Fakulta podnikohospodářská
Studijní obor: Podniková ekonomika a management
Název diplomové práce:
Vysokorychlostní železniční systémy
Autor diplomové práce: Bc. Laura Széliová
Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Lubomír Zelený, CSc.
P r o h l á š e n í
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma
„Vysokorychlostní železniční systémy“
vypracovala samostatně s využitím literatury a informací, na něž odkazuji.
V Praze dne 14. prosince 2020 Podpis
Poděkování
Týmto by som chcela rada poďakovať svojmu vedúcemu diplomovej práce doc. Ing.
Lubomírovi Zelenému, CSc., za odborné konzultácie, cenné rady počas vedenia práce a za venovaný čas a ústretový prístup.
Název diplomové práce:
Vysokorychlostní železniční systémy
Abstrakt:
Práca prináša prehľad o vysokorýchlostnej železničnej doprave, jej charakteristike, vývoji a budúcich technológiách ako je magnetická levitácia. Ďalej je popísaná infraštruktúra vysokorýchlostných železníc, ich environmentálny dopad a zhrnutie dráhových reforiem.
Praktická časť práce je zameraná na vysokorýchlostný systém Thalys, jeho popis, vývoj a infraštruktúru. Súčasťou je aj analýza rôznych druhov dopravy na vybraných trasách a to konkrétne dopravy vysokorýchlostnej vlakovej, automobilovej, autobusovej a lietadlovej.
Cieľom práce je komplexné porovnanie vybraných dopravných prostriedkov na trasách a vyhodnotenie najvyhovujúcejšieho druhu dopravy podľa stanovených kritérií. Metódou analýzy je metóda lineárnych dielčích funkcií úžitku, ako metóda pre viackriteriálne rozhodovanie. V závere práce sú zhrnuté výsledky analýzy a skonštatovaný prínos práce ako aj prípadné nedostatky a obmedzenia.
Klíčová slova:
Vysokorýchlostní železniční doprava, vysokorýchlostní železniční systémy, Thalys, Eurostar
Title of the Master´s Thesis:
High-speed rail systems
Abstract:
This thesis provides an overview of high-speed rail transport, its characteristics, development and future technologies such as magnetic levitation. Thesis also describes the infrastructure of high-speed railways, their environmental impact and a summary of railway reforms. The practical part of the work is focused on the high-speed Thalys system, its description, development and infrastructure. It also includes an analysis of several types of transport on the selected routes, including high-speed train, car, bus and airplane. The aim of the work is a comprehensive comparison of the chosen types of transport on the selected routes and evaluation of the most suitable type of transport according to the defined criteria. The analysis is performed using the method of linear partial functions of utility, as a method for multi-criteria decision analysis. The conclusion of the thesis will summarize the results of the analysis, state the benefits of the work as well as any shortcomings and limitations.
Key words:
High speed rail, High-speed rail systems, Thalys, Eurostar
1. Úvod ... 9
2. Vysokorýchlostný železničný systém ... 11
2.1. Vývoj vysokorýchlostných železničných systémov vo svete ... 11
2.2. Charakteristika vysokorýchlostných železničných systémov ... 14
2.3. Budúci vývoj vlakových technológií ... 16
2.3.1. Typy magnetických levitačných technológií: ... 16
2.3.1.1. Elektrodynamická levitácia ... 16
2.3.1.2. Elektromagnetická levitácia ... 18
2.3.1.3. Levitácia indukčnou traťou - Inductrack ... 19
3. Infraštruktúra ... 21
3.1. Prevádzkové modely vysokorýchlostných systémov ... 21
3.2. Železničná trať, koľaje a rozchod ... 23
3.2.1. Široký rozchod: šírka 1676 mm, 1524 mm a 1600 mm ... 23
3.2.2. Štandardný rozchod: šírka 1435 mm ... 23
3.2.3. Úzky rozchod: šírka 600 mm, 750 mm, 760 mm, 1000 mm, 1067 mm ... 24
3.3. Ďalšie druhy delenia vlakov ... 24
3.3.1. Kĺbové a konvenčné spojenie vlakových vozov ... 24
3.3.2. Koncentrovaný/distribuovaný trakčný systém ... 25
3.3.3. Naklápacie vozy ... 26
3.3.4. Jedno/dvoj podlažné vozy ... 26
3.3.5. Dieselové, elektrické a ďalšie motory ... 27
3.4. Signalizačné systémy ... 28
4. Environmentálny dopad vysokorýchlostných železníc ... 30
5. Dráhové reformy ... 32
5.1. Typy železničných reforiem v Európe ... 32
5.1.1. Vertikálna separácia ... 32
5.1.2. Horizontálna separácia ... 33
5.1.3. Vstup do hospodárskej súťaže ... 33
5.2. Prvý železničný balík v roku 2001 ... 34
5.3. Druhý železničný balík v roku 2004 ... 34
5.4. Tretí železničný balík v roku 2007 ... 35
5.5. Štvrtý železničný balík v roku 2016 ... 35
6. Vysokorýchlostný železničný systém Thalys ... 38
6.1. Infraštruktúra: Thalys International ... 40
6.1.1. Vozový park Thalys ... 42
6.1.2. Cestovné triedy ... 42
6.1.3. Cestovné tarify a preukazy ... 43
6.1.4. Služby na železničných staniciach ... 43
6.1.5. Ďalšie služby ... 44
6.1.6. Asociácia európskych železníc a Thalys ... 44
6.2. Projekt Green Speed, spolupráca Thalys a Eurostar ... 46
7. Praktická časť ... 50
7.1. Metodológia ... 50
7.1.1. Kritériá hodnotenia ... 50
7.1.2. Váhy kritérií ... 50
7.1.3. Metóda lineárnych dielčích funkcií úžitku ... 51
7.2. Porovnanie dopravného systému Thalys a konkurenčných módov prepravy na vybraných trasách ... 51
7.2.1. Trasa Amsterdam – Rotterdam ... 52
7.2.2. Trasa Amsterdam – Antverpy ... 52
7.2.3. Trasa Amsterdam – Paríž ... 53
7.2.4. Trasa Amsterdam – Kolín nad Rýnom ... 53
7.2.5. Vyhodnotenie najlepšieho druhu dopravy pre trasy z 1.sekcie ... 54
7.2.6. Trasa Brusel – Liège ... 55
7.2.7. Trasa Brusel – Aachen ... 55
7.2.8. Trasa Brusel - Paríž ... 56
7.2.9. Trasa Brusel - Rotterdam ... 56
7.2.10. Vyhodnotenie najlepšieho druhu dopravy pre trasy z 2.sekcie ... 57
7.2.11. Trasa Paríž - Marseille ... 57
7.2.12. Trasa Paríž - Dortmund ... 58
7.2.13. Trasa Paríž - Antverpy ... 58
7.2.14. Trasa Paríž - Rotterdam ... 59
7.2.15. Vyhodnotenie najlepšieho druhu dopravy pre trasy z 3.sekcie ... 59
7.2.16. Trasa Düsseldorf – Kolín nad Rýnom ... 60
7.2.17. Trasa Düsseldorf - Liège ... 60
7.2.18. Trasa Düsseldorf - Paríž ... 61
7.2.19. Trasa Düsseldorf - Amsterdam ... 61
7.2.20. Vyhodnotenie najlepšieho druhu dopravy pre trasy zo 4.sekcie ... 62
7.2.21. Celkové vyhodnotenie najlepšieho druhu dopravy ... 62
8. Záver ... 63
9. Zdroje ... 65
10. Zoznam obrázkov ... 71
11. Zoznam grafov ... 72
12. Zoznam tabuliek ... 73
Potreba vysokorýchlostných systémov pozemnej dopravy sa v posledných desaťročiach výrazne zvýšila. Vo svete sa neustále zvyšuje počet HSR (High Speed Rail alebo vysokorýchlostná železnica, ďalej len HSR) systémov a to práve vďaka ich efektívnosti, ekológii a pokročilej technológii. HSR doprava je stále viac a viac konkurencieschopnejšou v porovnaní s ostatnými druhmi dopravy (Albalate, D. A., Germa, B.; 2016;2017). Všetky industrializované krajiny čelili dvom vážnym dopravným problémom v urbanizovaných regiónoch a na veľkých medzimestských koridoroch. Po prvé, preťaženie ciest a ulíc sa stalo chronickým problémom, ktorý spôsobuje dlhšie cestovné časy, ekonomickú neefektívnosť, zhoršovanie životného prostredia a kvality života. Po druhé, letiská sa stávajú preťažené a spájajú sa s nimi vysoké užívateľské a sociálne náklady. Za týchto zhoršujúcich sa prepravných podmienok sa vysokorýchlostná pozemná doprava stala najdôležitejším konceptom prepravy.
Vysokorýchlostná železničná preprava je zďaleka najúčinnejším prostriedkom na prepravu veľkých objemov cestujúcich s vysokou rýchlosťou, spoľahlivosťou, pohodlím a bezpečnosťou cestujúcich. Kým cestná preprava pozostáva z tisícov vozidiel riadených jednotlivými vodičmi, vysokorýchlostná pozemná preprava je fyzicky vedený systém na plne kontrolovaných trasách a s bezpečným elektronickým signalizačným riadením. Vysokorýchlostná železničná preprava prináša rádovo vyššiu bezpečnosť a spoľahlivosť prevádzky a za vyšších kapacitných podmienok (Vuchic V. R.,Casello J. M., 2002). Vysokorýchlostná železnica je tiež nástrojom politickej integrácie: prepájanie území, podpora modernizácie ostatných druhov dopravy a zlepšovanie dostupnosti do širších geografických oblastí. Vysoká rýchlosť, kapacita a výkonnosť HSR zvyšuje mobilitu ľudí a podnecuje ľudí využívať tento dopravný prostriedok.
Ďalšou jeho výhodou je aj bezpečnosť prepravy a šetrnosť k životnému prostrediu čo prispieva k zlepšeniu kvality života v okolí HSR. Široké využívanie HSR má potenciál zmierniť dopravnú záťaž v preplnených metropolitných oblastiach, znížiť emisie skleníkových plynov a poskytnúť leteckým spoločnostiam určitú konkurenciu na kratších medzimestských linkách.
HSR sa považuje za jeden z najbezpečnejších novodobých druhov dopravy, ktorý sa neustále technologicky vyvíja (UIC, 2012).
Diplomová práca bude popisovať charakteristiku HSR systému, jeho vývoj, nové a budúce technológie v železničnej doprave. Charakterizujeme si infraštruktúru vysokorýchlostnej železničnej dopravy, rôzne delenia typov vlakov, vlakové signalizačné systémy, environmentálnu stránku vysokorýchlostných železníc a spomenieme si aj dráhové reformy. V ďalšej časti práce sa budeme venovať popisu vybraného vysokorýchlostného systému Thalys. Spoločnosť si stručne charakterizujeme, budeme sa venovať jej infraštruktúre, dosahovaným výsledkom, environmentálnej stope a spomenieme aj spoluprácu na projekte Green Speed, ktorý sa týka spoločnosti Thalys a Eurostar. Praktická časť pozostáva z porovnania konkurencieschopnosti vysokorýchlostného systému Thalys voči ostatným druhom prepravy a to konkrétne automobilovej, autobusovej a leteckej preprave. Analýza je hodnotená pomocou metódy viackriteriálneho rozhodovania, konkrétne metódou lineárnych dielčích
funkcií úžitku. Pre túto metódu sú najprv stanovené hodnotiace kritéria a váhy jednotlivých kritérií. Výsledkom analýzy je, určenie najvyhovujúcejšieho druhu prepravy podľa stanovených kritérií na základe získaných dát. V závere práce zhrnieme zistené výsledky analýzy a ich ďalší prínos a využitie.
2. Vysokorýchlostný železničný systém
V tejto kapitole si zhrnieme vývoj vysokorýchlostnej železnice naprieč krajinami vo svete, budeme pokračovať charakteristikou podstaty vysokorýchlostnej železnice a popíšeme si budúci vývoj vysokorýchlostnej železničnej dopravy a to konkrétne použitie technológie magnetickej levitácie a jej typy.
2.1. Vývoj vysokorýchlostných železničných systémov vo svete
Vysokorýchlostná železnica (High Speed Rail, v skratke HSR) bola navrhnutá pre vysokú rýchlosť, efektívnosť, úsporu energie, bezpečnosť a pohodlie. HSR vlaky, majú značné sociálne a ekonomické výhody a na druhej strane ich vysoká rýchlosť znamená aj potenciálne väčšie nebezpečenstvo. Akýkoľvek spôsob dopravy má rýchlostný limit, ktorý úzko súvisí s technickými podmienkami danej doby. Napríklad cestovná rýchlosť automobilov sa dokázala zdvojnásobiť, až keď sa objavili vysokorýchlostné diaľničné systémy. Podobne môže lietadlo dosiahnuť rýchlosť 1 000 km/h, iba ak letí 10 000 metrov nad morom. V októbri 1964 bola v Japonsku uvedená do prevádzky prvá HSR trať na svete a japonské ministerstvo železníc v tomto roku zaznamenalo značný hospodársky rast. Odvtedy bola HSR známkou prosperujúcej a ekonomický rastúcej krajiny (Li Zhou & Zhiyun Shen, 2011). V tejto kapitole si stručne popíšeme vývoj vysokorýchlostnej železnice vo svete.
Prvý komerčne zavedený parný rušeň zostrojil anglický výrobca parných a obrábacích strojov Matthew Murray v roku 1812. Viac ako 200 rokov od vzniku Murrayovho pôvodného prototypu sa naďalej spoliehame na to, že nás železničné systémy po celom svete posunú ďalej a rýchlejšie ako kedykoľvek predtým. Už od Murrayho vynálezu, bola rýchlosť rozhodujúcim meradlom úspechu železnice. Bola to práve rýchlosť osobných vlakov, ktorá jej dala komerčný náskok pred konkurenciou a súčasne podporila technologický rozvoj najdominantnejších krajín sveta. V roku 1829 vyvinul George Stephenson „najrýchlejší vlak“ na svete s názvom „Rocket“
alebo raketa, ktorý prevádzkoval pri rýchlosti 50 km/h. Aj keď je táto rýchlosť v porovnaní s dnešnými HSR systémami nevýznamný, vytvoril dôležitý precedens pre potenciál lokomotív.
S pomocou mnohých technologických pokrokov sa vlaky stávali čoraz rýchlejšími, čo vyvrcholilo zavedením elektrických vlakov v roku 1890 a rekordnou maximálnou rýchlosťou 200 km/h dosiahnutou na prelome 20. storočia. Bola to avšak len technická/konštrukčná rýchlosť, vlaky určené na komerčnú prevádzku medzi mestami dosahovali priemerne 134 km/h (E. Vantiegham, 2016).
4. októbra 1964 bola uvedená do prevádzky prvá HSR železnica Tokaido Shinkansen alebo
„guľový vlak“ (spájajúca mestá Tokyo, Nagoya a Osaka), s najvyššou rýchlosťou 210 km/h.
Bol to projekt, na ktorý si japonská vláda vzala pôžičku od Svetovej banky vo výške 80 miliónov dolárov a bol úspešne dokončený aj napriek extrémnemu odporu verejnosti, technickým ťažkostiam a neuveriteľne vysokej cene. Projekt do 7 rokov vrátil všetky investície a pre jeho úspech bolo následne vybudovaných veľa Shinkansen vlakov, ako Sanyo (spájajúci mestá Osaka – Fukuoka na ostrove Kjušú), Tohoku (spájajúci mestá Tokyo a Aomori na ostrove Honšú), Joetsu (spájajúci mestá Tokyo a Niigata) a ďalšie. Celková dĺžka japonských HSR
železníc v súčasnosti predstavuje 2 139 km. Keďže Japonsko je hornatá krajina, jej železničné trate majú veľké množstvo zákrut. Minimálny polomer oblúka prvej HSR železnice bol pôvodne stanovený na 2 500 m. Ukázalo sa, že je príliš malý, a bol zvýšený na 4 500 m. Ale pri prevádzkovej rýchlosti viac ako 300 km/h by mala mať HSR železnica minimálny polomer oblúka nad 7 000 m, najlepšie 10 000 m. Podmienky trate v Japonsku výrazne obmedzujú maximálnu prevádzkovú rýchlosť HSR vlaku. Počas viac ako tridsiatich rokov Japonsko vyvinulo mnoho nových sérií Shinkansen vlakov ako sú série S-0, S-100, S300, E-1, E-2 a vynaložilo veľké úsilie na zvýšenie rýchlosti, no žiadny z nich nebol schopný dosiahnuť rýchlosť viac ako 270 km/h. Tieto vlaky teda možno klasifikovať ako vysokorýchlostné, iba s 1. generáciou HSR technológií. Neskôr bolo vynaložené veľké úsilie na testovacom vlaku WIN500 s cieľom zvýšiť rýchlosť nad 270 km/h. Napokon, v roku 1998, vďaka pozitívnym výsledkom zo skúšok vlaku WIN500, mohol nový typ HSR vlaku S-500 premávať na tratiach až s rýchlosťou 300 km/h a to na trase z Hakaty do Okayamy na Sanyo Shinkansen, dlhej až 393 km. Tento pokrok znamenal, že japonská technológia HSR vlakov vstúpila do éry 2.
generácie. Na začiatku nového storočia je tretím prílivom vývoja technológie vysokorýchlostných vlakov zvýšenie prevádzkovej rýchlosti na viac ako 350 km/h. Za týmto účelom spustil japonský Shinkansen program s názvom Fastech360. Po niekoľkoročnej štúdii sa dospelo k záveru, že za súčasných traťových podmienok by sa mala najvyššia cieľová rýchlosť znížiť na 320 km/h. Vlak E-5 vytvorený vďaka tomuto programu, bol uvedený do prevádzky v roku 2011 (Li Zhou & Zhiyun Shen, 2011).
Druhou krajinou, ktorá úspešne vyvinula HSR, je Francúzsko, ktoré vybudovalo prvú trať z Paríža do Lyonu TGV-PSE v roku 1981, 17 rokov po Japonsku. Neskôr, v rokoch 1989 a 1994 boli dokončené vlaky TGV-A a TGVN. Podľa vyššie uvedenej klasifikácie patria tieto vlaky s rýchlosťou 280 km/h a 300 km/h k technológii 1. generácie. Vlaky 2. generácie sa objavili o 20 rokov neskôr na trati TGV-Mediterranee z Valencie do Marseille s modernizovanou infraštruktúrou. V roku 2007 bola potom dokončená nová vysokorýchlostná trať TGV-EST z Paríža do Štrasburgu. Obe trate poskytovali lepšie podmienky pre jazdu vlakov a maximálna prevádzková rýchlosť vozidiel TGV-Mediterranee a TGV-EST sa zvýšila na 320 km/h.
Francúzsko dosahovalo najvyššiu prevádzkovú rýchlosť, tj. 300 km/h už s vlakmi 1. generácie a nebolo to inak ani s vlakmi 2. generácie, kde ako prvé, francúzske HSR vlaky dosahovali prevádzkovej rýchlosti 320 km/h. Rýchlosť 320 km/h bola do roku 2008 tiež najvyššou prevádzkovou rýchlosťou na celom svete. V tretej vlne smerujúcej k vysokej rýchlosti si Francúzsko uvedomilo, že koncentrovaný trakčný systém (opakom je distribuovaný – tieto systémy si bližšie popíšeme v kapitole 3.3.2.), ktorý používali pre vlaky 1. a 2. generácie, nebol vhodný pre rýchlosti vyššie ako 350 km/h. Preto prijali distribuovaný energetický systém používaný v Japonsku a navrhli svoj vysokorýchlostný vlak AGV360 3. generácie. AGV360 bol prvýkrát testovaný na talianskej vysokorýchlostnej trati s cieľovou rýchlosťou 360 km/h.
Pokiaľ ide o komerčnú prevádzku v Taliansku, najvyššia rýchlosť stále nebola do roku 2013 vyššia ako 300 km/h (Li Zhou & Zhiyun Shen, 2011).
V Nemecku je správa železničných vlakov a tratí úplne administratívne oddelená. Nemecká železničná stavebná spoločnosť postavila vysokorýchlostnú železnicu po segmentoch, napr. z Fuldy do Würzburgu (1988, 90 km), z Hannoveru do Fuldy (1991/94, 248 km), z Mannheimu
do Stuttgartu (1985/91, 109 km) a z Hannoveru do Berlína (1998, 189 km). V roku 2002 bola medzi Kolín nad Rýnom a Frankfurtom (197 km) vybudovaná tzv. moderná trať (bez štrku, bez podvalu z pevného betónu). V roku 2007 sa potom položil ďalší moderný úsek trate v dĺžke 98 km z Norimbergu do Ingolstadtu. Nemecké oddelenie železničnej dopravy tak isto prevádzkuje HSR vlaky podľa aktuálnej potreby, napríklad z Berlína do Mníchova, z Bonnu do Berlína a podobne. Vlaky jazdia vysokou rýchlosťou na vysokorýchlostných úsekoch a zníženou rýchlosťou na tratiach zdieľaných s konvenčnými vlakmi. Po vysokorýchlostných tratiach teda premávajú nielen HSR vlaky, ale aj konvenčné a nákladné vlaky. Tento systém výrazne obmedzuje maximálnu rýchlosť ako aj znižuje priemernú rýchlosť jazdy po celej trati. 1.
generácia HSR vlakov začala prevádzku v Nemecku v roku 1991. Nazývajú sa ICE-1 s maximálnou rýchlosťou 250 km/h. Vlaky ICE-2 začali prevádzku v roku 1996 s rýchlosťou 280 km/h. Oba tieto vlaky používajú koncentrovaný trakčný systém s technológiou 1. generácie.
Nemecko neskôr vyvinulo ICE-3 s rýchlosťou 300 km/h, ktorý bol charakterizovaný ako technológia 2. generácie. Touto rýchlosťou však jazdí iba na vyššie spomenutých dvoch moderných segmentoch trate (Kolín nad Rýnom - Frankfurt, Norimberg - Ingolstadt). Pokiaľ ide o technológiu 3. generácie v Nemecku, treba spomenúť vysokorýchlostný vlak ICE350. Bol testovaný s konštrukčnou rýchlosťou 350 km/h na španielskej HSR trati v roku 2006. ICE350 však doteraz v Nemecku nikdy komerčne nepôsobil. Do roku 2008 mali krajiny Španielsko, Taliansko, Austrália, Južná Kórea a Taiwan HSR železnice a celková dĺžka železničných tratí, bola spolu so železničnými traťami vo vyššie uvedenom Japonsku, Francúzsku a Nemecku, približne 6 763 km (Li Zhou & Zhiyun Shen, 2011).
1. augusta 2008, pred olympijskými hrami v Pekingu, bola dokončená prvá HSR železnica s rýchlosťou 350 km/h. Trať vedie z Pekingu do Tianjinu a je dlhá 120 km. Čas prepravy na tejto trati trvá menej ako 30 minút. V rokoch 2009 a 2010 sa otvorila HSR trať z Wu-chanu do Kantonu dlhá 1 068 km, trať zo Zhengzhou do Xian dlhá 505 km, trať zo Šanghaja do Nankingu dlhá 317 km a trať zo Šanghaja do Chang-čou dlhá 202 km. Ak berieme do úvahy aj HSR trate s rýchlosťou 250 km/h, celková dĺžka HSR tratí predstavovala 7 531 km, čo je viac ako kombinácia HSR tratí z celého sveta. Najdlhšia linka HSR na svete, trať Peking - Šanghaj, bola dokončená v roku 2012 a jej maximálna prevádzková rýchlosť je 380 km/h. V roku 2012 tak dosiahla celková dĺžka HSR trate v Číne 13 000 km, z toho 8 000 km v rýchlostnej triede 350 km/h a 5 000 km v rýchlostnej triede 250 km/h. Čína strávila necelých 7 rokov, aby dobehla a predbehla ďalšie krajiny v rozvoji HSR. Čína doviezla z iných krajín technológiu HSR 1.
generácie a za relatívne krátku dobu ju aktualizovala na 2. generáciu. Technológia 3. generácie bola tak isto úspešne zavedená bez akýchkoľvek meškaní. Súčasný najvyspelejší čínsky HSR vlak Fuxing Hao CR400AF/BF, ktorý môže stabilne, plynulo a bezpečne prevádzkovať pri rýchlostiach 350–380 km/h (Li Zhou & Zhiyun Shen, 2011). Tento vlak je v súčasnosti druhým najrýchlejším vlakom na svete, hneď po čínskom Shanghai Transrapid. Ten funguje na technológii magnetickej levitácie a dosahuje prevádzkovej rýchlosti až 431 km/h (Maglev, 2020).
HSR trate v Európe sú z veľkej časti vybudované podľa štandardov zavedených vo Francúzsku a to v hľadisku rýchlostných obmedzení, napätie tratí a signalizačných systémov. Dôvodom je práve to, že HSR bola v rámci Európy ako prvá vybudovaná vo Francúzsku a teda sa stala istým
európskym štandardom. Výnimka, ktorá funguje na vlastných štandardoch a pravidlách je Nemecko (EESI, 2018).
2.2. Charakteristika vysokorýchlostných železničných systémov
HSR je pozemný systém prepravy s koľajovým prichytením na spodnej strane vozu. Môže byť charakterizovaný ako podsystém konvenčnej vlakovej prepravy, kde rozdielom je práve rýchlosť prepravy. Po mnoho rokov bol v železničnom priemysle prívlastok
„vysokorýchlostná“ železnica, len technický koncept súvisiaci s maximálnou rýchlosťou, ktorú daný vlak na istom segmente trate dosiahne. Neskôr smernica Európskej rady 96/48 konkrétne stanovila, že vysokorýchlostná infraštruktúra pozostávala z troch rôznych typov tratí:
zámerne vybudované vysokorýchlostné trate prispôsobené pre rýchlosti rovné alebo vyššie ako 250 km/h,
modernizované konvenčné trate prispôsobené pre rýchlosť 200 km/h,
ďalšie modernizované konvenčné trate, ktoré majú osobitné vlastnosti v dôsledku topografických alebo územno-plánovacích obmedzení, na ktorých sa rýchlosť musí prispôsobiť pre každý prípad.
Za hlavné kritérium pre definíciu HSR sa teda považuje rýchlosť, ktorá sa pohybuje v rozmedzí 200-250 km/h. Je potrebné poznamenať, že nie všetky vysokorýchlostné železnice sú prevádzkované pri tej istej rýchlosti. Keď sa pozrieme na obrázok č.1 na nasledujúcej strane, HSR vlaky v Európe prevádzkujú v rýchlostiach od 220 do 250 km/h a viac. Podľa farebného označenia vidíme, že najviac vlakov prevádzkuje pri rýchlosti nad 250 km/h (oblasti Beneluxu, Španielsko, Nemecko, Taliansko). Pomerne menej trás je prevádzkovaných pri rýchlosti 220- 249 km/h a ešte menej pri rýchlosti pod 220 km/h.
Obrázok 1: Rýchlostná mapa HSR systémov v Európe
Zdroj 1: UIC, 2018 Legenda:
- Hlavné mesto
- Rýchlosť nad 250 km/h
- Rýchlosť medzi 220 – 249 km/h - Rýchlosť pod 220 km/h
- HSR vo výstavbe - Plánovaná HSR
Pri uvádzaní rýchlostí HSR železníc sa používa konštrukčná a prevádzková rýchlosť.
Prevádzkový rýchlosť určuje maximálnu rýchlosť pri komerčnej preprave, kdežto konštrukčná rýchlosť je maximálna rýchlosť stanovená technickými parametrami infraštruktúry a akú najvyššiu rýchlosť daná infraštruktúra znesie (konštrukčná rýchlosť teda môže byť vyššia ako tá prevádzková). Certifikácia maximálnej prevádzkovej rýchlosti vozu, sa udeľuje na základe jeho schopnosti jazdiť o 10% vyššou rýchlosťou, než aká je pre danú trať cielená. Napríklad HSR vlak, ktorý chce získať certifikáciu pre jazdu rýchlosťou 250 km/h, musí byť schopný jazdy rýchlosťou až 275 km/h (UIC, 2018). Preto je vhodné klasifikovať technológie HSR vlakov podľa maximálnej prevádzkovej rýchlosti. HSR vlak s maximálnou rýchlosťou 250 km/h patrí k 1. generácii vysokorýchlostnej technológie. HSR vlak s rýchlosťou 300 km/h patrí
k 2. generácii a vlak s rýchlosťou 350 km/h možno klasifikovať ako 3. generáciu. Z tohto pohľadu strávilo Japonsko v prvej generácii asi 30 rokov, v druhej 16 rokov. Francúzsko strávilo 20 a 10 rokov, Nemecko 12 a 8 rokov v 1. a 2. generácii. Navrhovanie vlakov tretej generácie, to znamená zvýšenie maximálnej rýchlosti až na 350 km/h alebo viac, predstavuje celosvetový trend vo vývoji technológie HSR vlakov až do dnes (Li Zhou & Zhiyun Shen, 2011).
2.3. Budúci vývoj vlakových technológií
Okrem súčasných technológií sa od konca sedemdesiatych rokov, pôvodne v Japonsku, vyvíjala nová technologická „Maglev“ – magnetická levitácia (viz. Technológia č. 1 na obrázku č. 2) alebo v Nemecku pod názvom Transrapid (viz. Technológia č. 2 na obrázku č. 2). Magnetická levitácia je systém vlakovej dopravy, ktorý využíva dve sady magnetov: jednu sadu na odpudzovanie a tlačenie vlaku z koľajiska a druhú na posun vlaku. (J.P. Rodrigue, 2020).
Obrázok 2: Technológie magnetickej levitácie
Zdroj 2: Magnetic Levitation, 2015
2.3.1. Typy magnetických levitačných technológií:
Podľa toho ako technológia magnetickej levitácie funguje, rozlišujeme rôzne druhy a princípy ako sa dá využiť pre vlakovú dopravu. Nižšie si bližšie popíšeme 3 princípy magnetickej levitácie: elektrodynamická levitácia, elektromagnetická levitácia a levitácia indukčnou traťou – Indutrack (J.P. Rodrigue, 2020).
2.3.1.1. Elektrodynamická levitácia
Vlaky Maglev používajú magnet na levitáciu nad koľajami, po ktorých jazdia. Sú rýchlejšie, efektívnejšie a ekologickejšie, ako tradičné koľajové vlaky. Prvotná myšlienka vlaku Maglev sa objavila americkému fyzikovi Dr. Powellovi v roku 1960, keď uviazol v automobilovej premávke na moste Throgs Neck Bridge na ceste do Bostonu. Dr. Powell o tejto myšlienke
informoval svojho kolegu, fyzika Dr. Danbyho. Už predtým, keď pomocou magnetov navrhli vtedy najvýkonnejší urýchľovač častíc na svete - synchrotrón so striedavým gradientom, boli nadšenými zástancami využívania magnetickej sily. Ich konštrukcia zamýšľala, aby supravodivé elektromagnety generovali závesnú silu na vznášanie vlaku nad zemou (Northeast Maglev, 2018).
Súčasná technológia Maglev, namiesto tradičných vlakov s motorovým pohonom na kolesách využíva vlaky zavesené a poháňané magnetickou silou. Vlaky su umiestnené približne 13 centimetrov nad vodiacou traťou, čím nevytvárajú žiadne trenie a umožňujú tak vyššiu rýchlosť bez zaťažujúcich vibrácií a hluku. Kľúčom k vysokej rýchlosti a zrýchleniu systému Maglev sú magnetické sily pôsobiace medzi silnými supravodivými magnetmi umiestnenými na spodnej strane vlaku a dvoma súpravami cievok, ktoré sú inštalované v stenách vodiacej trate. Tieto
magnety musia byť pre dosiahnutie najnižšieho odporu extréme ochladzované a to až na -268°C. Bežný rotačný elektromotor obsahuje pohyblivé časti (rotor) a nepohyblivé časti
(stator). Pri elektrifikácii striedavým prúdom generuje stator magnetické pole so striedavými pólmi. Pretože rotor obsahuje magnety s pevnými pólmi, vytvárajú sa medzi statorom a rotorom príťažlivé a odpudivé sily. Tieto sily spôsobujú, že sa rotor nepretržite otáča okolo svojej osi po dobu, ktorú je napájaný. Systém Maglev ale využíva lineárny motor - ktorý je podobný ako bežný elektromotor s rozdielom, že je rozdelený a položený v línii vedúcej po celej dĺžke vodiacej trate. Rovnako ako bežný motor, aj lineárny motor Maglev sa skladá z pohyblivých častí (supravodivé magnety na pohybujúcom sa vlaku) a stacionárnych častí (pohonné cievky na vodiacej dráhe). No na rozdiel od rotačného pohybu pri klasickom motore, v momente kedy je na trati Maglev spustený prúd, vlak je poháňaný pozdĺž vodiacej trate smerom vpred (Northeast Maglev, 2018).
Výskum technológie Maglev sa začal v Japonsku už v roku 1962 ako extra rýchle dopravné spojenie novej generácie medzi Tokiom a Osakou, s dobou cesty 1 hodiny. Prvá úspešná jazda sa uskutočnil v Technickom železničnom výskumnom ústave v roku 1972. V Mijazaki bola postavená testovacia dráha Maglev v roku 1977 a v roku 1979 dosiahlo prvé testovacie vozidlo ML-500 svetový rýchlostný rekord v čase 517 km/h. V roku 2014 japonská vláda uznala, že technologický vývoj potrebný pre dosahovanie zisku bol dokončený a teraz rozširuje systém o zavedenie služieb medzi Tokiom a Nagojou a neskôr aj do Osaky. Spojenie medzi Tokiom a Nagojou má byť hotové do roku 2027. V roku 1984 prišiel v Anglicku do Birminghamu prvý nízko rýchlostný komerčný Maglev. Od roku 1984 do roku 1995 spájal medzinárodné letisko Birmingham a železničnú stanicu Birmingham International. Jazdil iba 600 metrov a cestoval veľmi pomaly. Aj napriek prvotnej popularite technológie, nedostatok vylepšení a úprav viedol k nenaplnenému potenciálu a znehodnoteniu technológie. Nemecko začalo testovať technológiu vlakov Maglev už v 80. rokoch. V júli 1989 Berlín otvoril M-Bahn, vyvýšenú, 1,6 kilometrovú, nízko rýchlostnú Maglev trať, s tromi stanicami určenými na vyplnenie medzier v dopravnej sieti z dôvodu vybudovania Berlínskeho múru. Avšak M-Bahn bol prerušený iba o dva roky neskôr po zjednotení Nemecka. Okrem vyššie spomenutých tratí, v súčasnosti existuje aj nízko rýchlostný mestský systém Maglev, ktorý sa v Japonsku nazýva Linimo. Ďalej sú v prevádzke ďalšie dve komerčné Maglev linky: nízko rýchlostná Maglev trať v Južnej Kórei spájajúca metropolitné mesto Incheon s medzinárodným letiskom Incheon a vysokorýchlostná
Maglev trať v Číne spájajúca Šanghaj s medzinárodným letiskom Pudong v Šanghaji (Northeast Maglev, 2018). Rýchlosť vlaku s technológiou Maglev je v súčasnosti 430 km/h no ďalšie plánované a testované vlaky dosahujú rýchlosť až 600 km/h čím silno konkurujú leteckej doprave, ktorá má priemernú rýchlosť v intervale 800-900 km/h (CNN Travel, 2019).
2.3.1.2. Elektromagnetická levitácia
Tento levitačný systém využíva bežné elektromagnety, ktoré vyvíjajú príťažlivú silu a vznášajú vozidlo. Elektromagnety sú pripevnené k vozidlu, ale sú umiestnené na spodnej strane oceľových koľajníc vodiacej dráhy. Vytvárajú tak príťažlivú silu zdola a vznášajú vozidlo. Táto príťažlivá sila je zároveň kontrolovaná snímačom medzery, ktorý meria vzdialenosť medzi koľajnicami a elektromagnetmi. Riadiaci obvod kontinuálne reguluje vzdialenosť elektromagnetov a zaisťuje, aby medzera zostala v pevnej vzdialenosti asi 8 mm. Ak sa medzera rozšíri nad 8 mm, prúd k elektromagnetom sa zvýši, aby sa zvýšila pôsobiaca príťažlivá sila.
Naopak, ak je medzera menšia ako 8 mm, prúd sa zníži. Tieto činnosti sú kontrolované počítačom až 4000 krát za sekundu, aby sa zabezpečila stabilná levitácia. Levitačné magnety a koľajnica majú tvar písmena U, pričom koľajnica je obrátené U. Ústa každého U smerujú proti sebe (Vozidlo je tak takmer obmotané okolo koľajnice). Táto konfigurácia zaisťuje, že kedykoľvek bude pôsobiť levitačná sila, bude pôsobiť aj bočná vodiaca sila. Ak sa elektromagnet začne posúvať od stredu koľajnice, bočná vodiaca sila začne vyvíjať silu úmernú k rozsahu posunu a elektromagnet sa vráti do pôvodného stavu. Túto technológiu využíva napríklad nemecký Transrapid (K. Wako, K. Sawada, M. Murai, M. Tanaka, 2000).
Technická koncepcia Transrapid eliminovala bezpečnostné riziká spojené s prevádzkou systémov konvenčnej železničnej dopravy. Automatizovaný, rádiom riadený systém zaisťuje, že prevádzková bezpečnosť nebude ohrozená. Princíp synchronizovaného pohonu znemožňuje kolízie medzi vozidlami. Ak by boli súčasne umiestnené dva alebo viac vozidiel v rovnakom segmente dráhy, boli by motorom vo vodiacej dráhe nútené jazdiť rovnakou rýchlosťou v rovnakom smere. Riziko kolízie medzi inými dopravnými prostriedkami je tak isto nemožné, pretože Transrapid používa vlastné vyhradené dráhy bez križovatiek s inými druhmi dopravy, ako sú cesty alebo diaľnice. Navyše, vozidlá sú konštruované tak, aby odolali nárazom s malými predmetmi na vodiacej dráhe. Pretože je vozidlo Transrapid omotané okolo vodiacej dráhy, ako sme si vyššie popisovali, vykoľajenie je prakticky nemožné (American Magline Group, 2011).
Transrapid bol silne podporovaný nemeckou vládou a jeho začiatky boli dôkladne skúmané a vyvíjané až do súčasnej 8. generácia Transrapid 8. Vybudovaná oválna testovacia dráha mala 30 kilometrov a bola postavená v Emsland v Nemecku, kde bolo vykonaných už tisíce vlakových testov, skúmajúcich fyzickú uskutočniteľnosť nových systémov a technológií.
Dosiahnutá testovacia maximálna rýchlosť bola 436 km/h kde bola údajne limitom práve obmedzená dĺžka testovacej trate (Vuchic V. R., Casello J. M., 2002).
2.3.1.3. Levitácia indukčnou traťou - Inductrack
V 90. rokoch minulého storočia bola v Národnej laboratórii Lawrenca Livermora navrhnutá nová metóda magnetickej levitácie s názvom Inductrack. Táto metóda využíva permanentné magnety zrovnané v konfigurácii nazývanej Halbachovo pole (viz. Obrázok č. 3), ktoré svojím zoskupením produkuje silné jednostranné magnetické pole. Keď sa v Halbachovom zoskupení pohybujeme nad hromadou blízko umiestnených cievok, indukciou sa indukujú prúdy, ktoré vytvárajú nepriamo pôsobiace magnetické pole. Interakcia medzi zdrojom (magnetické pole permanentných magnetov) a indukovaným magnetickým poľom Halbachovho zoskupenia, dochádza k magnetickej odpudivej sile, ktorá levituje Halbachovo zoskupenie, umiestené na spodku levitujúceho vozidla.
Obrázok 3: Halbachovo zoskupenie magnetických tyčí
Zdroj 3: HALBACH ARRAY How to double the power of magnets, science experiment Magnetic Games, 2016
Lineárne Halbachove pole pozostáva z tyčových magnetov, pripevnených na feromagnetickom podklade s rôznymi magnetickými orientáciami. Ich usporiadanie je striedavé a to tak, že orientácia každej magnetickej tyče je kolmá na orientáciu tyče vedľajšej. Toto magnetické pole tak na jednej strane pole ruší, ale na opačnej ho zosilňuje. Hlavnou výhodou Halbachovho poľa je, že môže produkovať veľmi silné magnetické pole, pričom na druhej strane sa dané polia navzájom rušia. (Magnetic levitation, 2015). Technológia využívajúca Halbachovo zoskupenie magnetov je obsiahnutá v koncepte „Hyperloop“. Táto technológia funguje na báze vznášajúceho sa vozu, ktorý operuje vo vákuovom tuneli. Aj vďaka vákuu je tak možné aby voz dosahoval oveľa vyššiu rýchlosť ako pri akejkoľvek inej obdobnej technológii (až 1000 km/h).
Táto technológia je doposiaľ iba moderný koncept vo fáze testovania, no predpokladá sa, že by mohla začať operovať do roku 2025 v menších a obmedzených úsekoch koridoroch (J.P.
Rodrigue, 2020). Prvý koncept hyperloopu navrhol v roku 2012 technologický podnikateľ Elon Musk, ktorý vedie významné spoločnosti ako SpaceX a Tesla Motors. Od tej doby vzniklo viac konkurujúcich spoločností, ktoré sa snažia návrh hyperloopu uskutočniť. Patrí medzi nich napríklad The Boring Company (spoločnosť Elona Muska pre konštrukcie tunelov a infraštruktúry), Hyperloop Transportation Technologies a Virgin Hyperloop. Spoločnosť SpaceX usporiadala prvú súťaž v dizajne hyperloop podov v roku 2017 a každá ďalšia súťaž
zvyšovala kvalitu a rýchlosť jazdy. Prvú súťaž vyhrala spoločnosť WARR Hyperloop s dosiahnutou rýchlosťou 90 km/h. Toto víťazstvo obhájili aj na druhej súťaži, tak isto v roku 2017, kde sa im podarilo zvýšiť rýchlosť na 323 km/h. Tretia súťaž sa konala v roku 2018, kde WARR Hyperloop zvíťazil s dosiahnutou rýchlosťou 457 km/h a v poslednej súťaži v roku 2019 TUM Hyperloop dosiahol rýchlosť 464 km/h. Z dôvodu pandémie Covid-19, SpaceX pravdepodobne nebude v roku 2020 organizovať tieto súťaže. Spoločnosť Delft Hyperloop aj napriek tomu v júni robila vlastné testy na krátkej a dlhej testovacej dráhe (Mike Brown, 2020).
3. Infraštruktúra
V tejto kapitole si popíšeme vysokorýchlostnú infraštruktúru prostredníctvom prevádzkových modelov HSR systémov, typov rozchodov, spomenieme si základné delenia typov vlakov podľa spojenia vozov, typu trakčného systému, počtu podlaží, druhu napájania a podobne.
V závere kapitoly popíšeme vybraný signalizačný systém pre vysokorýchlostnú železničnú prepravu.
3.1. Prevádzkové modely vysokorýchlostných systémov
Celosvetovo čelí odvetvie dopravy mnohým problémom súvisiacim s rastúcim dopytom po doprave, ako je preťaženie, spotreba energie, hluk, znečistenie a bezpečnosť. Európska komisia sa snaží tento problém vyriešiť podporou železničnej dopravy, ktorá sa považuje za momentálne najudržateľnejšiu. Avšak zvýšenie podielu železnice na dopyte po doprave v nasledujúcich desaťročiach a pokus o otvorenie trhu v železničnej doprave (pre nákladnú, medzinárodnú a aj miestnu dopravu) zvyšuje dôraz na efektívne využívanie kapacity železničných systémov. HSR môže byť prevádzkovaná na tratiach, ktoré sú oddelené alebo zdieľané s klasickými a nákladnými vlakmi, kde záleží na kompatibilite a interoperabilite jednotlivých HSR systémov (High Speed Rail Alliance, 2020).
Obrázok 4: Prevádzkové modely HSR systémov
Zdroj 4: De Rus, G. (ed.), I. Barrón, J. Campos, P. Gagnepain, C. Nash, A. Ulied a R.Vickerman, 2009 Ako môžeme vidieť na obrázku číslo 4, poznáme 4 hlavné typy jazdy pod ktorými dnešné HSR systémy fungujú.
1) Prvý typ HSR technológie je prevádzkovaný na vlastných exkluzívnych a nezávislých dráhach. Tento model si japonský Shinkansen adaptoval už v roku 1964, najmä z dôvodu, že existujúce konvenčné trate (postavené v úzkom rozchode, 1,067 m) dosiahli svoje kapacitné limity a bolo rozhodnuté, že nové vysokorýchlostné trate budú navrhnuté a zabudované v štandardnom rozchode (1,435 m). V Japonsku môžu vlaky na výhradných tratiach dosahovať až 240 km/h, táto rýchlosť sa však neustále posúva a súčasné plány uvádzajú prevádzkovú rýchlosť na úrovni až 300 km/h. Francúzske
vlaky TGV Sud-Est majú schopnosť dosahovať až 270 km/h a TGV Atlantique sa približuje rýchlosti 300 km/h. Najvýznamnejšou prednosťou prevádzkovania na vlastných exkluzívnych nezávislých dráhach je práve ich nezávislosť na ostatných vlakoch. Nemusia sa prispôsobovať rýchlostiam konvenčných vlakov a preto fungujú efektívnejšie. (J.P. Rodrigue, 2020).
2) V zmiešanom vysokorýchlostnom modeli jazdia vysokorýchlostné vlaky buď na špeciálne vybudovaných nových tratiach alebo na vylepšených segmentoch konvenčných tratí. To zodpovedá francúzskemu modelu, v ktorom TGV (Train à Grande Vitesse) funguje od roku 1981, väčšinou na nových tratiach, ale aj na elektrifikovaných tratiach konvenčných tratí v oblastiach, kde by bolo duplikovanie trás nepraktické. Tento model znižuje náklady na výstavbu, čo je jednou z jeho hlavných výhod (Barrón et al., 2009).
3) Zmiešaný konvenčný model, v ktorom niektoré konvenčné vlaky jazdia na vysokorýchlostných tratiach, bol prijatý španielskou spoločnosťou AVE (Alta Velocidad Española). Rovnako ako v Japonsku bola väčšina španielskej konvenčnej siete vybudovaná s úzkym traťovým rozchodom, zatiaľ čo zvyšok európskej siete používal štandardný rozchod. Aby sa uľahčila interoperabilita medzinárodných služieb, v roku 1942 bola vyvinutá špecifická adaptívna technológia pre železničné koľajové vozidlá - tj vlaky TALGO -, aby mohli používať vyššiu ako normálnu rýchlosť.
Hlavnými výhodami tohto modelu sú úspory nákladov na nákup a údržbu železničných koľajových vozidiel a flexibilita pri poskytovaní vysokorýchlostných služieb na určitých trasách. Naopak hlavnými nevýhodami používania tohto modelu je, trate ktoré používa sú zdieľané s konvenčnou vlakovou prepravou. Práve vďaka tomu je prevádzka menej efektívna (Barrón et al., 2009).
4) Posledný, plne zmiešaný model umožňuje maximálnu flexibilitu, kde sa na každom type infraštruktúry môžu prevádzkovať vysokorýchlostné aj konvenčné služby (pri ich zodpovedajúcich rýchlostiach). Toto je prípad nemeckých medzimestských vlakov (ICE) a trate Rím - Florencia v Taliansku, kde vysokorýchlostné vlaky príležitostne používajú modernizované konvenčné trate a nákladná vlaková doprava využíva nevyužitú kapacitu vysokorýchlostných tratí v noci. Výhoda tohto modelu predstavuje maximálnu interoperabilitu vlakov no na druhej strane nevýhodou je, že predstavuje značné zvýšenie nákladov na údržbu tratí (Barrón et al., 2009).
Výhradné a zmiešané vysokorýchlostné modely umožňujú intenzívnejšie využívanie infraštruktúry HSR, zatiaľ čo ostatné modely musia brať do úvahy, že pomalšie vlaky (s výnimkou viackoľajových úsekov trate) zaberajú v priebehu času väčší počet prevádzkových intervalov a znižujú tak možnosti poskytovania HSR služieb (J.P. Rodrigue, 2020).
3.2. Železničná trať, koľaje a rozchod
Železničné koľaje sú hlavnou súčasťou koľajovej trate a ich funkciou je viesť vlak vpred a zároveň pritom odolávať obrovskému tlaku, ktorým vlak na koľaje pôsobí. Je to bod dotyku s kolesom vozidla a nosník celej konštrukcie vlaku. Koľaje musia pri jazde poskytovať hladký, stabilný a súvislý povrch pre aby zaistili bezpečnú a hladkú jazdu. Pokiaľ ide o rozvoj železničnej trate, má dlhú históriu. Prvá železničná trať bola drevená a používala sa asi 50 rokov. Neskôr, aby sa znížilo opotrebenie drevených koľajníc, sa k dreveným koľajniciam pridali železné remene. Neskôr ich nahradili široko používané liatinové koľajnice a v posledných rokoch sú využívané oceľové koľajnice. V priebehu rokov sa aj tvar týchto koľajníc kontinuálne menil ale od prvého uvedenia na trh v roku 1831 je tvar „T“ štandardom koľajových štruktúr. (UIC, 2014).
Rozchod železničných koľají je definovaný ako minimálna kolmá vzdialenosť medzi
vnútornými plochami oboch koľajníc (Railsystem, 2015). Na obrázku číslo 5 nižšie, môžeme vidieť rozchod naznačený modrou šípkou.
Obrázok 5: Rozchod koľají
Zdroj 5:Railsystem.net,2015
Podľa tejto vzdialenosti rozchodu koľají môžeme rozlišovať 3 kategórie rozchodov (Railsystem, 2015):
3.2.1. Široký rozchod: šírka 1676 mm, 1524 mm a 1600 mm
Vzdialenosť medzi oboma koľajami je širší ako štandardný obrys a najtypickejším rozmerom je 1676 mm alebo 1524 mm. Stavba železníc so širším rozchodom je vo všeobecnosti drahšia, sú však schopné zvládnuť ťažšiu a rýchlejšiu dopravu. Široký rozchod 1676 mm sa používa napríklad v Indii, Iráne, Chile a široký rozchod 1524 mm zas v Estónsku, Fínsku, Maďarsku, Poľsku, Ukrajine v Rumunsku. Pre Austráliu, Írsko a Veľkú Britániu je zas typický široký rozchod 1600 mm (National Academies of Sciences, Engineering and Medicine, 2012).
3.2.2. Štandardný rozchod: šírka 1435 mm
Väčšina súčasných železničných systémov využíva štandardný rozchod koľají 1435 mm, vrátane železničných dráh v Českej republike. Tento rozchod koľají pochádza z 18. storočia kedy boli využívané pre koňmi ťahané železnice za účelom prepravy uhlia, boli teda zostavené podľa špecifík vtedajších vozov na uhlie. Aj keď v priebehu rokov bolo prijatých veľa rôznych rozchodov koľají, žiadny z nich sa nepreukázal tak populárny a praktický ako štandardný rozchod. Trať, ktorá je navrhnutá podľa štandardného rozchodu, môže byť ale užšia alebo širšia ako 1435 mm v závislosti od rôznych okolností. Šírka môže byť upravená pozdĺž trasy tak, aby sa optimalizovala interakcia vozidla a trate, napríklad prispôsobenie rozchodu zakriveniu
koľaje. Približne 55% svetových železníc používa štandardný rozchod (National Academies of Sciences, Engineering and Medicine, 2012).
3.2.3. Úzky rozchod: šírka 600 mm, 750 mm, 760 mm, 1000 mm, 1067 mm
Úzkym rozchodom nazývame rozchod menší ako štandardný. Stavba železníc s úzkym rozchodom je obvykle lacnejšia, pretože sú zvyčajne konštruované ľahšie, používajú menšie vozy a lokomotívy, ako aj menšie mosty a tunely. Úzky rozchod sa preto často používa v hornatom teréne, kde môžu byť úspory v stavebných prácach značné (1000 mm – alpské úzkorozchodné dráhy). Používa sa tiež v riedko osídlených oblastiach s nízkym potenciálnym dopytom a aj pre dočasné železnice, ktoré budú odstránené po krátkodobom použití, napríklad v stavebníctve, ťažbe dreva, ťažobnom priemysle alebo vo veľkých stavebných projektoch (Railsystem, 2015). V Českej republike sú využívané rozchody so šírkou 600 mm (napríklad lom Amerika, múzejná prevádzka v okolí Skalnej a Mladějov na Morave ), 760 mm (napríklad železničná trať Jindřichův Hradec – Obrataň, Jindřichův Hradec – Nová Bystřice, Osoblaha – Třemešná v Sliezsku), 900 mm a 1000 mm (napríklad električková trať Liberec - Jablonec) a to pre účely priemyselné, poľnohospodárske a ťažobné (Otto Plášek, b.r.).
3.3. Ďalšie druhy delenia vlakov
V nasledujúcej podkapitole si rozčleníme vlaky podľa rôznych druhov delenia a to podľa spojenia vlakových vozov, typu trakčného systému, schopnosti naklápania vozov, počtu podlaží vozov a podľa druhu pohonu vlakovej nápravy.
3.3.1. Kĺbové a konvenčné spojenie vlakových vozov
Zatiaľ čo konvenčný vlak pozostávajú z jednotlivých vozňov ležiacich na dvoch podvozkoch každý (viz obrázok číslo 6), kĺbové vlaky pozostávajú z pevného spojenia dvoch vozov medzi sebou prostredníctvom jedného podvozku (viz obrázok číslo 7).
Obrázok 6: Konvenčné spojenie vozov
Zdroj 6: : Xue, X., Ingleton, S., Roberts, J. & Robinson, M., 2011 Obrázok 7: Kĺbové spojenie vozov
Zdroj 7: : Xue, X., Ingleton, S., Roberts, J. & Robinson, M., 2011
Táto kĺbová konfigurácia výrazne znižuje hmotnosť vlaku a tak umožňuje dosahovať vyšších rýchlostí, čo je obzvlášť dôležité pri vysokorýchlostných vlakoch. Z dôvodu kratšej dĺžky
vozov (menšia medzera medzi vozmi) môžu byť až o 10-20 cm širšie ako vozy bez kĺbového spojenia. To zvyšuje pohodlie pri sedení a umožňuje rozmiestnenie 2 a 2 sedadiel aj v druhej triede (namiesto 2 a 1 sedenia). Pretože sú konce vozov položené na kĺbových podvozkoch a vozy sa nehýbu samostatne, sú v zákrutách stabilnejšie a jazda je plynulejšia. Nevýhodou kĺbovo spojených vozov je, že nemôžu byť ľahko oddelené do jednotlivých vozov, čo komplikuje prepájanie ale aj údržbu a opravy (Railway-energy.org, 2002).
3.3.2. Koncentrovaný/distribuovaný trakčný systém
Vysokorýchlostné vlaky prvej generácie boli navrhnuté s koncentrovaným trakčným systémom, ako je znázornené na obrázku číslo 8a.
Skladá sa z dvoch elektrických lokomotív s motorovým pohonom a medzi nimi umiestnených vozov pre cestujúcich. Príkladom koncentrovaného trakčného systému je napríklad vlaková súprava TGV. Naproti tomu distribuovaný trakčný systém, ako je znázornený na obrázku 8b, je motorový pohon dodávaný na kolesá umiestnené pod všetkými vozmi pre cestujúcich.
Distribuovaný trakčný systém má výhody nízkej maximálnej záťaže nápravy a dobrej adhézie, ale predstavuje mierne zhoršenie pohodlia pre cestujúcich. Príkladom distribuovaného trakčného systému je napríklad japonský vysokorýchlostný vlak Shinkansen alebo vlakové súpravy AGV od Alstomu (B. Jayant Baliga, 2015).
Obrázok 8: Koncentrovaný a distribuovaný trakčný systém
Zdroj 8: B. Jayant Baliga, 2015
3.3.3. Naklápacie vozy
Naklápacie vozy sa pri jazde nakláňajú do zákrut, čím znižujú pocit bočných síl v ostrých zákrutách. Táto technológia umožňuje vlakom jazdiť rýchlejšie na starších oblúkových dráhach a zároveň zachovať pohodlie cestujúcich.
Naklápacie vozy sú pomerne vyspelou technológiou, ktorú uznáva väčšina operátorov, ale mnohí ju nevyužívajú. Dôvodom je, že vlaky bez naklápania, vďaka technologickým vylepšeniam zvýšili svoju rýchlosť v zákrutách. Naklápacia technológia tak má náskok len 10- 15% rýchlosti v zákrutách oproti konvenčnej technológii. Ich atraktívnosť negatívne ovplyvňuje aj väzba na nevoľnosť z jazdy, väčšia váha vozov s naklápacou technológiou a vyššia cena (R. Persson, 2008).
3.3.4. Jedno/dvoj podlažné vozy
Jednoposchodové vlakové vozy predstavujú štandardné a tradičné usporiadanie vlakovej súpravy. Na druhej strane vlaková súprava dvojposchodová bola vyvinutá za účelom zvýšenia počtu prepravených pasažierov a tým zefektívnenia prepravy na jeden vlakový voz. Prvý dvojposchodový vysokorýchlostný vlak bol vyvinutý spoločnosťou Alstom, s názvom Alstom TGV Duplex. V roku 1987 Alstom prišiel s návrhom súpravy Duplex na zvýšenie kapacity cestujúcich bez zväčšenia dĺžky vlaku. Spoločnosť Alstom spolupracovala so spoločnosťou SNCF na vývoji tohto modelu. 1. generácia vozidla TGV Duplex má kapacitu 510 miest na sedenie, čo je o 40% viac ako v prípade vlaku s jednou úrovňou. Počet podvozkov sa znížil na 13 oproti konvenčným 16, aby sa znížila hmotnosť vlaku. Súčasnou 3. generáciou dvojposchodového vysokorýchlostného vlaku je TGV Euroduplex. Euroduplex má kapacitu na prepravu 1020 cestujúcich pri priemernej prevádzkovej rýchlosti 320 km/h. Euroduplex je navrhnutý s kĺbovým spojením vlakových súprav, ktoré majú menej podvozkov ako iné modely, čo znižuje náklady prevádzkovateľov na údržbu vozov. Tento model sa vyznačuje zníženým hlukom a vibráciami popri jazde, čím poskytujú optimálny komfort. Nižšia hmotnosť a aerodynamický tvar umožňujú zníženú spotrebu energie (Railway Technology, 2020).
Obrázok 9: Voz s naklápacou technológiou a konvenčný voz
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.
