Vysokorychlostní železnice v ČR subsystém energie Vladimír Kudyn Česká železnice v roce 2030, 18.-19.6.2013 0strava Vysokorychlostní trat ě v rámci Evropy Cílem budování vysokorychlostních tratí v Evrop ě je mimo jiné rovn ěž pot řeba p řepravy velkého objemu zboží a cestujících k napln ění základní myšlenky: „Zajištění volného pohybu osob, zboží a služeb.“ V následující tabulce je p řehled provozovaných vysokorychlostních tratí v rámci Evropy. Belgie HSL 1 HSL 2 HSL 3 HSL 4 Francie LGV Sud-Est LGV Est LGV Atlantique LGV Rhône-Alpes LGV Nord LGV Interconnexion Est LGV Méditerranée Perpignan-Figueres LGV Rhin-Rhône Německo Cologne–Düren Cologne–Frankfurt Hanover–Würzburg Mannheim–Stuttgart Rastatt–Offenburg Wolfsburg–Berlin Nuremberg–Ingolstadt Itálie Turin–Milan Milan–Bologna Bologna–Florence Florence–Rome Rome–Naples Naples–Salerno Nizozemí HSL-Zuid Norsko Gardermoen Line Španělsko Madrid–Barcelona Madrid–Sevilla Córdoba–Malaga Madrid–Valladolid Madrid–Toledo Figueres–Perpignan Madrid–Valencia Motilla–Albacete Velká Británie High Speed 1 Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 2 Provozní a normativní požadavky Vlastní popis požadovaných parametr ů vychází především z technických specifikací interoperability pro vysokorychlostní trat ě subsystém energy (TSI HS ENE), vydáno jako rozhodnutí komise 2008/284/ES. Subsystém energetika se skládá z: •trak čních napájecích stanic •spínacích stanic •trolejového vedení •zp ětného vedení K jednotlivým částem existují speciální normy zejména ČSN EN 50 163 ed.2, ČSN EN 50 122 Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 3 Provozní a normativní požadavky Vzájemné vazby s ostatními subsystémy Souvislost se subsystémem „Vysokorychlostní kolejová vozidla“ •Nap ětí a kmito čet •Instalovaný výkon •Rekupera ční brzd ění •Ochrana p řed zkratem •Elektrické odd ělení fází + „Řízení a zabezpe čení“ •Elektrické rušení a emise harmonických + „Infrastruktura“ •Výška trolejového drátu •Bo ční výkyv vozidel a sb ěra čů Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 4 Výkonnost systému a instalovaný výkon • tra ťová rychlost (stanoveno IM v registru) • nejkratší interval mezi vlaky (mezidobí) • maximální proud vlaku (stanoveno IM v registru) • power factor = opravdový účiník ( λ) vlaku • jízdní řád a plán dopravní obslužnosti • st řední nap ětí Výkonnost systému rovn ěž úzce souvisí s vlastní konstrukcí napájecí soustavy a dostupností výkonu v nad řazené energetické síti (distribu ční). Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 5 Přehled základních provozních požadavk ů Systém energetického napájení elektrické trakce vyžaduje zejména: •Dostate čné výkonové dimenzování – předávací bod mezi distributorem (nap ř. ČEZ) a manažerem infrastruktury (SŽDC) – geografické rozložení napájecích bod ů vzhledem k energetické infrastruktu ře – volba vhodného trak čního systému •Kvalitn ě vybudovanou infrastrukturu – technologie TNS – konstrukce a dimenzování TV – eliminace synergických efekt ů (koroze bludnými proudy, nesymetrie, zajištění EMC atd.) Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 6 Volba trak ční soustavy Schopnost p řenést dostate čný výkon na dostate čnou vzdálenost je základní podmínkou pro výb ěr. Existuje n ěkolik variant řešení: 3 kV DC, výkonové omezení do rychlosti 200 km/h (t ěžké vedení, proudová náro čnost) 15 kV 16 2/3 Hz AC, n ěmecký model 25 kV, 50/60 Hz AC. Jednozna čnou volbou v rámci celého evropského železni čního prostoru je systém 25 kV, 50 Hz AC. I tento systém však produkuje synergické jevy, které je nezbytné vy řešit. (kvalita odb ěru, nesymetrie apod.) Hlavními klady tohoto systému jsou: •Výkonost, lehká konstrukce TV i sb ěra če, vysoká přenosová schopnost, možnost uzemn ění a zlepšení ochrany p řed nebezpe čným dotykovým nap ětí Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 7 Limitní parametry Maximální dovolený proud vlaku v četn ě pomocných za řízení pro stávající evropské sítě. Úrovn ě platí jak v trak čním, tak rekupera čním režimu. Vyšší nebo nižší hodnoty proudu vlaku musí být uvedeny v registru infrastruktury pro každou tra ť (ČSN EN 50 388 ed.2). Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 8 Limitní parametry Dalším limitujícím parametrem je trak ční nap ětí (ČSN EN 50 163 ed.2). Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 9 Konkretizace návrhu Vzorový napájený úsek Praha - Brno, vstupy: •Vzdálenost 200 km •Rychlost 300 km/h •Po čet jednotek v jednom směru 8 •Čas dojezdu 1h => pr ůměrná rychlost 200 km/h •Dvojkolejná tra ť •max. p říkon vozidla délky 200m je 10MW (ustálená jízda cca 5 MW) Z uvedeného vyplývá: •V sou časné chvíli se na trati pohybuje 8 jednotek v jednom směru •Pr ůměrná vzdálenost mezi jednotkami je 25 km •Pr ůměrný p říkon všech vozidel v úseku Praha-Brno 2x8x5=80 MW Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 10 Rozložení spot řeby energie Elektrická energie je p řenášena prost řednictvím sb ěra če do motor ů elektrického hnacích vozidla. U vozidel, která by se mohla v budoucnu pohybovat na infrastruktu ře vysokorychlostních tratí lze p ředpokládat podle zahrani čních zkušeností max. výkon cca 10 MW (využití ve fázi rozjezdu a zrychlování). Zhruba ½ tohoto výkonu (cca 5 MW) by pak byla využitelná pro vlastní jízdu jednotky. Šipky ozna čují rozložení odb ěru energie jednotlivými vozidly v úsecích, červené šipky potom ozna čují schopnost využít rekupera čního brzd ění. Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 11 Rozložení zdroj ů ve smyslu ČSN EN 50 388 ed.2 Technické rozložení napájecích stanic tak jak je pro vysokorychlostní trat ě stanoveno v normě ČSN EN 50 388 ed.2 limituje vzdálenost TNS na max. 30 km. Toto omezení platí při použití systému 25 kV, 50 Hz. V p řípad ě využití systému 2x25 kV, 50 Hz je toto omezení posunuto na 45 km – 50 km. Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 12 Rozložení zdroj ů ve smyslu ČSN EN 50 388 ed.2 Rozložení TNS p ři využití soustavy 25 kV, 50 Hz a 2 x 25 kV, 50 Hz Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 13 Realizace TNS - technologie Pro vlastní realizaci trak čních napájecích stanic je možno využít n ěkolik technologických řešení. 1. 25 kV, 50 Hz – standardní koncepce (transformace 110/27 kV, s využitím sdruženého nap ětí, silné negativum je nesymetrie) 2.25 kV, 50 Hz – s využitím IGBT měni čů (aktivního prvku) s jehož pomocí je zajištěno symetrické chování připojené zátěže (TNS) v ůč i distribu ční síti (3x110 kV, 50 Hz) 3.2x25 kV, 50 Hz – systém umožňuje snížit po čet napájecích bod ů (nutnost využití dalších technologických prvk ů - autotransformátor ů, ne řeší problém nesymetrie – připojení transformátoru na sdružené nap ětí) 4.Kombinace řešení navržených v bod ě 2. a 3. Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 14 Principiální schéma systému 2 x 25 kV Konstrukce vozidla je standardního řešení jako pro 25 kV, 50 Hz Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 15 Souhrn • Volba napájecího systému je jednozna čně dána => 25 kV, 50 Hz (2x25 kV, 50 Hz). • Místa p řipojení napájecích bod ů jsou závislá na kapacit ě regionálních distribu čních sítí (ČEZ, EON, PRE). • Technologie vlastní konstrukce TNS je záležitostí technického vývoje (možno využít měni čové techniky – DB využívá měni če SIEMENS pro napájení VRT). • Vhodná konstrukce trak čního vedení (aplikace na zkušebním okruhu VUŽ do 250 km/h pro DC trakci, prototypová řešení EŽ 300, využitelnost technologie zavedených zahrani čních výrobc ů nap ř. SIEMENS) • Vlastní dimenzování napájení a p řesná lokalizace trak čních napájecích stanic bude výstupem energetických výpo čtů Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 16 Závěr Děkuji za pozornost…!!! ☺ Vysokorychlostní železnice v ČR – subsystém energie 17 © Správa železni ční dopravní cesty, státní organizace www.szdc.cz.