Spojení železnice a energie ze Slunce představuje ideální kombinaci. Fotovoltaika díky své nízké ceně a vysoké flexibilitě umožňuje snížení nákladů a zvýšení konkurenceschopnosti tohoto efektivního a ekologického způsobu dopravy. Článek připomíná význam železniční dopravy v České republice a hledá možné způsoby využití fotovoltaiky v tomto sektoru.

Železnice patří obecně mezi jeden z energeticky nejefektivnějších a současně nejekologičtějších způsobů přepravy osob i nákladu vůbec. Dle loňského reportu Mezinárodní energetické agentury zajišťuje globálně přibližně 8 % přepravního výkonu v osobní a 9 % v nákladní dopravě. Spotřebuje přitom pouhá 3 % energie v oblasti dopravy.

Z tohoto důvodu byl stanoven celoevropský cíl převést do roku 2030 30 % současných výkonů silniční nákladní dopravy (s délkou přepravy nad 300 km) na železniční nebo vodní dopravu. Do roku 2050 by tento podíl měl následně vzrůst na 75 %. Srovnáme-li možnosti železniční a vodní dopravy v České republice, pak např. existující železniční spojení ve stopě ještě nedávno plánovaného kanálu Dunaj–Odra–Labe nabízí pro účely nákladní přepravy zhruba desetinásobnou kapacitu. To vše při výrazně vyšší nákladové i energetické efektivitě. Realitou je, že už dnes železnice doslova zachraňuje mnohé podniky, kterým nabízí přijatelnou alternativu za drahou a nespolehlivou vodní a leteckou nákladní přepravu.

V oblasti osobní železniční dopravy si nově vzniklé sdružení dopravců dalo za cíl zvýšit podíl tohoto způsobu dopravy z dnešních 9 na 14 % a přiblížit se tak úrovni vyspělých evropských zemí. Mezi jednu z dalších priorit patří i rozvoj vysokorychlostních tratí. Ty by do budoucna měly umožnit zvýšení maximální rychlosti vlakových souprav až na 320 km/h.

Mapa plánovaných úseků vysokorychlostních tratí v ČR
FOTO: Správa železnic

Kromě plánovaných vysokorychlostních úseků disponuje ČR více než 9500 km železničních tratí, na kterých operuje celá řada nákladních a osobních dopravců. Problémem, kterému budou do budoucna čelit provozovatelé železniční infrastruktury i jednotliví dopravci, jsou zvýšené provozní náklady spojené s růstem cen elektřiny a paliv.

Jedním z možných způsobů, jak tyto náklady snížit, je zapojení obnovitelných zdrojů energie (OZE), zejména fotovoltaiky (FV). Ta zaznamenala v posledních letech pokles sdružených nákladů na výrobu elektřiny o přibližně 90 %. I když lze v letošním roce očekávat mírné zvýšení těchto nákladů (o cca 10 až 15 %), stále se v našich podmínkách bude jednat o jeden z nejlevnějších zdrojů energie. To poskytuje dostatečný prostor jak pro úspory provozních nákladů, tak motivaci pro investory při realizaci projektů tohoto typu.

Srovnání sdružených nákladů na výrobu elektřiny mezi lety 2009 a 2020
FOTO: Fakta o klimatu

FV je současně velmi flexibilní co se možných způsobů využití týče. V případě železniční dopravy lze mluvit například o těchto oblastech:

  • Napájení bezdrátových senzorů napojených na železniční infrastrukturu.
  • Napájení prvků bezdrátové železniční komunikace (systém GSM-R).
  • Napájení prvků zabezpečovacího zařízení.
  • Krytí vlastní spotřeby v drážních budovách.
  • Napájení pomocných systémů kolejových vozidel (vnitřní osvětlení, ventilace, klimatizace apod.).
  • Pohon samotných kolejových vozidel.

Pro použití FV v oblasti pohonu kolejových vozidel hovoří mimo jiné tyto skutečnosti:

  • Existující hardware. Velká část kolejových vozidel jsou z principu "elektromobily".
  • Zmíněná vysoká energetická efektivita umožňující účinné využití takto vyrobené energie. Dle v úvodu zmíněného reportu Mezinárodní energetické agentury vyžaduje železniční doprava přibližně dvanáctkrát méně energie na osobokilometr v porovnání s leteckou nebo osobní automobilovou dopravou.
  • Kolejová vozidla operují v definovaných trasách, kde lze velmi dobře predikovat energetické toky a úměrně tomu dimenzovat použitou energetickou technologii.
Elektrická jednotka řady 450 společnosti South Western Railway míjí na cestě do stanice Portsmouth Harbour střešní FV instalaci
FOTO: mattbuck / Creative Commons / CC-BY-SA

Kromě zmíněného se nabízí synergický efekt s dalším rozvojem OZE: denní špička výkonu FV elektráren je do značné míry shodná se špičkou poptávky po elektřině pro vlakovou dopravu. Elektřinu vyrobenou v těchto elektrárnách lze za určitých podmínek využít k přímému napájení trakční soustavy (bude detailněji řešeno v jednom z dalších dílů), aniž by to vyžadovalo jakékoliv úpravy na kolejových vozidlech. Toho lze využít mimo jiné v případech, kdy budování nových FV elektráren naráží na problémy s připojením k elektrické síti z důvodu její nedostatečné kapacity v dané oblasti.

V případě neelektrifikovaných tratí lze zase využít vozidel vybavených palubními bateriemi. V čase, kdy tato vozidla budou mimo provoz, je možné využít kapacity jejich baterií pro účely stabilizace elektrizační soustavy.

Využití FV v kolejové dopravě má kromě svých pozitiv také stinné stránky. Patří mezi ně např. tyto:

  • Zavádění nových technologií do relativně konzervativního prostředí, které se současně vyznačuje vysokými nároky na bezpečnost. S tím také souvisí množství specifických předpisů, kterými je nutné se řídit.
  • Nestálost výroby z FV v čase a s tím spojená nutnost použít v některých případech vhodně dimenzovaný systém pro ukládání energie, což zvyšuje investiční i provozní náklady.
  • Zvýšené znečištění fotovoltaických panelů, nacházejících se v bezprostřední blízkosti železnice, tzv. polétavou rzí (anglicky industrial fallout). Zdrojem polétavé rzi je obrušování kolejí, případně trolejového vedení.
Železniční svršek pokrytý vrstvou polétavé rzi
FOTO: Max Pixel

I přes existující omezení může FV významně přispět ke zvýšení konkurenceschopnosti a udržitelnosti tohoto způsobu dopravy. Další díly tohoto seriálu budou řešit konkrétní příklady využití FV v železniční praxi.



Autor: Ondřich Sklenář (autor je analytikem Asociace pro mezinárodní otázky)

FOTO: Deutsche Bahn