Elektryfikacja kolei

Z Kolejopedia
Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania

Elektryfikacja – proces zastępowania urządzeń, maszyn, środków transportu lub innych obiektów wykorzystujących inne źródła energii urządzeniami zasilanymi energią elektryczną, a także proces doprowadzania energii elektrycznej do obszarów lub obiektów, które wcześniej nie miały do niej dostępu.

Pojęcie elektryfikacji jest stosowane między innymi w odniesieniu do koleji, transportu miejskiego, rolnictwa, przemysłu, gospodarstw domowych oraz całych obszarów geograficznych. W przypadku transportu elektryfikacja oznacza zazwyczaj zastosowanie napędu elektrycznego oraz odpowiedniego systemu dostarczania energii.

Historia

Rozwój elektryfikacji był ściśle związany z rozwojem elektrotechniki w XIX wieku. Początkowo energia elektryczna była wykorzystywana przede wszystkim do oświetlenia, zasilania urządzeń oraz prowadzenia doświadczeń technicznych.

Jednym z ważnych wydarzeń w historii elektryfikacji było przedstawienie przez firmę Siemens w 1879 roku w Berlinie kolei elektrycznej zasilanej z zewnętrznego źródła energii. Pojazd zaprezentowany przez Wernera von Siemensa poruszał się po torze wystawowym i wykorzystywał energię elektryczną dostarczaną z zewnątrz. Było to jedno z pierwszych praktycznych zastosowań napędu elektrycznego w transporcie szynowym. (Siemens)

W 1881 roku w Berlinie uruchomiono pierwszą elektryczną linię tramwajową, co przyczyniło się do szybkiego rozwoju elektrycznego transportu miejskiego. (Siemens Mobility)

Elektryfikacja kolei

Elektryfikacja kolei – proces wyposażania linii kolejowych w urządzenia umożliwiające zasilanie pojazdów szynowych energią elektryczną oraz zastępowania trakcji parowej lub trakcji spalinowej trakcją elektryczną.

Podstawowymi elementami zelektryfikowanej linii kolejowej są między innymi sieć trakcyjna, podstacja trakcyjna, urządzenia zasilające oraz pojazdy wyposażone w odpowiednie urządzenia odbiorcze.

Energia może być dostarczana do pojazdu poprzez pantograf współpracujący z napowietrzną siecią trakcyjną albo za pomocą trzeciej szyny. Współczesne koleje główne najczęściej wykorzystują sieć napowietrzną.

Rozwój trakcji elektrycznej

Pierwsze elektryczne pojazdy szynowe korzystały z różnych sposobów pobierania energii. Wraz z rozwojem techniki coraz większe znaczenie uzyskiwała napowietrzna sieć trakcyjna oraz pantografy. Pozwalało to na stosowanie wyższych napięć i zwiększanie mocy pojazdów.

Rozwój elektryfikacji kolei przyspieszył na przełomie XIX i XX wieku. Trakcję elektryczną szczególnie chętnie stosowano na liniach o dużym natężeniu ruchu, w tunelach, w aglomeracjach miejskich oraz na liniach o znacznych pochyleniach. W porównaniu z lokomotywami parowymi pojazdy elektryczne mogły zapewniać wysoką moc i dobre przyspieszenie bez konieczności przewożenia własnego paliwa.

W 1899 roku na specjalnie przygotowanej trasie pod Berlinem przeprowadzono próby elektrycznych pojazdów dużych prędkości. W czasie prób osiągnięto prędkość 210 km/h, co było wówczas znaczącym osiągnięciem technicznym. (Siemens)

Systemy zasilania

W kolejowej trakcji elektrycznej stosuje się różne systemy zasilania. Najważniejsze różnice dotyczą przede wszystkim napięcia, rodzaju prądu oraz częstotliwości prądu przemiennego.

Do stosowanych systemów należą między innymi:

  • prąd stały o napięciach od kilkuset woltów do kilku tysięcy woltów,
  • prąd przemienny jednofazowy o częstotliwości przemysłowej,
  • prąd przemienny o częstotliwości kolejowej,
  • różne systemy zasilania stosowane lokalnie w metrach, kolejach miejskich i kolejach głównych.

Różnorodność systemów zasilania jest jednym z powodów stosowania lokomotyw wielosystemowych oraz zespołów trakcyjnych przystosowanych do pracy pod różnymi napięciami.

Elementy infrastruktury

Sieć trakcyjna

Sieć trakcyjna służy do dostarczania energii elektrycznej do pojazdów kolejowych. W przypadku większości współczesnych zelektryfikowanych linii kolejowych ma ona postać przewodów zawieszonych nad torem.

Pojazd pobiera energię za pomocą pantografu. Prąd przepływa następnie przez urządzenia elektryczne pojazdu do silników trakcyjnych, a następnie wraca do podstacji poprzez szyny i przewody powrotne.

Podstacje trakcyjne

Podstacja trakcyjna jest obiektem elektroenergetycznym służącym do zasilania sieci trakcyjnej. Pobiera energię z systemu elektroenergetycznego, a następnie dostosowuje jej parametry do wymagań konkretnego systemu trakcyjnego.

Podstacje są rozmieszczane wzdłuż zelektryfikowanej linii w odpowiednich odległościach, zależnych między innymi od napięcia zasilania i zapotrzebowania na energię.

Sekcjonowanie sieci

Sieć trakcyjna jest dzielona na odcinki elektryczne zwane sekcjami zasilania. Pozwala to między innymi na ograniczenie obszaru wyłączenia zasilania w przypadku awarii oraz ułatwia prowadzenie prac utrzymaniowych.

W miejscach styku różnych sekcji stosuje się odpowiednie urządzenia umożliwiające przejazd pojazdu przez granicę sekcji.

Zalety elektryfikacji kolei

Elektryfikacja kolei może przynosić szereg korzyści technicznych i eksploatacyjnych.

Do najważniejszych zalet trakcji elektrycznej należą:

  • wysoka moc dostępna w pojeździe,
  • dobre przyspieszenie pociągów,
  • możliwość prowadzenia ciężkich pociągów,
  • brak bezpośredniej emisji spalin przez pojazd podczas jazdy,
  • możliwość stosowania hamowania rekuperacyjnego,
  • zmniejszenie zależności od paliw ciekłych,
  • korzystne właściwości eksploatacyjne na liniach o dużym natężeniu ruchu,
  • możliwość ograniczenia czasu przejazdu dzięki większym osiągom pojazdów.

Publikacje dotyczące trakcji elektrycznej wskazują między innymi na możliwość zwiększenia zdolności przewozowej, zmniejszenie kosztów eksploatacji, oszczędność paliw oraz skrócenie czasu jazdy jako korzyści elektryfikacji. (Elektryfikacja kolei – historia, teraźniejszość, perspektywy)

Brak spalin emitowanych bezpośrednio przez lokomotywę elektryczną jest szczególnie istotny w tunelach, na stacjach oraz w obszarach miejskich.

Wady i ograniczenia

Elektryfikacja wymaga znacznych nakładów inwestycyjnych. Oprócz budowy sieci trakcyjnej konieczne jest między innymi wykonanie lub modernizacja podstacji, urządzeń elektroenergetycznych, konstrukcji wsporczych oraz części infrastruktury kolejowej.

Zelektryfikowana linia jest również zależna od dostępności odpowiedniego systemu zasilania. Awaria infrastruktury elektroenergetycznej może ograniczyć lub całkowicie uniemożliwić prowadzenie ruchu trakcją elektryczną.

W przypadku linii o niewielkim natężeniu ruchu koszt elektryfikacji może być trudniejszy do uzasadnienia ekonomicznego. Z tego powodu część linii kolejowych pozostaje niezelektryfikowana i jest obsługiwana przez lokomotywy spalinowe, spalinowe zespoły trakcyjne lub pojazdy wyposażone w akumulatory trakcyjne.

Elektryfikacja kolei w Polsce

Elektryfikacja kolei w Polsce rozpoczęła się przed II wojną światową. Szczególne znaczenie miała elektryfikacja warszawskiego węzła kolejowego.

W latach 30. XX wieku prowadzono szeroko zakrojone prace związane z przebudową warszawskiego węzła kolejowego oraz jego elektryfikacją. W grudniu 1937 roku oddano do użytku pierwsze 110 km zelektryfikowanych linii w ramach tego przedsięwzięcia. (Encyklopedia internetowa)

Elektryfikacja węzła warszawskiego obejmowała między innymi linie wykorzystywane w ruchu podmiejskim oraz linię średnicową. Inwestycja była połączona z modernizacją infrastruktury, budową i przebudową stacji oraz zastosowaniem nowoczesnego na ówczesne czasy taboru i urządzeń sterowania ruchem. (Księży Młyn)

Rozwój trakcji elektrycznej został zahamowany przez II wojnę światową. W wyniku działań wojennych znaczna część infrastruktury kolejowej, w tym urządzenia trakcji elektrycznej w Warszawie, została zniszczona.

Po wojnie rozpoczęto odbudowę oraz dalszą elektryfikację sieci kolejowej. W drugiej połowie XX wieku elektryfikacja polskich kolei przebiegała na dużą skalę i obejmowała przede wszystkim najważniejsze ciągi komunikacyjne oraz linie o dużym natężeniu przewozów. (Elektryfikacja kolei – historia, teraźniejszość, perspektywy)

Wraz z rozwojem elektryfikacji do eksploatacji wprowadzano kolejne serie lokomotyw elektrycznych oraz elektrycznych zespołów trakcyjnych, między innymi EN57 i ET22.

Elektryfikacja innych gałęzi transportu

Elektryfikacja nie ogranicza się do kolei. Obejmuje również:

W transporcie miejskim elektryfikacja ma szczególne znaczenie ze względu na możliwość ograniczenia lokalnej emisji zanieczyszczeń. Rozwój elektrycznych środków transportu miejskiego rozpoczął się już w XIX wieku, czego przykładem jest uruchomienie elektrycznego tramwaju w Berlinie w 1881 roku. (Siemens Mobility)

Elektryfikacja a środowisko

Elektryfikacja transportu może ograniczać emisję zanieczyszczeń w miejscu eksploatacji pojazdu. W przypadku kolei elektrycznej nie występuje bezpośrednia emisja spalin z silnika trakcyjnego.

Wpływ elektryfikacji na całkowitą emisję zależy jednak od sposobu wytwarzania energii elektrycznej. Jeżeli energia pochodzi ze źródeł niskoemisyjnych, potencjalne korzyści środowiskowe są większe. W przypadku energii produkowanej głównie z paliw kopalnych część emisji zostaje przeniesiona z pojazdu do elektrowni.

Przyszłość elektryfikacji

Współczesny rozwój kolei elektrycznej obejmuje zarówno elektryfikowanie kolejnych linii, jak i modernizację już istniejących systemów. Na liniach, których pełna elektryfikacja jest nieuzasadniona ekonomicznie lub technicznie, rozwijane są alternatywne rozwiązania, między innymi pociągi akumulatorowe oraz pojazdy wodorowe.

Elektryfikacja pozostaje szczególnie istotna na liniach o dużym natężeniu ruchu pasażerskiego i towarowego. W takich warunkach wysoka moc oraz możliwość wykorzystania energii elektrycznej z różnych źródeł mogą stanowić istotną przewagę trakcji elektrycznej.

Zobacz też

Przypisy

Szablon:Przypisy

Bibliografia

Źródło: „http://www.wiki.kolejopedia.pl/index.php?title=Elektryfikacja_kolei&oldid=1442”