Zdroj 9: High Speed Rail Aliance, 2020
3.3.5. Dieselové, elektrické a ďalšie motory
Najrýchlejší vysokorýchlostný dieselový motor bol prevádzkovaný v rýchlosti 200 km/h v roku 1976 ako súčasť vysokorýchlostného vozového parku British Rail. Dieselové vlaky sú všestrannejšie, pretože môžu prevádzkovať na väčšom počte trás ako elektricky poháňané vlaky, ktoré musia mať špeciálne elektrifikované vybavenie a trate (E. Vantiegham, 2016).
Dieselová lokomotíva má elektrický pohon vo forme trakčných motorov poháňajúcich nápravy a ovládaných elektronickými ovládačmi, rovnako ako elektrická. Môže byť prevádzkovaná na rovnakých tratiach a môžu ju prevádzkovať tí istí vodiči. Líši sa tým, že so sebou vezie svoj vlastný generátor, namiesto toho, aby bola pripojená k vzdialenému zdroju energie prostredníctvom nadzemných vodičov alebo elektrifikovanej koľajnice ako elektrická.
Generátor sa skladá z veľkého dieselového motora pripojeného k alternátoru, ktorý vyrába potrebnú elektrinu. Nevyhnutná je aj palivová nádrž. Moderná dieselová lokomotíva vyrába asi 35% výkonu elektrickej lokomotívy s podobnou hmotnosťou. Aby bola existujúca železničná doprava šetrnejšia k životnému prostrediu, zvyčajne sa uvažuje o dopravnej elektrifikácii, ktorá sa môže uľahčiť elektrifikáciou železničnej trate alebo prostredníctvom hybridizačných opatrení pohonných sústav (batérie, vodíkový pohon a pod.).
Elektricky poháňaná lokomotíva jazdí výlučne na elektrický prúd a nevylučuje žiadne uhlíkové emisie. Takto poháňaný vlak je šetrnejší k životnému prostrediu ako dieselový. Pri ekologickosti elektrickej energie však musíme brať do úvahy aký je jej zdroj a jej „čistota“ - ako ekologicky je tvorená (M. Mayers a D. Bamford, 2019). V roku 2007 Francúzsko vyhlásilo titul najrýchlejšieho elektrického vlaku na svete, ktorý dosahoval rýchlosť viac ako 575 km/h, ale s priemernými prevádzkovými rýchlosťami 322 km/h. Aj tieto rýchlosti sú však v porovnaní s technológiou ako je Maglev (magnetická levitácia je bližšie popísaná v predchádzajúcej kapitole: Budúci vývoj vlakových technológií), ktoré spájajú mestá v Ázii a Európe, stále pomerne nízke. Elektricky poháňaná železnica Maglev dosahuje komerčnej rýchlosti až 430 km/h, no novšie testovacie verzie dosahujú rýchlosť až 600 km/h (E. Vantiegham, 2016).
Hybridný železničný systém je akýkoľvek druh železničného vozidla s konvenčným napájaním, ktorý využíva systém akumulácie energie pre bimodálnu prevádzku na elektrifikovaných a neelektrifikovaných tratiach. Systém akumulácie energie (hybridné vybavenie) môže byť napájaný elektricky pomocou nabíjateľných lítium-iónových batérií, vodíkom a palivom prostredníctvom spaľovacích motorov (TÜV SÜD, 2019). Hybridné motory tak využívajú elektrinu na tratiach, kde sú k dispozícii elektrifikované koľajnice alebo nadzemné vedenie, a palivo na ostatných bežných neelektrifikovaných tratiach. Používanie batérií ako zdroja energie vlaku bolo testované v Nemecku pri nízkych rýchlostiach a pri slabom zaťažení pomocou tradičných olovených batérií. Je to osvedčená technológia, takže je lacná a spoľahlivá, ale batérie majú obmedzenú životnosť a sú vyrobené z korozívnych kvapalín a vzácnych materiálov. Ako ďalšie sa vo Veľkej Británii testovali lítium-iónové batérie ako dodatočný zdroj energie pre elektromotor. Bohužiaľ, tieto batérie umožňovali jazdu iba 50 km od oddelenia sa od nadzemného vedenia. Batériou poháňané vlaky môžu fungovať iba na konkrétnych trasách a sú ťažko udržiavané a po zlyhaní zle vymeniteľné, spôsobujúc prestoje, meškania a zvýšené náklady. Ďalším možným zdrojom pohonu vlaku je vodíkový pohon.
Vodíkové palivové články môžu vyrábať udržateľnú elektrickú energiu chemickou reakciou
medzi vodíkom a kyslíkom. Namiesto nádrže na naftu a motora má vlak nádrž na vodík a palivový článok, ktorý kombinuje vodík so kyslíkom zo vzduchu bez spaľovania, kde jediným odpadom je voda. Nevýhodou je, že ako zdroj energie má vodík nízku hustotu energie, čo znamená, že vlaky by potrebovali veľmi veľký priestor na uloženie vodíku. Na porovnanie, liter nafty obsahuje 36 mega-joulov energie, ale liter vodíka má iba 1,81 mega-joulov (M.
Mayers a D. Bamford, 2019).
3.4. Signalizačné systémy
Signalizácia je jednou z najdôležitejších zložiek tvoriacich komplexný železničný systém.
Odvíja sa od nej bezpečnosť, kvalita pohybu vlaku a závisí na nej aj samotné riadenie a organizácia vlakov na trati. Železničné signalizačné vybavenie musí teda zaručovať bezpečný pohyb vlakov čím zároveň umožňuje efektívne využívanie trate. Vzhľadom na to, že fyzická signalizácia na trati pri rýchlosti vyššej ako 200 km/h nie je použiteľná, elektronický signalizačný systém integrovaný v kabíne je pre vysokorýchlostnú prevádzku absolútne nevyhnutný.
ERTMS je Európsky systém riadenia železničnej dopravy, ktorý predstavuje dôležitý priemyselný projekt realizovaný Európskou úniou. Umožňuje bezpečnejšiu a konkurencieschopnejšiu železničnú dopravu. Pred vytvorením systému ERTMS mala takmer každá krajina vlastný automatický systém ochrany vlakov (ATP). Avšak ich nevýhodou bolo, že tieto systémy nie sú navzájom kompatibilné. Pre vlaky to teda znamenalo, že pre prekročenie hranice krajiny, potrebovali implementovať niekoľko palubných zariadení ATP. Z dôvodu nárastu medzinárodných železničných služieb je ale v európskom kontexte potrebný harmonizovaný systém ATP. Cieľom ERTMS teda bolo (a je) postupne nahradiť rôzne národné systémy ATP v európskych krajinách. S týmto štatútom sa v 80. rokoch uskutočnili prvé diskusie medzi európskymi železnicami o harmonizovanom prístupe k systémom riadenia vlakov v Európe. Výskumné projekty zahájilo Európske spoločenstvo a zrealizovali ich zainteresované strany. V posledných rokoch sa ERTMS stal dôležitejšou témou, v diskusiách o európskych železniciach. ERTMS je európskym štandardom pre automatickú ochranu vlakov (ATP) a systémy riadenia. Vytvára interoperabilný železničný systém v Európe, ktorý je efektívnejší a bezpečnejší ako jeho predchodcovia. Prispieva k jednoduchšej prevádzke železníc medzi členskými štátmi a je podstatným prvkom jednotného európskeho železničného priestoru. ERTMS je bezpečnostný systém, ktorý presadzuje dodržiavanie rýchlostných obmedzení a stavu signalizácie zo strany vlakov. Keď hovoríme o ERTMS, hovoríme o dvoch subsystémoch. ETCS (Európsky systém riadenia vlakov), norma riadenia vlakov založená na palubnom zariadení, ktoré je schopné neustále dohliadať na pohyb vlaku a zastaviť vlak, ak sa pohybuje za povoleným bodom zastavenia. Informácie sa odosielajú do kabíny a podľa úrovne prevádzky sa aj prijímajú z traťového zariadenia. Reakcia vodiča je neustále monitorovaná a v prípade potreby prevezme kontrolu ETCS a aktivuje núdzové brzdy. Druhým subsystémom je GSM-R (Globálny systém pre mobilnú komunikáciu - železnice), európsky štandard rádiovej komunikácie pre železničnú prevádzku. Na základe rádiovej technológie GSM používa GSM-R exkluzívne frekvenčné pásma na komunikáciu medzi vlakmi a strediskami riadenia dopravy a traťovými zariadeniami.
V posledných rokoch boli podniknuté významné kroky na riešenie základných problémov týkajúcich sa dosiahnutia interoperabilného železničného systému ERTMS v celej Európe.
Napríklad technický pilier štvrtého železničného balíka (bližšie popísaný v kapitole 5. Dráhové reformy) obsahuje základné zmeny týkajúce sa ERTMS. Posilňuje úlohu Agentúry Európskej únie pre železnice (ERA) ako správneho orgánu systému ERTMS. Súbor opatrení zavedených štvrtým železničným balíkom z roku 2019 umožňuje efektívnejšie schvaľovacie procesy a vedie k zvýšenej interoperabilite a kompatibilite medzi vozidlovými a traťovými subsystémami. Na základe štvrtého železničného balíka je ERA zodpovedná za vydávanie povolení a bezpečnostných osvedčení vozidiel v Európskej únii a za predbežnú autorizáciu traťového zariadenia ERTMS. Európsky plán nasadenia ERTMS (EDP) stanovuje cieľový rok 2023, do kedy by malo byť vybavených asi 30 - 40% koridorov základnej európskej siete. Členské štáty vypracovali národný implementačný plán (NIP), ktorý stanovuje kroky, potrebné pre implementáciu plne interoperabilných subsystémov „riadenia a zabezpečenia“. Členské štáty boli povinné predložiť svoje národné vykonávacie plány do 5. júla 2017 a aktualizovať ich najmenej každých päť rokov (European Commission, 2020).
Graf 1: Pokrytie svetovej železničnej siete systémom ERTMS v %
Graf zdroj 1: ERTMS Deployment Statistics - Ovewrview, 2019
Približne 50% globálneho železničného trhu využíva technológiu ERTMS systému a z toho najvyšší podiel predstavuje Európa. Celosvetovo však až 69% vlakových vozov v Európe má v súčasnosti palubný systém ERTMS. Týmto systémom sú okrem iného vybavené aj vlakové spoločnosti Thalys a Eurostar, ktoré sú spomenuté v druhej časti diplomovej práce.
4. Environmentálny dopad vysokorýchlostných železníc
HSR konkuruje množstvom ekonomických, sociálnych a environmentálnych výhod a medzi najvýznamnejšie patrí jej kapacita, spoľahlivosť, energetická nenáročnosť a nízky dopad na životné prostredie. Vozy HSR sú schopné bezpečne a spoľahlivo prepravovať veľký počet cestujúcich. V závislosti od spoločnosti môže vysokorýchlostný železničný voz prepraviť až 400 000 cestujúcich za deň. HSR môže zmierniť preťaženú cestnú a leteckú infraštruktúru, najmä pri krátkych a stredných cestách. Nepriaznivé poveternostné podmienky (napr. búrky, dažde) ich ovplyvňujú oveľa menej ako cestnú a leteckú dopravu a preto môžu naďalej ponúkať služby v nadštandardných podmienkach. HSR spotrebúvajú menej energie na cestujúceho na kilometer (osobokilometer, ďalej len oskm) ako cestná a letecká doprava. Poskytujú udržateľnejšiu mobilitu s elektrickou energiou a hustejšími štruktúrami využívania pôdy.
Vysokorýchlostné železničné systémy svojou efektivitou konkurujú iným druhom dopravy a to najmä leteckej a cestnej doprave. V porovnaní s leteckou dopravou je vysokorýchlostná železnica efektívnejší mód dopravy v intervale dĺžky obsluhovanej trasy medzi 150 až 800 km.
Pri trase viac ako 1000 km je letecká doprava považovaná za účinnejšiu. Vysokorýchlostná železnica je schopná úspešne konkurovať službám leteckej dopravy na krátku až strednú vzdialenosť, pretože prináša výhodu obsluhy centrálnych oblastí a má oveľa kratší obslužný a terminálový čas, najmä z dôvodu menších bezpečnostných obmedzení. V prípade dvojíc miest vzdialených do 500 km má zavedenie vysokorýchlostných železničných služieb potenciál nahradiť krátke komerčné lety, pretože prestávajú byť konkurencieschopné z hľadiska času a nákladov. Nízko nákladové letecké služby sú ale aj napriek tomu schopné konkurovať HSR v konkrétnych segmentoch. Avšak efektivita a rýchlosť HSR na kratšie vzdialenosti predstavuje najväčšiu hrozbu pre leteckú dopravu na krátke a stredné vzdialenosti, keďže práve tieto letecké trasy do 1000 km predstavujú najaktívnejšie a najvyužívanejšie trasy. Čo sa týka letov na trasách nad 1000-1500 km, tie sú zvyčajne málo ovplyvnené HSR systémami. Aj napriek tomu predstavuje efektivita HSR na kratšie vzdialenosti najväčšiu hrozbu pre leteckú dopravu, keďže práve letecké trasy do 1 000 km predstavujú najaktívnejšie a najvyužívanejšie trasy (J.P.
Rodrigue, 2020). V štúdii Xiaoqiana Suna, Yua Zhanga a Sebastiana Wandelta (Air Transport versus High-Speed Rail: An Overview and Research Agenda, 2017), sa zaoberali konkurenciou a kooperáciou HSR a leteckej dopravy na základe výskumov za posledné roky v tejto oblasti, pričom sa zameriavali na identifikáciu spoločných čŕt a odchýlok medzi rôznymi regiónmi po celom svete, zahŕňajúc služby z Európy, Ázie a Severnej Ameriky. Ich zisteniami bolo, že cestujúci postupne prechádzajú z leteckej dopravy na HSR prepravu, keďže HSR vytvára novo vyvolaný dopyt. Čo sa týka environmentálneho dopadu, v štúdii nezistili jasnú odpoveď, ktorý mód prepravy je jednoznačne lepší. Podľa rôznych výskumov sú jednou z hlavných výhod HSR nižšie emisie CO2. Avšak zníženie jednej znečisťujúcej látky môže viesť k zvýšeniu iných negatívnych dopadov, takže pri porovnávaní záleží aké faktory berieme do úvahy a kontext krajiny (emisie, hluk, cena, užitie pôdy, energie). Iné v štúdii pojednávané výskumy taktiež naznačujú, že konštrukcia nového HSR systému by síce spôsobila prilákanie cestujúcich od leteckej a cestnej dopravy, čo má pozitívny dopad na emisie CO2, na druhej strane ak sa zvýši cena cestnej prepravy, cestujúci ju nahradia skôr leteckou ako HSR dopravou, čo má zas negatívny dopad na životné prostredie v ohľade CO2. Tieto reakcie na zmeny cien a módov
prepravy úzko súvisia s elasticitou a preferenciami cestujúcich v jednotlivých krajinách a nedajú sa preto jednoznačne porovnať.
Aj napriek nejednoznačnému záveru environmentálneho dopadu medzi HSR a leteckou dopravou je podľa štúdie najvýznamnejšia výhoda HSR dopravy úspora času. Cestovný čas je rozhodujúci pri určovaní konkurencieschopnosti medzi HSR a leteckou dopravou. Kratší cestovný čas pritiahne viac cestujúcich, kdežto reakcia na cenu závisí na cenovej elasticite obyvateľov vybranej krajiny (v Japonsku sú napríklad pasažieri menej reaktívni na zmenu ceny a preto ani zníženie cien leteckej dopravy nepriláka významný počet cestujúcich HSR).
Najväčšie obmedzenie tejto štúdie, ale aj celej problematiky vyhodnocovania dopadov módu prepravy sú uzavreté a izolované dáta z ktorých sa vychádza. Vedie to k nejednotným názorom na HSR siete, ktoré sa skúmajú v rôznych časoch, s rôznou hĺbkou reprezentácie dát a rôznymi pozorovateľnými premennými.
V publikácii High Speed Rail and Sustainability od Barona, T., Martinettiho a G., Pépiona, D.
(2011), bola vykonaná prípadová štúdia, ktorej cieľom bolo porovnať uhlíkovú stopu vysokorýchlostnej železničnej (LGV Méditerranée), cestnej (diaľnica A7) a leteckej dopravy na trase Valencia – Marseille. Celková uhlíková stopa vysokorýchlostnej železničnej dopravy bola 11 gramov CO2 na osobokilometer (oskm) (medzi faktory patrí konštrukcia HSR trate, prevádzka vlaku a vozový park), pre cestnú dopravu boli emisie 151,6 gramov CO2/oskm (medzi faktory patrí konštrukcia auta, prevádzka a špecifiká diaľnice) a pre leteckú 164 gramov CO2/oskm (medzi faktory patrí konštrukcia lietadla, prevádzka a konštrukcia letiska).
Z prípadovej štúdie teda vyplýva, že vysokorýchlostná železničná doprava je v porovnaní s ostatnými najekologickejšia. Od zavedenia vysokorýchlostnej dopravy na tejto trase v roku 2007 ju ročne využije viac ako 1,78 milióna pasažierov. Prírastok 4,461 milióna pasažierov od predošlej konvenčnej vlakovej dopravy pozostáva zo 40% pasažierov, ktorí pred tým využívali leteckú dopravu, 27% pasažierov, ktorí predtým využívali cestnú dopravu a 33% úplne nových pasažierov. Vysokorýchlostná železnica LGV Méditerranée tak ročne ušetrí emisie vo výške až 237 600 ton CO2 na úkor leteckej a cestnej dopravy.
5. Dráhové reformy
V rokoch 2001 až 2016 boli Európskou úniou prijaté štyri legislatívne balíky s cieľom postupne otvárať trhy služieb železničnej dopravy pre hospodársku súťaž, zvyšovať interoperabilitu vnútroštátnych železničných systémov a definovať vhodné rámcové podmienky pre rozvoj jednotného európskeho železničného priestoru. Patria sem pravidlá spoplatňovania a prideľovania kapacity, spoločné ustanovenia o udeľovaní licencií železničným podnikom a certifikácii rušňovodičov, bezpečnostné požiadavky, vytvorenie Európskej agentúry pre železnice a železničné regulačné orgány v každom členskom štáte, ako aj práva cestujúcich v železničnej preprave (European Commission, 2020).
5.1. Typy železničných reforiem v Európe
Reformy železničnej dopravy v EÚ sa najčastejšie uskutočňovali vo forme vertikálnej separácie, vstupu do hospodárskej súťaže ale vyskytli sa aj prípady horizontálnej separácie.
Tieto formy železničných reforiem si v tejto kapitole bližšie charakterizujeme.
5.1.1. Vertikálna separácia
Vertikálna separácia má v Európe 3 formy - úplné oddelenie infraštruktúry a prevádzky železníc, vytvorenie holdingovej spoločnosti a hybridný model nazývaný separácia kľúčových právomocí. Prvou formou vertikálnej separácie je úplné oddelenie čo znamená, že infraštruktúra je úplne oddelená od prevádzky. V takomto prípade sú manažér infraštruktúry a prevádzkový subjekt inštitucionálne oddelení, aby sa zabezpečil efektívnejší vplyv na hospodársku súťaž a tým aj vplyv na nižšie ceny a náklady (Thompson, 1997). Táto forma vertikálnej separácie sa nachádza vo väčšine krajín EÚ - Belgicko, Bulharsko, Česká republika, Chorvátsko, Dánsko, Estónsko, Fínsko, Grécko, Holandsko, Portugalsko, Rumunsko, Slovensko, Španielsko, Švédsko a Veľká Británia (European Commission, 2016).
Druhá, menej častá forma vertikálnej separácie je vytvorenie holdingovej spoločnosti . Je charakteristická tým, že správa a prevádzka infraštruktúry sú organizačné oddelené, majú samostatné účtovníctvo v rámci jednej holdingovej spoločnosti a plánovanie investícií a využívania kapacít je integrované. Táto forma vertikálnej separácie s limitovanou zárukou nezávislosti je napríklad v Rakúsku, Francúzsku, Nemecku a Taliansku; a so silnou zárukou nezávislosti zas v Belgicku, Lotyšsku, Poľsku a Slovinsku (European Commission, 2016).
Existuje aj tretia hybridná forma známa ako separácia kľúčových právomocí, ktorá je prítomná napríklad v Maďarsku, Írsku, Litve a Luxembursku. Je to model oddelenia prevádzky, ktorý zahŕňa zodpovednosť za určité činnosti (napr. prideľovanie kapacity, spoplatňovanie a pod.), ktoré sa udeľujú manažérovi infraštruktúry. Ale za každodennú správu a prevádzku železničnej siete je zodpovedný hlavný podnik. Európske právne predpisy aj prostredníctvom Európskych balíčkov, vyžadujú minimálne oddelené účtovníctvo infraštruktúry a prevádzky a oddelenie právomocí. Kľúčové rozhodnutia týkajúce sa spoplatňovania infraštruktúry a prideľovania prevádzkových intervalov by nemali byť v rukách manažérov infraštruktúry, ktorí sa podieľajú aj na prevádzke vlakov v rámci integrovanej spoločnosti (Nash, 2008).
Integrované formy predstavujú riziko, že poskytovateľ infraštruktúry bude voči svojej konkurencii konať diskriminačným spôsobom. Integrácia komplikuje reguláciu monopolného postavenia infraštruktúry a môže negatívne vplývať na výkonnosť. Na druhej strane, integrácia umožňuje lepšiu koordináciu údržby a modernizácie (úspory nákladov a synergie vyplývajúce zo zdieľaných zariadení a služieb), zjednodušuje operatívnu koordináciu, riešenie konfliktov a prináša väčšie pochopenie investičných stimulov. Koexistencia integrácie a konkurencie vedie k technologickým inováciám a inováciám produktov (Ksoll, 2004). Ekonomická teória však nedáva žiadne jasné závery o tom, či je vertikálne oddelenie alebo integrácia pre efektívnosť železníc lepšia.
5.1.2. Horizontálna separácia
V súlade s Európskymi železničnými reformami sa horizontálne oddelenie považuje za oddelenie osobnej a nákladnej dopravy. Osobná a nákladná doprava sa v Európe výrazne líšia vo svojom potenciáli ziskovosti. Nákladná doprava sa považuje za rentabilnú ale osobná doprava je zvyčajne nerentabilná, prípadne prevádzkuje so stratou a vyžaduje podporné dotácie.
Tieto straty osobnej dopravy sú kompenzované zo ziskov nákladnej dopravy, čo je silno demotivačné a znižuje jej konkurencieschopnosť. Hlavnou výhodou horizontálnej integrácie sú synergie z prevádzkovania podobných druhov dopravy. Väčšina krajín EÚ pokračuje v tradičnom systéme integrovanej osobnej a nákladnej dopravy v holdingovej spoločnosti s cieľom zabezpečiť nižšie náklady. Patrí medzi nich napríklad Rakúsko, Belgicko, Bulharsko, Česká republika, Fínsko, Francúzsko, Nemecko, Grécko, Írsko, Taliansko, Litva, Luxembursko, Poľsko, Portugalsko, Slovinsko a Španielsko. Krajiny, ktoré implementovali horizontálnu separáciu sú Dánsko, Estónsko, Maďarsko, Lotyšsko, Holandsko, Rumunsko, Slovensko, Švédsko a Veľká Británia (Fitzová, H., 2017).
5.1.3. Vstup do hospodárskej súťaže
Hospodárska súťaž v prevádzke služieb je pre európske železnice hlavným reformným prvkom.
Konkurencia na trhu vzniká, keď cieľom dvoch alebo viacerých subjektov, je získať niečo, čo nemôže získať každý rovnako. Konkurencia je motivovaná potenciálnym ziskom a blahobytom.
Subjekty sa v konkurenčnom prostredí usilujú znížiť náklady a zvoliť stratégie na zvýšenie dopytu po svojom tovare alebo službe. Zároveň tlak konkurencie núti výrobcov, aby boli stále efektívnejší, lepší, čo vplýva pozitívne na celkovú efektivitu odvetvia (Vickers, 1995).
Vstup do hospodárskej súťaže sa môže uskutočniť v sektore železníc v dvoch formách – súťaž o získanie trhu a súťaž na trhu. Prvá forma sa nazýva aj konkurenčné výberové konanie a vykonáva sa prostredníctvom verejných súťaží na poskytovanie dotovaných služieb. Výberové konania organizujú orgány, ako sú ministerstvá a regióny. Tento proces by mal viesť k
Vstup do hospodárskej súťaže sa môže uskutočniť v sektore železníc v dvoch formách – súťaž o získanie trhu a súťaž na trhu. Prvá forma sa nazýva aj konkurenčné výberové konanie a vykonáva sa prostredníctvom verejných súťaží na poskytovanie dotovaných služieb. Výberové konania organizujú orgány, ako sú ministerstvá a regióny. Tento proces by mal viesť k