Elektryzująca elektryfikacja. Czy (i gdzie) warto zmieniać napięcie na sieci kolejowej

Niczym nieograniczona ekspansja intelektualna CPK dotarła ostatnio do obszaru elektrotechniki kolejowej, rzucając koncepcję przebudowy całej sieci trakcyjnej na 25 kV AC (prąd przemienny).

To prawda, że system 25 kV AC jest lepszy od 3 kV DC (prąd stały) – mniejsze straty, mniejsze spadki napięcia, większa dopuszczalna moc pojazdów trakcyjnych, prostsze zasilanie z energetyki, możliwe większe odległości pomiędzy podstacjami, mniej podstacji – choć w zamian konieczność zasilania z sieci wysokich napięć (110 lub 220 kV zamiast 110 lub 15kV), która jest rzadsza. Na linii kolejowej 25 kV AC, jeżeli nie chcemy jej całkowicie wydzielić z systemu i sieci krajowej, muszą jeździć pojazdy trakcyjne wielosystemowe, droższe i cięższe, których na razie mamy w Polsce około 30 sztuk, albo… spalinowe, co jednak nie ma sensu. Można by jeszcze podesłać parowozy ze skansenu. Zdecydowana większość pojazdów trakcyjnych – także nowych – jest jednosystemowa na 3 kV DC i trudno byłoby uzasadnić teraz i w najbliższej przyszłości kupowanie dwusystemowych pociągów do ruchu aglomeracyjnego i regionalnego. Tabor amortyzuje się około 30 lat, choć bywa eksploatowany dłużej. Zwłaszcza w przypadku pociągów sezonowych ich ekonomia broni się wyłącznie wtedy, gdy tabor jest zamortyzowany, gdyż jazda kilka, a nawet kilkadziesiąt dni w roku nie zapewnia spłaty inwestycji. Do tego celu wykorzystywane bywają też składy jeżdżące na co dzień w ruchu podmiejskim. Tak więc przebudowa sieci oznacza fragmentację systemu kolejowego wykraczającą poza zróżnicowanie technologiczne.

Co daje inny system napięcia?

Istotnie, rozwijanie dużych prędkości wymaga większej mocy lokomotyw, a niskie napięcie sieci ją ogranicza. Właśnie z tego powodu kraje, które wcześnie rozpoczęły elektryfikację napięciem 1,5 kV DC – np. Francja – chcąc przekroczyć barierę 200 km/h zaczęły stosować system 25 kV AC. Polska podjęła elektryfikację w latach 30. XX w., przyjmując wtedy – podobnie jak Włochy – nowatorski jak na owe czasy system 3 kV DC, który pozwala dojść do prędkości eksploatacyjnej 250 km/h. Na próbach rekord wynosi 311 km/h, a drugie miejsce zajmuje Pendolino na CMK – 293 km/h. Wymaga to oczywiście gęstej sieci podstacji, ale linia jest przydatna także dla innych pojazdów.

Tak więc 25 kV jest konieczne, jeżeli chcemy jechać na co dzień ponad 250 km/h, czego zresztą, jak wynika z innych enuncjacji CPK, nie przewiduje się. Natomiast budowa od nowa (ważne) i eksploatacja są oczywiście tańsze także dla niższych prędkości.

25kV dla nowych, "szybkich" linii w Polsce

Pomiędzy specjalistami raczej nie ma sporu, że w razie podjęcia budowy linii „Y” z Warszawy przez Łódź do Wrocławia i Poznania należałoby przyjąć – poza węzłami – system 25 kV AC. Dla innych pojazdów istnieją linie alternatywne i wydzielenie „Y” nie obniży specjalnie spójności sieci. Podobnie elektryfikacja LHS, o ile w ogóle, to raczej 25 kV AC, chyba że eksperymenty z napędem wodorowym na kolei przyniosą pozytywne efekty. W przypadku Centralnej Magistrali Kolejowej jest już trudniej, bo ewentualna zmiana oznacza pożegnanie pociągów sezonowych, ustanie możliwości objazdu dla międzyregionalnych, jak na przykład obecnie Warszawa – Radom, no i chyba holowanie zespołów trakcyjnych do zapleczy IC i PR w Idzikowicach.

Jednak myśl CPK wybiega dalej i zakłada, że każdy nowy odcinek ponad 50 km ma być budowany jako 25 kV AC. Weźmy więc przykład liczącej ponad 50 km (na każdej odnodze) linii (Kraków) – Podłęże – Piekiełko – (Nowy Sącz / Zakopane). Na dzisiaj PKP IC mogłyby pewnie wygospodarować jedno Pendolino i jednego Husarza do obsługi jednego-dwóch ekspresów dziennie do Zakopanego lub Nowego Sącza. Natomiast ruch regionalny, czy nadal przez Suchą i Ptaszkową? Zwiększenie roli kolei w dojazdach do Krakowa z Limanowej i Nowego Sącza – składem spalinowym czy wciąż na około? Co z pociągami sezonowymi i okazjonalnymi (zawody), które właśnie tu mają duży sens? Stopniowo trzeba by kupować nowy i droższy tabor, ale właściwie po co? Zanim rzuci się hasło, należałoby dla takich kawałków przeliczyć koszty po stronie wszystkich podmiotów (ekonomiczne), w tym wymiany taboru lub nowych droższych zakupów i to z pewnym zapasem. Sytuację, zakładającą, że sporo pracy tak w dobie, jak i za swego żywota wykona on na sieci 3 kV DC, trzeba porównać z oszczędnościami, jakie da wybór lub przebudowa istniejących linii z 3 kV DC na 25 kV AC. Jaki będzie okres zwrotu? Jeżeli kilka lat, to jest o czym dyskutować, ale jeżeli 30 lat?

Przy dłuższej perspektywie obok okresu zwrotu dochodzi jeszcze jedna kwestia. Presja na zmniejszenie emisji spowodowała zainteresowanie przemysłu motoryzacyjnego napędem elektrycznym – akumulatorowym lub ogniwami wodorowymi. Efektywna gospodarka energetyczna w oparciu o odnawialne źródła energii wymaga stosowania magazynów energii, a ostatnio do celowości akumulatorowego magazynowania przekonuje się także energetyka cieplna (w celu lepszej stabilizacji systemu). Jest więc wieloraka presja na doskonalenie technologii. Nie należy ulegać pochopnym zapowiedziom, że już jutro będziemy mieli akumulator mały, lekki, tani i pojemny, ale pytanie, czy za 30 lat w ogólne będziemy wywieszać przewody trakcyjne nad torami, już nie jest fantazją.