High Speed 1)

Wlk. Brytania

70

na podst. Railway Gazette Int.

 

Projekty budowy linii dużych prędkości, często bardzo ambitne, posiada wiele krajów (m.in. w Europie, Ameryce Płn. i Płd. oraz Azji), choć dopiero przyszłość pokaże, którym krajom uda się te zamiary zrealizować i w jakim czasie. Podobnie trudno przewidywać parametry techniczne taboru zakupionego do obsługi tych linii, zważywszy na szybkie tempo jego ewolucji.  

 

Wnioski

Wprowadzenie pociągów dużych prędkości, w szczególności francuskich TGV czy japońskich Shinkansen, spowodowało nie tylko zahamowanie spadku liczby podróżnych korzystających z usług kolei na rzecz transportu samochodowego czy lotniczego, ale wręcz likwidację połączeń lotniczych, czy bardzo znaczne jej ograniczenie, w szczególności przy najbardziej obciążonych relacjach: pociągi TGV praktycznie całkowicie odebrały liniom lotniczym pasażerów podróżujących w relacji Paryż – Lyon, zaś przy połączeniach Londyn – Paryż / Bruksela udział kolei w przewozach pasażerskich wynosi ok. 65–70%. Podobne zjawisko obserwuje się w Japonii, gdzie z usług kolei przy połączeniach Tokio – Osaka korzysta zdecydowana większość podróżnych (70-80%).

Promocję kolei przez państwo francuskie obserwuje się nie tylko w finansowaniu budowy linii dużych prędkości, ale także w wydatnym subsydiowaniu SNCF. Podobne zjawisko ma miejsce w Niemczech, zaś jego konsekwencją jest praktycznie marginalne znaczenie w obu krajach dalekobieżnej komunikacji autobusowej. Badania pokazują, iż podróżny chętniej wybiera przejazd koleją w porównaniu z przelotem samolotem przy podróżach trwających 2–3 h, ze względu na przejazd z centrum do centrum miast, bez czasochłonnego dojazdu do lotniska oraz uciążliwej odprawy. Najważniejszym atutem superszybkiej kolei jest uzyskiwanie prędkości średniej powyżej 200 km/h, co jest niemożliwe dla przejazdów prywatnymi samochodami, mimo doskonałej sieci autostrad istniejącej w obu krajach. Ponadto, skrócenie czasu przejazdu powoduje zwiększenie przepustowości linii kolejowych, a w konsekwencji dodatkowy wzrost liczby podróżnych. Ostatnią już zaletą pociągów dużych prędkości jest fakt, iż są to pociągi elektryczne, czyli istnieje możliwość zasilania ich energią elektryczną uzyskiwaną np. w elektrowniach wodnych czy atomowych (tj. nieemitujących CO2 do atmosfery), czy też ze źródeł odnawialnych. Transport lotniczy czy samochodowy tych atutów nie posiada.

 

Literatura

  1. Baur K. G.: Die Geschichte der Drehstromlokomotiven. Eisenbahn–Kurier Verlag, Freiburg 2005.
  2. Bley P.: Königlich Preußische Militäreisenbahn. 125 Jahre Berlin – Zossen – Jüterbog. Alba Publikation, Düsseldorf 2000.
  3. Chemins de Fer, FerPress, Paris.
  4. Cuynet J. La traction électrique en France 1900–2005 La Vie du Rail, Paris 2005.
  5. Deutsche Bundesbahn, BBC Brown Boveri, KraussMaffei, Krupp, Thyssen-Henschel, E120 – Elektrische Lokomotiven mit Drehstromantrieb für die Deutsche Bundesbahn.
  6. Dostal M. DB Fahrzeuge Lokomotiven und Triebwagen der Deutsche Bahn GeraMond München 2004.
  7. Gottwaldt A. Der Schienenzeppelin – Franz Kruckenberg und die Reichsbahn–Schnelltriebwagen der Vorkriegszeit 1929–1939 EK–Verlag, Freiburg 2006.
  8. Meyer–Eppler T. Die schnellsten Zügen der Welt GeraMond München 2007.
  9. Pocaterra R. Lokomotiven Dampf–, Elektro–, Diesellokomotiven Triebwagen – Triebwagenzüge Neuer Kaiser Verlag GmbH Klagenfurt 2003.
  10. Railway Gazette Int, Reed Press Publishing, Sutton, UK.
  11. Redoutey D.: Le matériel moteur de la SNCF en 1970, La Vie du Rail, Paris 2007.
  12. Wolf C.: Die Baureihe 120. Die erste Drehstrom–Ellok der DB. Eisenbahn–Kurier Verlag, Freiburg 2004.

Szukaj

Partnerzy

Aktualności

W Wielkiej Brytanii George Osborne, kanclerz Skarbu, zapowiedział, że w projekty kolejowe zostanie zainwestowane 1,4 mln funtów.

Więcej…

Technika

fot. bigbug21

W 1982 r. pojawił się prototyp ICE-V, który oznaczono serią 410.  Czołowe jednostki napędowe, o mocy 4200 kW każda, wybudowały:...

Więcej…