Elektromobilita v praxi: Dvě elektrické zajímavosti na kolejích

O prapočátcích elektrické kolejové dopravy v Česku jsme si povídali hned v úvodním článku.

Elektricky po kolejích dnes popojíždějí tramvaje, sviští vysokorychlostní vlaky a duní těžký náklad. To vše je již dlouho samozřejmostí. Elektricky a navíc bez řidiče jezdí také leckde metro – ale jízdě bez řidiče se pověnujeme samostatně, hned v dalším článku této série.

Zde se blíže podíváme na dva pozoruhodné druhy elektrických vlaků: nejprve na bateriové a palivočlánkové vlaky schopné jezdit elektricky bez troleje, a pak na systémy tram-train, česky vlakotramvaje.

Také zde přitom budu vycházet z populárně naučné publikace Elektromobilita v praxi, kterou jsem napsal spolu se svojí kolegyní a manželkou Pavlou Slavíkovou. Publikace je volně ke stažení zde: https://www.smartcityvpraxi.cz/rozhovory_komentare_253.php

Emu je, jak známo, druh australského pštrosa. EMU, psáno verzálkami, je zkratka anglického „electric multiple unit“, česky elektrická jednotka. Tedy vlaková souprava složená z hnacího vozidla a vozů s motorem i bez motoru, spojených spolu nakrátko, bez možnosti spojovat a rozpojovat za běžného provozu (řečeno slovy železničářů).

Bateriové elektrické jednotky, často označované jako BEMU, jezdí pod trolejí podobně jako klasický elektrický vlak. Během jízdy nebo při stání se z troleje dobíjejí baterie, které pak vystačí na jízdu bez troleje. Baterie se pochopitelně, stejně jako u elektrobusů a elektromobilů, dobíjejí také rekuperací při brzdění, kdy elektromotor funguje jako generátor. Podle dodavatele a typu může být BEMU schopna nezávislé jízdy na cca 80 až 150 km. Je přitom pochopitelně třeba počítat s rezervami a se spotřebou pomocných zařízení.

Podobně jako u parciálních trolejbusů (viz článek o elektrických autobusech) se tak ušetří investice do plné elektrifikace daného traťového úseku, kde je tak přesto možné jezdit bez emisí.

Německé dráhy například vytvářejí (nebo to plánují) v některých stanicích a přilehlých traťových úsecích tzv. elektrizační ostrovy. Ty umožní nabíjení BEMU a zároveň posun ve stanici pod trolejemi.

Stejně jako u parciálních trolejbusů tu ovšem platí, že nabíjení BEMU během jízdy, a zvláště pak během stání, vyžaduje dostatečně robustní infrastrukturu schopnou zvládnout zvýšený výkon při nabíjení. Někdy se pak může ukázat, že náklady plné elektrifikace s provozem klasických elektrických jednotek jsou nižší než náklady na BEMU spolu s investicemi do potřebné nabíjecí infrastruktury. Příkladem této situace je Nizozemsko.

V ČR aktuálně připravuje provoz BEMU Moravskoslezský kraj. Podobné plány mají i další kraje. Pochopitelně je zavádění BEMU doprovázeno množstvím diskusí, kolik co stojí a co se vyplatí či nevyplatí – tak jako je dnes u elektromobility obecně zvykem.

A abychom nezapomněli, snaha je elektrifikovat s využitím baterií také posun ve stanicích a na vlečkách jako zdroj nepříjemných emisí a hluku z dopravy.

Palivočlánkové elektrické jednotky jsou konstruovány podobně jako palivočlánkové autobusy (viz článek o elektrických autobusech na odkazu výše).

Hlavním zdrojem energie je palivový článek umístěný na střeše vlaku. Stejně jako v případě palivočlánkových autobusů pokrývá stálou spotřebu energie vlaku nebo dobíjí trakční baterie. Trakční baterie umístěné pod podlahou pokrývají výkyvy ve spotřebě během jízdy a dobíjejí se z palivového článku nebo při brzdění rekuperací, kdy elektromotor funguje jako generátor.

Hlavní výhodou palivočlánkových EMU je nezávislý, a přitom bezemisní provoz. Podle typu vlaku a způsobu nasazení může palivočlánkový vlak na jedno naplnění nádrží vodíkem ujet až 1000 km rychlostí až 140 km/h (i více). To je srovnatelné s dojezdem obdobné jednotky poháněné dieselovými motory a mnohonásobně více, než umí BEMU.

Stejně jako v případě palivočlánkových autobusů ovšem provoz těchto vlaků naráží na problémy spojené s vodíkovou infrastrukturou a na celkově nákladné investice i provoz. (O úskalích ekonomiky palivočlánkového pohonu jsem se zmínil v úvodním článku této série, viz odkaz na začátku.)

Proto se například spolková země Dolní Sasko, která je německým průkopníkem palivočlánkových EMU, rozhodla dále orientovat svoji bezemisní regionální železniční dopravu na bateriové elektrické jednotky.

Ale jak se říká, nikdy neříkej nikdy. Čas ukáže, jak se bude vyvíjet ekonomie z rozsahu při nárůstu palivočlánkové elektrické dopravy takové či onaké. Řemeslo proroků nemá zlaté dno a u moderních technologií obzvlášť ne.

Systémy tram-train neboli vlakotramvaje jsou charakteristické tím, že při provozu využívají tratě celostátní železnice a městské tramvaje, obvykle společně se svojí vlastní tratí. Technologie a ovládání vlakotramvají si tak musí poradit s rozdílnou infrastrukturou a pravidly provozu městské tramvaje a příměstské železnice.

Základní podmínkou je shodný rozchod kolejí. Ten sám však nestačí. Koleje celostátní železnice a městské tramvaje budou mít zpravidla odlišný tvar a další technické parametry.

Tomu se musí mimo jiné přizpůsobit tvar kol vlakotramvaje. A nejen to. Tramvaje jsou obvykle stavěny pro mnohem menší výšku nástupišť, než u klasické železnice. Tramvajová vozidla také bývají užší, než ta železniční. I takovéto rozdílnosti musí překonat konstrukce vlakotramvaje, a to zpravidla kombinací různé výšky podlahy, dveří a nástupišť. Přitom je třeba pamatovat na bezbariérový a zároveň plynulý přístup alespoň jedněmi nebo několika dveřmi.

Vlakotramvaj si také musí mimoto poradit s odlišným systémem elektrifikace na celostátní železnici a na tramvajové síti. Někdy má vlakotramvaj na své vlastní železniční trati svoji, tedy další, proudovou soustavu.

V neposlední řadě je nutno pamatovat na bezpečnost. I „lehké“ tramvajové vozidlo pro systém tram-train musí být přiměřeně odolné proti nárazu v provozu na celostátních tratích, pokud od něj nejsou vlakotramvaje zcela a bezpečně izolovány. Vozidlo musí mít také potřebné označení a signalizační zařízení k provozu městské tramvaje i železnice. Zároveň musí být kompatibilní se zabezpečovacími a komunikačními zařízeními a způsoby organizace dopravy u obou.

Jak patrno, je zde mnoho různých „pokud“ a „jestliže“, které mají v konečném důsledku dopad do ekonomiky takového dopravního systému. Pokud se tedy dočteme, že vlakotramvaje vyjdou dráž, nebo naopak levněji, než nové vlaky, může být pravda obojí – záleží, co s čím, kde a za jakých okolností srovnáváme.

Přes všechny uvedené výzvy, které tento systém klade, je o něj v zahraničí zájem. Představují totiž – kromě jiného – způsob, jak zvýšit efektivitu zpravidla málo využívaných příměstských tratí tím, že je bez přestupu napojí na městský tramvajový systém. To pak přirozeně zvýší jejich atraktivitu pro cestující.

Vlakotramvaje nejsou v zahraničí ojedinělé. První takovýto systém vznikl již v 90. letech minulého století v okolí německého města Karlsruhe. Vlakotramvaj pod názvem City-Bahn Chemnitz funguje i nedaleko českých hranic v Saské Kamenici. Známé jsou i odjinud, například z Francie nebo z Vídně, kterou vlakotramvaj Wiener Lokalbahn spojuje s nedalekým městem Baden.

O nasazení vlakotramvají se již desítky let uvažuje také v ČR. (Dobře si vzpomínám, jak jsme tuto příležitost řešili na Českých drahách už ve zmíněných devadesátkách. Inu, co se vleče, neuteče.)

A kdo by si chtěl zkusit vlakotramvaj „naživo“, nejblíže z Čech se nabízí zmíněná Saská Kamenice, nejblíže z Moravy nejspíše Vídeň.

V Saské Kamenici, německy Chemnitz, měří dnes linky vlakotramvaje v součtu cca 95 km. Zhruba z 20 km probíhají po městské tramvajové síti, zbytek po železničních tratích na předměstí (linky se v části svých tras překrývají).

Lze zde sledovat dvojí vlakotramvaje: v plně elektrickém provozu s dvěma napěťovými soustavami (600 V DC pro tramvaj a 750 V DC pro vlak) na lince C11 nebo, na ostatních linkách, vlakotramvaje napájené z troleje na tramvajové síti a diesel-generátorem na železničních tratích na předměstí. Nutno poznamenat, že takováto „vrčící“ tramvaj působí dosti nezvykle – očekávali bychom spíše tichý provoz na baterie. Ale třeba to za daných okolností nevychází (či v době jejich objednání a výroby nevycházelo).

Každopádně je zajímavé vidět, jak si konstruktéři poradili s odlišnou výškou nástupišť a s odlišnými požadavky městského a příměstského provozu při zachování pohodlí pro cestující.

Vlakotramvaje, tramvaje a vlaky „klasické“ železnice se sjíždějí doslova pod jednou střechou na hlavním nádraží Chemnitz. Také přestup mezi jednotlivými druhy hromadné dopravy je zde tedy velmi přátelský k cestujícím.