Největším odběratelem elektřiny v České republice jsou České dráhy. Odpovědnou, náročnou a důležitou činnost, zejména v odběru pro elektrickou trakci, proto představuje predikce spotřeby elektřiny. Zvláště když v poslední době se zavedením vysokorychlostní dopravy stoupá energetická náročnost vozidel. Význam roste i v souvislosti se sjednocováním Evropy a tím i vzrůstem dálkové přepravy. Bohumír Kotora
Za jištění dostate čné energetic ké kapacity pro předpokládaný provoz elektrických vlakových souprav tvoří značnou část nákladů na potřebnou energetickou infrastrukturu. A platí to jak pro samotné tratě, tak i pro vlakové stanice. Přitom nezáleží, zda se jedná o výstavbu nových elektrifikovaných vlakových tratí nebo navyšování jejich kapacit. Tyto náklady mohou být díky kompenzaci elektrické energie o 20 až 40 procent nižší. Úspornost na prvním místě Zajištění racionalizace provozuschopnosti železničních tratí v sobě zahrnuje mnoho oborů a odborností, jejichž specifikace a také možnosti racionalizace jsou rozdílné. Za energetickou soustavu, její dostatečnou kapacitu i za plnění energetických norem vůči dodavatelům energie nese odpovědnost správce železniční tratě. Železniční dopravci zase ručí za provoz elektrických vlakových souprav a jejich vliv na elektrickou síť. V případě neplnění norem jsou správce i dopravce penalizováni od dodavatele elektrické energie. „Při budování nových vlakových tratí se již v projektové fázi kalkuluje s předpokládaným zatížením tratě a k tomu jsou vztaženy potřeby na energetickou infrastrukturu,“ vysvětluje Jaroslav Smetana, ředitel společnosti Blue Panther, naznačované možnosti potenciálních energetických úspor. Jeden ze sledovaných parametrů v elektrické síti představuje tzv. účiník, tedy poměr energie činné (je využita k činnosti) a energie jalové (není využita, ale je přenášena vedením). Norma stanovuje, že účiník nesmí klesnout pod hodnotu 0,95 a pokud k tomu dojde, dodavatel energie následně penalizuje odběratele. Důvodem je, že energii činnou i jalovou musí dodavatel vyrobit, ale odběratel platí pouze energii činnou. „Úspory jsou dané tím, že není třeba přenášet jalovou energii, která v případě provozování elektrických vlakových souprav starší generace může dosahovat až 40 % energie činné,“ objasňuje Jaroslav Smetana. Výše uvedený problém řešily i Turecké státní dráhy (TCDD), které spravují přibližně 11 000 km železnic a provozují je na stejném napětí jako v České republice. V jejich případě vlak přijíždějící do stanice způsoboval rapidní zvýšení zatížení elektrické sítě a po odjezdu toto zatížení kleslo téměř na nulu. Tyto energetické změny v rozsahu megawattů trvaly i desítky sekund. Kvarteto tureckých opatření V TCDD si vytknuli čtyři hlavní cíle. Zvýšit kapacitu tratí a vlakových stanic, aby na stejném železničním úseku bylo možné provozovat více vlaků současně, dále snížit nestabilní kolísání napětí vyvolané rychlými změnami zatížení, snížit nebo odstranit sankce za neplnění limitů účiníku a posledním cílem bylo snížit náklady na energetickou infrastrukturu, tedy na výrobu a transport elektřiny. Řešením situace byla instalace celkem 25 jednofázových kompenzátorů elektrické energie Elspec Equalizer pracujících v reálném čase s odezvou od 2 ms. Kapacita každého systému se pohybuje v rozmezí od 1250 kVAr do 2750 kVAr se jmenovitým napětím 500 V nebo 690 V. Kompenzátory jsou připojeny k síti VN pomocí step-up transformátorů. K vyrovnání kapacity dlouhých tratí v případě nezatížení je trvale připojen paralelní induktor. První fáze projektu spočívala v instalaci šesti systémů podél železniční trati od Istanbulu do Ankary. Teprve po této úspěšné instalaci se pokračovalo do druhé etapy a bylo nainstalováno dalších 19 systémů podél čtyř celostátních tratí. Když byly kompenzátory přepnuty do automatického režimu, celková proudová spotřeba celé sítě byla snížena o více než 50 %, z přibližně 7000 A na 3000 A. Také bylo dosaženo plné korekce sítě, což vedlo ke zvýšení účiníku, ke zlepšení kvality elektrické energie a k významným finančním úsporám za energii včetně zrušení penalizací. Snížením proudového odběru lze nyní použít menší transformátory pro stejné zatížení nebo navýšit zatížení při použití stávající rozvodny. To umožňuje TCDD na stejném úseku provozovat více vlaků na trati a odbavit více vlaků na vlakových stanicích. „Díky kompenzaci elektrické energie v jednotlivých stanicích lze dosáhnout 20% až 30% úspory v investiční fázi, a to prostřednictvím menších trafostanic i vedení pro nižší zatížení, včetně související infrastruktury a údržby,“ konstatuje ředitel společnosti Blue Panther. Obdobný systém se nyní instaluje rovněž v Bulharsku. Stejnosměrný versus střídavý Železniční napájecí soustava (trakční soustava) představuje soubor technických zařízení, které slouží k přenosu elektrické energie ze stabilní soustavy do drážních vozidel. V počátcích elektrické trakce rozvíjela každá železniční společnost svůj vlastní napájecí systém. K jedinému sjednocení došlo mezi německy mluvícími zeměmi – Německem, Rakouskem a Švýcarskem. Rozvoj polovodičové techniky a elektrotechniky po II. světové válce dovolil zvládnutí napájení napětím s průmyslovým kmitočtem 50 Hz, což vedlo v některých zemích, včetně Československa, k zavedení druhého napájecího systému. Z výše uvedených důvodů tak nalezneme v evropských zemích napájecí soustavy stejnosměrné (třebas 3 kV, 1,5 kV, do 1000 V či 1,2 kV), respektive střídavé (například 25 kV, 50 Hz, 15 kV, 16,7 Hz). Rozdílným napájecím soustavám odpovídá i rozdílná elektrická výzbroj lokomotiv. Pro průjezd tratěmi s více napájecím soustavami jsou konstruovány speciální vícesystémové lokomotivy. Jejich význam roste i v souvislosti se sjednocovací politikou Evropské unie a tím i vzrůstem dálkové přepravy. V poslední době, právě se zavedením vysokorychlostní dopravy, stoupá energetická náročnost vozidel, stejnosměrné systémy se tak ocitají na hranicích svých možností, a proto další země i přes nutnost použití vícesystémových vozidel zavádějí střídavé napájecí soustavy. Bude zajímavé sledovat, jak tento nenápadný souboj dvou trakcí v blízké budoucnosti dopadne.