Brze pruge

Razloge za ovakva predviđanja treba tražiti u sve učestalim najavama da rezervi fosilnih goriva ima sve manje. Alternative, kao što su gorive ćelije su još uvek skupe da bi se ugrađivale u automobile, a solarnim modulima nedostaje još istraživanja. Električna energija koju dobijamo iz elektrana za sada jedina prava alternativa fosilnim gorivima nameće se kao realno rešenje. Njena upotreba u manjim pogonima kao što su automobili je vrlo ostvariva. Primera radi, laboratorija za elektromotorne pogone i pretvarače Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu je u saradnji sa pojedinim srpskim fabrikama u model Yuga ugradila asinhroni motor. Projekat je bio dosta uspešan, ali ne toliko kao i projekti General Motorsa ili nekih vodećih japanskih automobilskih kompanija. Oni imaju itekako veći budžet. Ova tkz. ZEV (Zero Emission Vehicles-vozila sa nultom emisijom) vozila za sada nemaju baš neku zavidnu brzinu. U budućnosti brzina i sigurnost putovanja će svakako biti prioritetna.

Potrebe ljudi da velika rastojanja kao što su, recimo, sa jednog na drugi kraj Evrope, pređu za što kraće vreme otvara neke druge poglede na stvari. Kao odgovor na gorući problem našla se železnica. Ne ona stara tandrkava i spora, koju većina u Srbiji poznaje, već super železnica. U budućnosti će se rastojanja od 3000 kilometara bez problema savlađivati za pet do šest sati. Danas nije sve toliko brzo, ali napredak u železničkom saobraćaju je itekako osetan. Zbog toga realno je nadati se ovakvom razvoju događaja. Postoje dva pristupa u pogledu razvoja železnica. Jedan je na bazi konvencionalnih železnica, kao što su japanski Šinkansen (New Trunk Line-bukvalno znači linija novog prtljažnika) i francuski TGV-a (train à grande vitesse-voz velike brzine) karakteristični za veći deo Zapadne Evrope, Japan i drugi tkz. MAGLEV, u upotrebi u Nemačkoj, SAD-u, Kini, Japanu i Koreji.

Modeli japanskih lokomotiva

Šinkansen je japanski pristup ubrzavanju običnih vozova. Njihova brza pruga je proradila sedamnaest godina pre francuskog TGV-a a reč je o sličnoj tehnologiji. Konstrukcija prve linije je započela 1959. i to radom na liniji Tokaido koja povezuje Tokio i Osaku, a eksploatacija je započela prvog oktobra 1964. baš pred Olimpijadu u Tokiju. Za četrdeset godina do 2004. samo na ovoj liniji je prevezeno oko 4,16 milijardi putnika. Brzina ovih kompozicija je u početku dostizala, u to vreme zavidnih 200 km/h, dok je danas obično oko 300 km/h. Za ubrzanje vozova odgovorne su sve bolje karakteristike kompozicija po pitanju savlađivanja otpora kretanja. Šinkasen lokomotive su doživele velike promene od 1964. godine. Jedna od prvih serije 100 ne razlikuje se previše od današnjih, ali zato novije serije 300, 500, 700 više liče na nešto što smo gledali u SF filmovima, a ne na lokomotivu.

Šinkansen linije se uglavnom koriste za povezivanje većih gradova na ostrvima Honšuu i Kjušuu. U planu su povezivanja sa ostalim ostrvima i ubrzavanje kompozicija do 360 km/h. Ove linije se koriste isključivo za putnički saobraćaj, a linije ne rade od ponoći do 6 časova izjutra. Ovaj period se koristi za obavljanje poslova značajnih za održavanje sistema stanica i pruga. Korisnici linija su u najvećem broju radnici koji svakog dana putuju do svojih radnih mesta. Srednje vreme kašnjenja je u 2003. godini iznosilo 6 sekundi u odnosu na predviđeno vreme. Dužina ovih kompozicija je do 400 metara, a toliko su od prilike dugačke i stanice.

Na bazi Šinkansena osim u Japanu i u Tajvanu su konstruisane linije u za čiju je izgradnju odgovorna korporacija Kavasaki. U Kini bi ovih dana trebalo da proradi linija koju su konstruisale zajednički Kavasaki, Micubiši i Hitači. Dok je Hitači dobio posao izgradnje 108 kilometara dugačke deonice od Londona do Lamanš tunela, a na bazi Šinkansen tehnologije.

Japanski MAGLEV

Razlika između TGV-a i običnih vozova je u specijalno dizajniranim prugama koje dozvoljavaju velike brzine i do 320 km/h. TGV vozovi se mogu kretati i po konvencionalnim prugama, ali je tada brzina, iz bezbednosnih razloga, ograničena na maksimalnih 220 km/h. Ova mogućnost, da mogu koristiti i obične pruge je i glavna prednost u odnosu na MAGLEV vozove o kojima će biti reči kasnije. Prečnici krivina koje se nalaze duž pruga TGV vozova su mnogo veći u odnosu na standardne pruge i zbog toga je centrifugalna sila, koja se ima pri velikim brzinama u krivinama znatno manja. Takođe osovine vozova su malih težina, vagoni su zglobno povezani, a lokomotive su opremljene izuzetno moćnim elekromotorima. Motori sa primenom u železnici u Francuskoj se napajaju naizmeničnom strujom visokog napona (25kV). Postoje neki izuzeci, manje linije koje se kreću u okolini Pariza i koje koriste jednosmerno napajanje sa naponom 1.5 kV. Moćna železnička mreža Francuske zahteva veliku potrošnju električne energije, koju ova zemlja sebi može da priušti jer struju proizvodi uglavnom u nuklearnim reaktorima. U svetu se danas dve trećine ako ne i svih 70% ukupne proizvodnje električne energije potroši na rad električnih motora.

Signalizacija i komunikacija sa TGV vozovima je takođe priča za sebe. Postoji sistem koji električnim pulsiranjem kroz šine šalje informacije o brzini i o ostalim bitnim podacima operateru u kontrolnoj sobi. Ovaj sistem automatizacije ne umanjuje moć kontrole mašinovođi, već povećava stepen bezbednosti TGV vozova. Zbog ovakvog obzira prema bezbednosti od polaska prvog TGV voza do danas nije zabeležena nikakva nesreća. Kada dođe do prelaska sa TGV šina na obične, vrši se signaliziranje i prelazak na oubičajeni način upravljanja. Kako je izuzetno pouzdan i brz, ovakav vid putovanja je i popularan mahom među poslovnim ljudima, u početku ciljnoj grupi korisnika. Vremenom kako je rasla platežna moć stanovništva TGV je postajao sve popularniji i među radnicima, turistima, studentima. TGV se ne koristi za prevoz tereta. Izuzetak su male serije na liniji Pariz-Lion koji se koriste za potrebe pošte.

Kako je sve počelo? Ideja je prvi put predstavljena još 1960. posle početka konstruisanja japanske pruge Šinkansen 1959. Prva zamisao je bila da se TGV pokreće moćna gasna turbina i prototip TGV 001 je bio i jedina mašina sa tom vrstom motora. Od te ideje se brzo odustalo jer je nastupila velika naftna kriza 1973. Ipak TGV 001 je pružio veliki doprinos omogućivši konstruktorima da ispitaju ponašanje kočionog sistema, aerodinamiku, itd. Najveća brzina koju je on dostigao je bila 318 km/h što je u ono vreme bilo impresivno za jedan voz. Posle mnogobrojnih ispitivanja 27. septembra 1981. puštena je u rad prva linija Pariz-Lion. Zatim su usledile i druge linije povezavši Pariz sa ostalim gradovima Francuske, ali i sa drugim gradovima Zapadne Evrope. Tako je 1994. počeo sa radom Eurostar - britanska verzija brzih pruga povezujući tako London i Pariz sa prosečnim vremenom putovanja od dva sata i petnaest minuta. U projekat povezivanja Evrope su uključene i Belgija, Nemačka, Holandija, Italija, Švajcarska a od skora i Španija i Portugalija. Poteškoće pri promenama naponskih nivoa, koji nisu isti u svim državama kroz koje prolaze ove mašine, rešene su uvođenjem trostrujnog, a u pojedinim slučajevima i četvorostrujnog sistema napajanja elektromotora.

Dimenzije ovakvih vozila kao i podaci o dostignutim brzinama su zaista impresivni. Mase kompozicija se kreću između 383 tona koliko imaju kompozicije na liniji TGV Réseau “Mreža” (Pariz-Brisel-Amsterdam) do 752 tone na liniji Eurostar Three Capitals (London-Pariz-Brisel). Dužine su od 200 m do 393.7 m koliko je dugačka Eurostar kompozicija, a širine su uglavnom ujednačene od 2.81-2.9m. Najveću nosivost ima Eurostar, koja prima 794 putnika. Brzine u odnosu na dimenzije su uglavnom iste i nalaze se na 300-320 km/h, međutim najveća brzina ovakvih vozova i istovremeno svetski rekord za konvencionalne vozove je postignut na eksperimentalnoj pruzi i iznosi 515.3 km/h (1990). Ciljna brzina ovog tipa prevoza za budućnost je oko 350 km/h dok bi broj putnika trebalo da bude oko 450, iz bezbednosnih razloga.

Nemaèki Maglev u akciji

MAGLEV ili magnetic levitation (magnetska levitacija) je potpuno drugačiji pristup u pokretanju električnih motora. Kako je za potrebe razvijanja velikih brzina potrebno smanjiti otpore koji se opiru kretanju, inženjeri su pristupili rešavanju ovog problema. Posebnu pažnju je trebalo obratiti na stalne otpore pri kretanju (u ležajevima, usled kotrljanja pogonskog točka i usled otpora vazduha) i na povremene otpore kretanja (otpore u krivini i otpore pri usponu). Otpor vazduha je umanjen time što su vozila konstruisana tako da budu podesnih oblika i malih koeficijenta trenja za vazduh. Rešenje za ostale otpore je viđeno u primeni magnetne levitacije. Dok kod običnih električnih motora imamo statični deo, stator i rotirajući deo, rotor kod takozvanih “linearnih motora” zasnovanih na MAGLEV tehnologiji ništa ne rotira. Ipak vozilo pokretano na ovaj pogon se itekako kreće. Radi lakšeg razumevanja principa rada ovih motora, podsetite se šta se dešava kada dva istorodna kraja stalnih magneta, N-N ili S-S, pokušate da spojite ili kada približite dva raznorodna kraja, N-S. Suprotni će se privlačiti a istorodni će se odbijati.

Za pokretanje se koriste motori konstruisani tako da je “stator” ugrađen u prugu, a “rotor” se nalazi na vozilu. Naime sliku o konstrukciju ovakvih motora možete dobiti ako stator motora u mislima presečete uzduž i razvijete ga duž pruge. Poseban sistem elektromagneta ima zadatak da održava kompoziciju u levitaciji. Kretanje ovakvih vozova je moguće samo po specijalno izgrađenim prugama, dok su na običnim neupotrebljivi. Kompozicije levitiraju na visinama od jednog do desetak centimetara, a brzina koju razvijaju dostiže vrednost od 500 km/h. Rekordna brzina je zabeležena 2. decembra 2003. kada je kompozicija, u Jamakaši test centru, letela 581 km/h. To danas predstavlja svetski rekord za železnicu. Poređenja radi Boing 777 koji se koristi za interkontinentalne letove dostiže maksimalnih 905 km/h. Ovakva tehnologija je dosta zastupljena u Nemačkoj (Transrapid), Japanu i Koreji (Rotem). Inženjeri, koji razvijaju ovu tehnologiju, predviđaju da će uskoro razdaljina koju će “premostiti” vozila ovog tipa biti i do 1500 km.

Prva svetska “pruga” na bazi magnetne levitacije koja je korišćena u komercijalne svrhe je izgrađena u Birgingemu u Velikoj Britaniji 1985. Bila je duga 600 metara i povezivala je aerodrodrom sa obližnjom železničkom stanicom. Mali šatl je levitirao na visini od 15 milimetara. Ipak zbog brojnih problema posle 11 godina zamenjen je običnim vozom.

Najviše uspeha je imao nemački Transrapid koji je zaslužan za izgradnju Šangajske pruge dužine 30 kilometara koja povezuje centar Šangaja i novi šangajski aerodrom u Pudongu. Ovom vozu je potrebno 2 minuta i svega 5 km da od 0 ubrza do 300 km/h. Maksimalna dostignuta brzina na ovoj pruzi iznosila je 501 km/h. Do 2010 planirano je produženje ove pruge na oko 160 km. Transrapid je imao problema sa kineskim inženjerima koji su decembra 2004 usred noći upali u prostoruje Transrapida i izvršili merenja voza, pa čak i snimili ceo incident.

Japanski JR Maglev ima malo drugačju tehnologiju. Oni koriste superprovodne magnete koji su im omogućili da postave svetski brzinski rekord. U Japanu je, takođe, 2005. sagrađena linija Linimo za potrebe sajma Expo 2005.

I u ostalim delovima sveta se užurbano radi na razvijanje ove nove tehnologije. U Koreji će do 2007. biti završeni radovi na Rotem-u, njihovoj prvoj komercijalnoj liniji. U Americi se takođe vrši veliki broj istraživanja u ovoj oblasti. U jednom eksperimentu, putnik koji je putovao vozom koristeći prugu koja povezuje krajeve jednog od njihovih Megalopolisa stigao je desetak minuta kasnije od drugog koji je outovao avionom.

Evropska unija je napravila studiju koja je imala za zadatak da razmotri izgradnju MAGLEV pruga koje bi povezale veći deo Evrope. Jedna grana te mreže bi po njihovoj studiji prošla i kroz Srbiju i imala bi stanice u Beogradu i Nišu. Na nedavnoj sednici u Briselu izgradnja naše putne i železničke infrastrukture dobila je titulu prioriteta.

Ova tehnologija i nije baš toliko nova. Patent na nju su dobila dva Amerikanca još u oktobru 1969. Prepreku daljem i razlog sporog razvijanja ovog tipa prevoza predstavljaju loše karakteristike postojećih materijala i još uvek slabo, za potrebe MAGLEV-a, razvijena precizna elektronika.

Na prvi pogled izgradnja infrastrukture za ovakve železnice je skupa, 37.5 miliona dolara po kilometru za brze i 18.75 miliona dolara po kilometru za spore MAGLEV vozove. Međutim istraživanja pokazuju da energija koju bi potrošili automobil i avion za prelaženje iste deonice bilo potrebno tri puta više u slučaju automobila odnosno pet puta više u slučaju aviona u odnosu na MAGLEV vozove. Zatim količina novca potrebna za izgradnju aerodromske infrastrukture, je takođe ogromna. Buka koju ovi vozovi proizvode je višestruko manja i skoro da je nema. Pruge se lako mogu prilagoditi terenu, a ne kako je do sada bio slučaj sa teren prugama. Usponi koje ovi vozovi mogu da savladaju dostižu i do 10%, što je impresivno za ovaj vid prevoznog sredstva.

Nema sumnje da će nakon ubzavanja protoka informacija svet težiti i ka „skraćivanju“ rastojanja. Svi znamo koliko dnevno izgubimo vremena u prevozu. To „izgubljeno“ vreme bi mogli da iskoristimo za odmor koji nam itekako treba. Putovanje brzim vozovima ima mnogobrojne prednosti, počev od toga da su postojeće železničke stanice uvek u centru grada, da nema čekiranja karata i ostalih problema karakterističnih za putovanje avionom. Zatim tu je problem parking mesta za vaš automobil, a baš imate obaveza u centru, itd. Takođe u sve većoj nestašici fosilnih goriva moraćemo se okrenuti ka izvorima energije koji su nam dostupni. Da li će to biti električna energija ili ne ostaje da vidimo u bliskoj nam budućnosti. U svakom slučaju ja navijam za brze pruge.