IZOLACJA.KUTNO.PL

Trakcja i Wagony nr. 8 z 1987
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/e4c4a7eb87306204.html
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/96bc5eb15fb83613.html
*Skrot   referatu   przygotowanego   na   50-lecie   elektryfikacji   kolei
w Polsce
mgr inz. Feliks FRONTCZAK
CBP-BBKol w Warszawie
Racjonalny zakres elektryfikacji linii kolejowych
Artykul dyskusyjny
Czynniki decydujace o elektryfikacji linii kolejowej
O potrzebie i celowosci elektryfikacji linii kolejowej decyduja czynniki:
ekonomiczne, techniczno-eksploatacyjne i inne.
Przed podjeciem decyzji o elektryfikacji linii bada sie jej ekonomiczna
zasadnosc. Temat ekonomicznego uzasadnienia inwestycji jest zbyt ogolny i
skomplikowany, aby mozna bylo go tu omowic w calosci. Z tego powodu zastana
jedynie wskazane mozliwe (i czesto stosowane) sposoby podejscia do tego
zagadnienia i najwazniejsze czynniki, ktore maja wyraxny wplyw na wynik
analizy.
Metodyka wykonywania obliczen ekonomicznych, uzasadniajacych elektryfikacje
danej linii, jest w przedsiebiorstwie PKP formalnie ustalona [15, 16].
Przyjeto tzw. "rachunek wzgledny", tzn. wybor korzystniejszego z dwoch
wariantow realizacji zamierzania rozwojowego w zakresie modernizacji trakcji
oraz "formule uproszczona" czyli nie uwzglednia sie czynnika czasu w postaci
dyskonta. Ponadto stosuje sie "roznicowa formule rachunku", w ktorej
porownuje sie naklady sprowadzone do wymiaru rocznego i roczne koszty
eksploatacji dla rozpatrywanych rodzajow trakcji oraz oblicza sie okres
zwrotu poniesionych nakladow z amortyzacji i zysku. Postanowienia te
wymagaja pewnego komentarza.
Celem modernizacji transportu kolejowego jest przede wszystkim modernizacja
trakcji, ktora ma zasadnicze znaczenie dla pracy kolei. Z uwagi na
przestarzalosc trakcji parowej porownuje sie jedynie ze soba trakcje
spalinowa S i elektryczna E.
Ze wzgledu na specyfike obu wymienionych rodzajow trakcji - S - mniejsze
naklady inwestycyjne, wieksze koszty eksploatacyjne, E - duze naklady
inwestycyjne, male koszty eksploatacyjne - konieczne bylo opracowanie metod
rachunku ekonomicznego, ktory umozliwialby bezposrednie porownanie ze soba
cech obu rodzajow trakcji.
Z punktu widzenia celu rozroznia sie 3 rodzaje rachunku ekonomicznego:
- rachunek, ktorego celem jest okreslenie kryterium ekonomicznego,
umozliwiajacego w sposob wystarczajaco dokladny wyznaczenie zakresu
(zespolu) linii kolejowych, na ktorych najbardziej efektywna jest trakcja
elektryczna. Aby ten cel osiagnac okresla sie tzw. "prog oplacalnosci
elektryfikacji", tj. natezenie ruchu w mln ton/rok lub wielkosc rocznego
zuzycia energii w MWh/km X rok, powyzej ktorego trakcja elektryczna jest na
pewno oplacalna;
- rachunek, ktorego celem jest okreslenie kryterium stanowiacego miernik
przy wyznaczaniu kolejnosci elektryfikacji linii. Miernikiem takim moze byc
okres zwrotu nakladow inwestycyjnych, tzn. linia kolejowa, ktorej okres
zwrotu nakladu jest najkrotszy, powinna byc zelektryfikowana w pierwszej
kolejnosci;
- rachunek, ktorego celem jest uzasadnienie zaprojektowanego rozwiazania
elektryfikacji linii w stosunku do innych wariantow modernizacji trakcji.
Na wynik rachunku ekonomicznego maja rowniez wplyw liczne dane wyjsciowe.
Chociaz przyjeta metodyka okresla, jakie dane wyjsciowe (rowniez ich
wartosci) nalezy przyjmowac do obliczen, nie zmienia to faktu, ze zmiana
tych danych ma wyraxny wplyw na wynik. Mozna tu wymienic:
- ceny paliw (ropy i energii elektrycznej),
- stope procentowa od nakladow inwestycyjnych,
- obliczeniowa stope amortyzacji od nakladow inwestycyjnych.
Jako podstawowy wskaxnik, umozliwiajacy wstepna orientacje, opracowano tzw.
"prog oplacalnosci elektryfikacji". Metody tego rachunku (pierwsze
opracowanie w 1964 r.) byly przez szereg lat doskonalone, uscislane oraz
rozciagane na rozne warunki eksploatacyjne (dla linii 2- i 1-torowych, dla
roznych udzialow przewozow pasazerskich w calosci przewozow itp.).
W wykonanych analizach uwzgledniono rowniez dotychczasowe zmiany cen paliw i
ich wzajemne relacje oraz opracowano prognoze dlugoterminowa spodziewanych
trendow zmian relacji cen. Wyniki obszernych analiz wykonanych przez COBiRTK
w latach 1972-84 wykazuja, ze w miare natezenia wzrostu ruchu kolejowego,
zmian cen (wzrost ceny paliw plynnych) i wzrostu zuzycia energii na linii
(spowodowanego m.in. wzrostem predkosci) zakres linii, ktore oplaca sie
elektryfikowac, stale sie zwieksza. Zaleznosc ta jest przedstawiona w forme
wykresu na
Rysunku 1 [5]; podano na nim rowniez procentowy udzial linii PKP nadajacych
sie do elektryfikacji.
Nalezy przy tym zauwazyc, ze podano jedynie zakres linii, ktorych
elektryfikacja jest ekonomicznie uzasadniona. Natomiast z innych wzgledow
wskazana bedzie elektryfikacja dalszych 1000-1500 km linii, co zostanie
szczegolowo uzasadnione nizej.
Mimo stosowania jako miernika natezenia przewozow na linii kolejowej nalezy
zauwazyc, ze wlasciwym miernikiem jest jednostkowe obciazenie energetyczne
linii wyrazone w MWh/km-rok, wzglednie w sredniej mocy pobieranej na linii w
MW/km. W tak ustalonym mierniku uwzglednia sie m.in. profil linii, rodzaje
pociagow i udzial pociagow pasazerskich w calosci przewozow. Jako ilustracje
wynikow tak wykonanych obliczen pokazano na rysunku 2a i b wykresy "progow
oplacalnosci elektryfikacji" linii z uwzglednieniem udzialu przewozow
pasazerskich oraz z wyodrebnieniem linii 2- i 1-torowych. Sa to dane
uzyskane w opracowaniu COBiRTK z 1979 r. (nr 3490/17 etap 2). Wykazuja one
wyraxnie, jaki wplyw na wyniki ma poziom cen i ich wzajemne relacje. Wynika
z nich rowniez, jaki wplyw ma udzial ruchu pasazerskiego w calosci
przewozow.
Nalezy ogolnie zauwazyc, ze:
- w miare wzrostu przewozow na linii kolejowej wzrasta rowniez jej
obciazenie energetyczne i przy jego odpowiednim natezeniu osiaga sie "prog
oplacalnosci elektryfikacji" linii,
- przewozy pasazerskie cechuja sie znacznie wiekszym jednostkowym zuzyciem
energii za przewoz 1 tkm, zatem jesli przy danych przewozach globalnych
wzrasta udzial przewozow pasazerskich, to "prog oplacalnosci" osiaga sie
przy mniejszych przewozach globalnych, liczonych w w
mln ton/rok,
- jesli te same przewozy sa wykonywane na linii rowninnej i podgorskiej, to
prog oplacalnosci bedzie nizszy na
linii podgorskiej, gdyz jednostkowe zuzycie energii bedzie wyzsze. Obrazuja
to wykresy przedstawione na rys. 3a i b, pochodzace z opracowania COBiRTK z
1984 r. (nr 3654/17,). Rowniez na tych rysunkach uwzgledniono dane dla linii
2- i 1-torowych oraz wplyw udzialu ruchu pasazerskiego.
Wszystkie przytoczone wyzej wyniki obliczen umozliwily prognozowanie zakresu
i warunkow elektryfikacji PKP w okresie docelowym (rys. 1).
Na zakonczenie tych rozwazan nalezy zauwazyc, ze opoxnienie elektryfikacji
linii, ktora jest "dojrzala" do elektryfikacji, jest ewidentna strata
gospodarcza, gdyz nie uzyskujemy korzysci, jakie moglaby przyniesc
elektryfikacja. Wchodzimy tu jednak w zagadnienia tempa i mozliwosci
realizacji elektryfikacji, ktore wymagaja osobnego omowienia.
Graniczny zakres elektryfikacji linii kolejowych
Zanim przejdziemy do analizy warunkow techniczno-ekonomicznych, miarodajnych
dla PKP, celowe bedzie przeanalizowanie przebiegu elektryfikacji linii 3
zarzadow kolejowych: Wloch, Francji i RFN. Jakkolwiek, scisle biorac, uklady
stosunkow techniczno-ekonomicznych sa w roznych krajach rozne, to jednak
ograniczymy sie do omowienia relacji podstawowych i uwzglednienia tych
zaleznosci, ktore sa wazne rowniez dla PKP.
Analiza danych statystycznych
Dla kolei Wloch i Francji charakterystyczne jest to, ze konczyly one
elektryfikacje dwa razy. Na przyklad koleje wloskie osiagnely w okresie
1971-1975 przyrost dlugosci linii zelektryfikowanych tylko 13 km , tzn.
osiagnely kres docelowej elektryfikacji. Natomiast w okresie 1975-1980
przyrost dlugosci linii zelektryfikowanych wyniosl az 802 km, tj. 160 km/rok
, osiagajac ogolna dlugosc 8743 km. Podobna sytuacja wystapila na kolejach
francuskich, gdzie w okresie 1970-1975 sredni przyrost roczny wynosil 16 km
, a w okresie 1976-1980 az 164 km/rok , osiagajac ogolna dlugosc linii
zelektryfikowanych 10100 km.
Na kolejach RFN zjawisko takie nie wystapilo, bowiem tempo elektryfikacji
bylo ustabilizowane, tzn. w latach 1970-1975 elektryfikowano srednio 283
km/rok , a w 1975- 1980 - 230 km/rok. W okresie, 1980-1984 srednie tempo
spadlo do 23 km/rok lecz bylo to wywolane faktem, ze osiagnieto docelowy
zakres elektryfikacji (11 425 km).
Powyzsze stwierdzenia wymagaja wyjasnien. Wspomniany wyzej spadek tempa
elektryfikacji kolei Wloch i Francji byl wywolany tym, ze dla warunkow
techniczno-ekonomicznych, jakie istnialy przed 1973 r., tj. przed tzw.
"kryzysem energetycznym", koleje te osiagnely kres elektryfikacji
ekonomicznie uzasadnionej. Gwaltowne zmiany cen paliw plynnych i zmian
dotychczasowej relacji cen ropy i energii elektrycznej uzasadnily dalszy
rozwoj elektryfikacji, tzn. obnizyly wyraxnie prog oplacalnosci
elektryfikacji na linie o znacznie mniejszych przewozach. Ten fakt
spowodowal ponowny wzrost tempa oraz uzasadnil elektryfikacje tych linii,
ktorych elektryfikacja byla dotychczas nieoplacalna.
Nalezy rowniez zwrocic uwage na dalsze czynniki, zwiazane z docelowym
zakresem elektryfikacji linii. Odpowiednie dane zebrano w tabeli, w ktorej
dla umozliwienia porownania podano rowniez dane dla Polski, choc nalezy
zauwazyc, ze PKP sa jeszcze dalekie od osiagniecia docelowego zakresu
elektryfikacji.
Analiza  danych   zawartych  w  tabeli  umozliwia wyciagniecie wnioskow:
- najwiekszy udzial w calosci linii osiagnela (wsrod ww. panstw)
elektryfikacja na kolejach wloskich (54,5%), na ktorych wykonuje sie trakcja
elektryczna az 90% przewozow. Z tego wynika, ze na 45,5% sieci kolejowej
Wloch wykonuje sie tylko 10% calosci przewozow, sa to wiec linie bardzo malo
obciazone. Potwierdza to uwage, podana przez prof. Cz. Jaworskiego jeszcze w
1974 r., ze srednie obciazenie linii zelektryfikowanej we Wloszech bylo juz
wowczas mniejsze od sredniego obciazenia nie-zelektryfikowanej linii PKP,
- koleje francuskie maja zelektryfikowane "zaledwie"        32,6%, lecz na
tych liniach wykonuja  az 81,0% przewozow.  Swiadczy to o tym, ze na liniach
zelektryfikowanych   skoncentrowano   duza   czesc   przewozow,
prawdopodobnie kosztem wydluzenia pewnych relacji, lecz okazalo sie to
oplacalne,
- koleje RFN na, 39,8% linii zelektryfikowanych wykonuja 86,4% calosci
przewozow, zatem stosuja rowniez koncentracje przewozow na liniach
zelektryfikowanych choc nie w takim zakresie, jak koleje francuskie,
- przez analogie mozna stwierdzic, ze koncentracja przewozow na liniach PKP
jest jeszcze mniejsza niz na kolejach RFN.
Na podstawie danych statystycznych odnoszacych sie do przebiegu
elektryfikacji linii kolejowych w roznych panstwach i udzialu trakcji
elektrycznej w przewozach, wykonano wykres przedstawiony na rysunku 4. Linie
ciagla oznaczono zakres najwiekszego skupienia punktow pomiarowych, zas
liniami przerywanymi obwiednie punktow uzyskanych z danych statystycznych.
Wykresy te sa bardzo charakterystyczne i umozliwiaja wyciagniecie
nastepujacych wnioskow:
- w kazdym przypadku elektryfikacja kolei przebiega tak, ze procentowy
udzial przewozow jest znacznie wyzszy niz procentowy udzial linii
zelektryfikowanych,
- nawet w najniekorzystniejszych warunkach procentowy udzial przewozow jest
wiekszy od procentowego zakresu elektryfikacji linii,
- najwieksza przewage udzialu przewozow nad udzialem linii
zelektryfikowanych uzyskuje sie na poczatku, ewentualnie w "srodku"
elektryfikacji,
- najmniejsze przyrosty zysku z elektryfikacji osiaga sie pod koniec
(docelowy zakres) elektryfikacji,
- zakres elektryfikacji kolei nie przekracza 65% dlugosci linii. Przy tym
zakresie elektryfikacji przewozy wykonane trakcja elektryczna stanowia
srednio liczac 85% calosci (zakres wahan od 75% do 95%).
Wplyw czynnikow technicznych i innych
Druga grupa czynnikow majacych wyraxny wplyw na zakres elektryfikacji linii
sa czynniki techniczne. W poczatkowej i zaawansowanej fazie elektryfikacji o
jej celowosci decyduja z reguly warunki ekonomiczne, natomiast w fazie
koncowej o koniecznosci elektryfikacji pewnych odcinkow linii moga
zadecydowac potrzeby techniczno-eksploatacyjne. Mozna tu wymienic linie w
dlugich tunelach, w ktorych groziloby zatrucie pasazerow spalinami, linie o
bardzo duzych wzniesieniach, prowadzenie ruchu w skrajnych warunkach
klimatycznych (mrozy, upaly lub linia kolejowa biegnaca na duzych
wysokosciach). Poza tym elektryfikacja odcinkow linii miedzy istniejacymi
ciagami zelektryfikowanych linii glownych, elektryfikacja odcinkow
zamykajacych zelektryfikowane ciagi komunikacyjne lub odcinkow ulatwiajacych
dojazd lokomotyw do elektrowozowni itp.
Do pozostalych czynnikow (3. grupa), ktore moga zadecydowac o
elektryfikacji, mozna zaliczyc: koniecznosc zapewnienia ochrony przed
pozarami stepow i lasow, zapewnienia ochrony terenow rekreacyjnych i
turystycznych lub koniecznosc dowozu okresowego duzej liczby pasazerow, w
mozliwie dogodnych warunkach (np. okresowe targi, pielgrzymki itp.).
Nalezy przy tym stwierdzic, ze nawet przy zdecydowaniu sie na elektryfikacje
danej linii "ze wzgledow technicznych" mozna przy pomocy rachunku
ekonomicznego wykonanego w skali makro (tzw. rachunek "ciagniony") wykazac
oplacalnosc takiej elektryfikacji przez uwzglednienie wszystkich korzysci
(rowniez posrednich) dla gospodarki krajowej i korzysci spolecznych (zysk na
czasie, podniesienie zdrowotnosci, lepsza jakosc przewozow pasazerow itp.).
Kolejnosc i tempo realizacji elektryfikacji kolei
Na zakonczenie rozwazan o maksymalnym zakresie elektryfikacji linii PKP
nalezaloby omowic dwa zagadnienia: kolejnosc elektryfikacji linii i jej
racjonalne tempo. Oba sa skomplikowane, gdyz maja na nie wplyw roznorodne
(czasami przeciwstawne) czynniki i dlatego beda omowione jedynie szkicowo,
zas zainteresowanych nalezy odeslac do literatury [7, 5].
Kolejnosc elektryfikacji linii kolejowych
Na kolejnosc elektryfikacji linii wplywaja rozne czynniki. Z punktu widzenia
"czystej" ekonomii nalezaloby elektryfikowac najpierw te linie, ktore dalyby
najwieksze korzysci. Nie jest jednak uzasadnione elektryfikowanie linii
polozonych w roznych czesciach sieci PKP tylko dlatego, ze dadza one w danej
chwili najwieksze wplywy. Kolejnosc elektryfikacji linii musi uwzgledniac
ich ciaglosc. Tworzenie "wysp" jest szkodliwe zarowno ze wzgledow
eksploatacyjnych, jak rowniez z powodu koniecznosci organizowania baz dla
realizacji tylko jednej wydzielonej linii, co jest zwiazane z duzymi
nakladami kosztow. Nalezy sie tez liczyc z koniecznymi nakladami
inwestycyjnymi. Moze okazac sie celowe zelektryfikowanie najpierw linii
dajacej mniejsze korzysci lecz "za to" wymagajacych mniejszych nakladow na
realizacje. Celowe jest rowniez grupowanie prac elektryfikacyjnych na
pewnych obszarach, gdzie jest juz zorganizowane zaplecze wykonawcze,
przygotowane pro-projekty i sluzba inwestycyjna. Kolejnosc rozna od
wynikajacej z rachunku ekonomicznego moga tez wymusic doraxne potrzeby
przemyslu lub koniecznosc usprawnienia masowych przewozow pasazerskich w
pewnych aglomeracjach. Podawanie dalszych argumentow wydaje sie zbedne.
Tempo elektryfikacji linii kolejowych
Podobnie na tempo elektryfikacji linii maja wplyw najrozniejsze czynniki, a
tematowi temu poswiecono szereg analiz, prac badawczych i artykulow
technicznych. Z punktu widzenia techniczno-ekonomicznego racjonalne byloby
takie tempo, ktore umozliwiloby przejecie pracy przewozowej wykonywanej
przez zanikajaca trakcje parowa i wzrost pracy przewozowej, ktorej nie moze
przejac istniejaca trakcja spalinowa. Na kolejach, gdzie trakcja parowa
zostala juz zlikwidowana calkowicie, stosuje sie inne kryteria. Czynnikami,
ktore wyraxnie moga ograniczyc to tempo, sa:
- mozliwosci wytworcze przemyslu (niezbedny tabor oraz podstawowa aparatura
ukladu zasilania i materialy montazowe),
- mozliwosc dokonywania zamkniec torowych dla montazu sieci trakcyjnej i
niezbednej modernizacji linii kolejowej,
- dostepne srodki finansowe na inwestycje i kapitalne remonty urzadzen na
elektryfikowanej linii,
- mozliwosci   przerobowe  przedsiebiorstw   montazowych,
- pewien wplyw (zwlaszcza przy duzym tempie) maja rowniez ograniczone
mozliwosci biur projektujacych elektryfikacje.
Z drugiej strony zbyt male tempo powoduje, ze nie uzyskuje sie potencjalnych
 korzysci ekonomicznych i eksploatacyjnych. Male tempo odsuwa zakonczenie
elektryfikacji PKP do bardzo odleglych terminow, co jest wyraxnie szkodliwe
gospodarczo. Nie sa wskazane rowniez nagle zmiany tempa, gdyz dezorganizuje
to zarowno proces inwestycyjny, jak i eksploatacje kolei.
Oczywiscie przy organizacji calego procesu elektryfikacji kolei w jakims
kraju od poczatku najlepsze byloby (jak to wykazano wyzej) rozpoczecie
elektryfikacji w szybkim tempie i stopniowe jego zwalnianie az do
osiagniecia racjonalnego jej zakresu. Jest to jednak stwierdzenie
teoretyczne, ktore w warunkach realnych podlega roznym korektom. Wedlug
opracowan wykonanych przez rozne instytucje (COBiRTK, politechniki, biura
projektow) obliczono w roznych okresach jako racjonalne rozne tempo, np.
400, 500 i 600 km/rok. W praktyce osiagano max. tempo 400-450 km/rok, a w
rekordowym roku 1985 - 595 km.
Zakonczenie elektryfikacji linii PKP zaplanowane na 2000 r. bedzie trudno
zrealizowac, gdyz uzyskanie tego terminu byloby mozliwe tylko pod warunkiem,
ze srednie tempo roczne bedzie wynosilo co najmniej 600 km/rok. Zatem
elektryfikacja PKP bedzie trwala jeszcze na poczatku XXI wieku.
Przedstawione rozwazania i przytoczone argumenty umozliwiaja wyrobienie
sobie pogladu na wystepujace potrzeby, uzasadniony zasieg i tempo
elektryfikacji kolei oraz na wystepujace w tym zakresie ograniczenia i
mozliwosci.
Bibliografia
[1] Chambadal M.: - La traction electrique a la SNCF en 1982, Elektrische
Bahnen 1983, 10
[2] Coumet J.: - Der elektrische Zugbetrieb der SNCF im Jahre 1983,
Elektrische Bahnen 1984, 12
[3] Frontczek F.: Prespektywlczne problemy zasilania trakcji elektrycznej na
PKP. Referat na Sympozjum COBIRTK - IV.1974
[4] Frontczak F.:  -  50-lecie  elektryfikacji  PKP   (w  druku)
[5] Frontczak F., Wasilewicz W.: - Zakres stosowania trakcji elektrycznej na
PKP. Wiadomosci Elektrotechniczne 1982, 3
[6] Kozuchowski K., Polak Z., Wasilewicz W.: - Niezbedny zakres
elektryfikacji kolei w aktualnej sytuacji paliwowo-energetycznej. "Przeglad
Komunikacyjny" 1980, 1
[7]  Kuczborski S., Polak Z., Wasilewicz W.: - Kryteria kolejnosci
elektryfikowania linii kolejowych. "Przeglad Komunikacyjny" 1974, 5
C8] La traction electrique dans le monde. Revue General des Chemins de Fer
1984, 10
[9] Mayer L.: - Diffusione nel mondo dei divessi sistemi di elettrifizione
ferroviaria. Ingegneria Ferroviaria 1983, 12
[10] Mayer L.: - La scelta del sistema di trazione elettrica al lume die
recenti soluzioni. Ingegneria Ferroviaria 1978, 3
[11] Mayer L.: - Sensibilita al diversi fattori tecnici ed economici della
convarienza della elettrificazione di una linea ferroviaria. Ingegneria
Ferroviaria, 1984, 6
[12] Mayer L.: - Sviluppo, nel mondo, delia elettrificazione ferroviaria.
Ingegneria Ferroviaria 1982, 8
[13] Mayer L.: Sviluppo, nel mondo, delie elettificazione ferroviaria.
Ingegneria Ferroviaria 1984, 5
[14] Satilova L. N.: - Elektrifikacija zeleznych dorog mira.
Zeleznodoroznyjj Transport 1983, 7
[15]  Uchwala RM nr 173 z dn. 1974-07-12 w sprawie oceny ekonomicznej
efektywnosci inwestycji i innych zamierzen rozwojowych
[16]  Wytyczne metodologiczne COBIRTK z 1975 r. w sprawie wykonywania
rachunku ekonomicznego oplacalnosci inwestycji