Cieľom iniciatívy Shift2Rail je zdvojnásobiť kapacitu európskych železníc a zvýšiť ich spoľahlivosť a kvalitu služieb o 50 %, pri súčasnom znížení nákladov na životnosť vlakov na polovicu. Je to zároveň podmienkou, aby sa železničná preprava stala udržateľnou.
Podľa analýzy Deutsche Welle sa napríklad cestou vlakom z Zürichu do Milána (217 km) namiesto letu ušetrí približne 103 kg emisií CO2 na cestujúceho. Počet cestujúcich v železničnej doprave v Európe pred pandémiou neustále rástol. Železničné spoločnosti v Španielsku, Francúzsku a Nemecku už objednávajú vysokorýchlostné a cezhraničné vlaky, aby uspokojili očakávaný dopyt.
Nie je to však také jednoduché, ako len vyrobiť viac vlakov a postaviť ich na koľaje. Európa má už teraz jednu z najdlhších a najhustejších železničných sietí na svete, čo znamená, že vlaky budú musieť nájsť spôsob, ako bezpečne prekonávať preplnené trate.
Kľúčovým aspektom sú brzdové systémy. Viac vlakov na trati znamená, že je nevyhnutné zabezpečiť, aby bol brzdný výkon každého vozňa na rovnakej úrovni a aby sa brzdy rýchlo neopotrebovali, hovorí Martin Ertl, viceprezident pre inovácie u výrobcu brzdových systémov Knorr-Bremse v Nemecku.
Nové brzdné systémy
„Musíme skrátiť intervaly (vzdialenosti) medzi vlakmi bez toho, aby sme ohrozili bezpečnosť. To sa dá dosiahnuť len pomocou nových technológií,“ hovorí Ertl, ktorý zastrešuje účasť svojej spoločnosti na projekte PIVOT2, ktorý sa zaoberá spôsobmi zlepšenia plášťa a podvozkov vlakov.
Brzdy sú logickým kandidátom na modernizáciu. Ertl vysvetľuje, že mnohé moderné vlakové brzdy sa ovládajú vzduchovým potrubím, ktoré vedie z prednej časti vlaku do vzduchových bŕzd každého vozňa. Táto technológia funguje nepretržite od 60. rokov 19. storočia. Rušňovodič môže zvýšiť tlak vzduchu v potrubí, aby uvoľnil vzduchové brzdy, a znížiť tlak, aby brzdy aktivoval.
Výskum ukázal, že táto metóda brzdenia funguje síce dobre, ale stále má určité problémy. V starších systémoch napríklad neinformuje rušňovodiča, ak je niečo v neporiadku s jednou z bŕzd. A keďže vzduch sa pohybuje cez každý vozeň postupne, brzdy sa aktivujú súčasne, ale môžu reagovať s určitým oneskorením. V kombinácii so zložitými podmienkami trenia to znamená, že zatiaľ čo vozne vpredu môžu mať vysokú rýchlosť spomalenia, posledný vozeň takmer vôbec nebrzdí. To sťažuje núdzové brzdenie.
Jeho tím hľadá spôsoby, ako zlepšiť iný typ technológie brzdenia, ktorý využíva elektroniku na zabezpečenie toho, aby vozne vlaku mali spoľahlivo konzistentnú brzdnú dráhu, poskytovali stálu spätnú väzbu a mali dlhšiu životnosť ako typy bŕzd, ktoré sú v súčasnosti k dispozícii.
Nahradenie vzduchových bŕzd rádiom riadenými elektromechanickými brzdami prináša veľa výhod. Môžeme výrazne znížiť zložitosť systému a výrazne znížiť hmotnosť vlaku,“ hovorí Ertl. Dodáva, že táto nová generácia bŕzd má rôzne technológie snímačov, čo znamená možnosť získať údaje a následne ich využiť na výpočet už priamo vo vlaku. Údaje sa môžu využiť aj na lepšie plánovanie údržby súprav.
V rámci projektu sa navrhol prototyp pneumatickej brzdy, ktorej brzdové doštičky využívajú ľahšie materiály, rôzne vzory povrchu na zlepšenie priľnavosti, a ktorý má menej komponentov. Zatiaľ čo ovládanie bŕzd pomocou vzduchového potrubia funguje dobre pri vzduchových brzdách, ovládanie bŕzd pomocou rádiových signálov funguje najlepšie pri moderných elektromechanických pneumatických brzdách. Prvé testy ukázali, že tieto prototypy sú o 16 % ľahšie, skracujú brzdnú dráhu o 40 % a znižujú opotrebenie o 55 % v porovnaní s bežnými brzdovými doštičkami na trhu.
Brzdy nestačia
Zabezpečenie toho, aby po koľajniciach mohlo jazdiť viac vlakov, si však vyžaduje viac než len lepšie brzdy. Vlaky zvyčajne jazdia po jednotlivých „blokoch“ trate naraz, pričom dĺžka každého bloku poskytuje vlaku dostatočnú vzdialenosť na zabrzdenie pred tým, ako sa príliš priblíži k inému bloku.
Problém, ako upozorňuje Simon Chadwick zo spoločnosti Siemens Mobility UK, spočíva v tom, že každý blok je rozmiestnený tak, aby dlhé a ťažké nákladné vlaky mali dostatočnú vzdialenosť na zabrzdenie. Ľahšie a kratšie osobné vlaky potrebujú menej priestoru na brzdenie, ale stále musia jazdiť po tých istých pevných blokoch. Podľa jedného z odhadov môže byť dĺžka bloku od 500 metrov do šiestich kilometrov v závislosti od typu vlaku a jeho rýchlosti. To núti vlaky s lepším brzdením jazdiť podľa vlaku s najhorším brzdením na trati.
„V tradičnej signalizácii, ktorá je založená na pevných blokoch, je bloková štruktúra pevne zakódovaná v železnici,“ vysvetlil.
Podľa neho to môže byť plytvanie miestom. Preto sa železničné spoločnosti snažia používať „pohyblivé bloky“ na oddelenie vlakov. Namiesto toho, aby sa vlaky pohybovali po pevne stanovených dĺžkach trate, môžu nahlasovať svoju polohu a vylepšený traťový signalizačný systém môže prideľovať vlakom bloky tak, aby boli od seba dostatočne vzdialené.
„Už to nie je založené len na najhoršom type vlaku. Môžete tam dať rôzne typy vlakov,“ tvrdí Chadwick.
V rámci viacstupňového projektu s názvom X2Rail jeho tím skúma, ako zlepšiť technológiu signalizácie, aby traťový systém presnejšie poznal polohu všetkých vlakov. Patrí sem používanie štandardných značiek pozdĺž trate a rádiokomunikačných a satelitných navigačných systémov na palube vlakov, ktoré informujú traťový zabezpečovací systém o tom, kde sa nachádzajú. Tieto satelitné a rádiové informácie sú presnejšie ako zariadenia na monitorovanie vlakov inštalované priamo na trati, hovorí Chadwick.
Používanie satelitnej a rádiovej technológie vo vlakoch má okrem zvýšenia kapacity železničných tratí aj ďalšie výhody, hovorí Chadwick. Môže potenciálne znížiť náklady, pretože je potrebné menšie množstvo zariadení na detekciu vlakov na trati, a je presnejšia, pretože vlak neustále posiela aktuálne údaje o svojej polohe.
Lepšie monitorovanie vlakov je podľa neho dôležité pre európsky systém riadenia vlakov (ETCS), spoločný súbor systémov monitorovania, signalizácie a bezpečnosti železníc – na trati aj vo vlaku –, ktorý sa pomaly zavádza v celej Európe.
Ďalšie časti projektu X2Rail sa zameriavajú na návrh satelitnej a rádiovej technológie ETCS, ktorá sa má inštalovať vo vlakoch. V súčasnej fáze X2Rail-5 sa používajú počítačové modely na analýzu kybernetickej bezpečnosti zariadení a na zistenie, ako by sa mohli správať v reálnom svete. Ich modely budú napríklad analyzovať, ako môže centrálny systém monitorovania vlakov vedieť, kde sa vlak nachádza, aj keď prechádza úsekom so slabým signálom.
Veľkým problémom je, že traťový systém je závislý od toho, či ho vlaky informujú o tom, kde sa nachádzajú, a je dôležité pochopiť, ako to bude fungovať aj za poruchových podmienok, hovorí Chadwick. „Systém (traťovej signalizácie) musí mať prehľad o všetkých vlakoch a musí sledovať stav všetkých tratí,“ povedal. Aj keby vlak prestal komunikovať, systém si podľa Chadwicka musí pamätať, kde bol vlak naposledy.
Ak ich analýzy naznačia, že technológia bude úspešná, dúfajú, že sa táto technológia môže stať štandardom v celej Európe. Bude to veľmi dôležité, ak má naďalej rásť počet medzinárodných vlakových liniek.
Oba projekty sú súčasťou iniciatívy Shift2Rail, ktorej cieľom je zdvojnásobiť kapacitu európskych železníc a zvýšiť ich spoľahlivosť a kvalitu služieb o 50 %, a to všetko pri súčasnom znížení nákladov na životnosť na polovicu. To je cieľ, ktorý sa podľa Ertla musí dosiahnuť, ak sa má Európa zmeniť na udržateľnejšiu spoločnosť.
„Vidím, že celosvetovo rastie dopyt po udržateľnom spôsobe prepravy veľkého počtu ľudí. Podľa môjho názoru neexistuje iná cesta, ako mať železnicu ako základ udržateľného spôsobu dopravy,“ dodal.
Výskum v tomto článku financovala EÚ a prvýkrát ho uverejnil časopis Horizont, ktorý sa zaoberá výskumom a inováciami Európskej komisie.
