Testul de 1.000 de km/h care a readus în discuție trenurile la fel de rapide precum avioanele. ”Borna” de 320 km/h a TGV-urilor

De ce TGV-ul francez nu rulează cu mai mult de 320 de kilometri la oră, deși trenurile pot mult mai mult? De ce un tren prea rapid poate fi și foarte periculos și nepopular?

În august, presa internațională a scris despre un test făcut de chinezi cu un tren de foarte, foarte mare viteză sau un „ultra high-speed maglev”. Nu s-a comunicat ce viteză a fost atinsă, dar s-a spus că acel vehicul ar fi capabil pe viitor să atingă 1.000 de kilometri la oră. Tunelul de teste avea doar 2 kilometri lungime, așa că nu avea timp și spațiu să se apropie de viteze „aviatice”.

Cele mai rapide trenuri din lume ating în peste zece țări viteze mai mari decât un avion la decolare – 250-260 de kilometri la oră. Dar nu există vreun tren care la sol să se apropie de vitezele de 800 – 1.000 de kilometri la oră, atinse de avioane în zbor. În China, cele mai rapide trenuri de pasageri rulează cu 350 de kilometri la oră, iar în Franța, cu 320 de kilometri la oră.

În România, cele mai rapide trenuri care au circulat vreodată au trecut de 200 de kilometri la oră, însă au fost doar câteva trenuri de test. Un tren a atins 209 km/h în 1975, între Buftea și Periș. Între stațiile Buda și Florești (Prahova) a fost depășit pragul de 200 km/h în anii ’70, în 1984, în 1997, dar și în 2003.

Pe 9 iunie 2023, CFR SA anunța că o locomotivă a atins viteza de 210 km/h. Suna a păcăleală de 1 aprilie și, chiar dacă nu era eronată, știrea avea un context special: totul s-a întâmplat pe circuitul de teste de la Făurei, unde s-au făcut o serie de lucrări în primăvara anului trecut.

În rest, câteva trenuri de pasageri ating 160 km/h pe linia București – Constanța și 140 km/h pe București – Ploiești, Deva – Arad și Sighișoara – Simeria. Sunt însă doar câteva trenuri pe zi, sub un procent dintre toate trenurile care circulă zilnic prin România. Se vorbește și despre un tren de mare viteză București – Budapesta, însă mai este mult până departe în țara unde sunt multe porțiuni cu viteze de maxim 40 km/h.

Cel mai apropiat TGV de România va fi în Cehia, țară ce are planuri serioase în acest sens. Și de la Polonia am avea enorm de învățat, fiindcă ei au făcut multe dintre lucrurile pe care trebuia și țara noastră să le facă, dacă ar fi dorit o rețea feroviară decentă.

Visul Maglev și costurile uriașe care-l spulberă

În prezent, cel mai rapid tren din lume atinge 431 km/h, însă rulează doar câteva minute cu peste 400 km/h, fiind vorba despre un tren Maglev care circulă pe 31 km la Shanghai. Aceste trenuri Maglev NU au contact direct cu șina, forțele de frecare fiind reduse, putând fi atinse viteze uluitoare. Trenurile avansează datorită unor câmpuri magnetice puternice, dar costurile de implementare sunt foarte mari.

Trenurile „levitează” la câțiva centimetri de sol. Costurile de construcție ating câteva zeci de milioane de dolari/km și chiar pot trece de 100 milioane/km, sume enorme la care foarte puține țări s-ar „înhăma”. Nici cele mai bogate țări nu au construit linii lungi de tip Maglev pentru că nu se știa dacă vreodată investiția poate fi amortizată.

Japonia are planuri mari la capitolul linii de tip Maglev, însă până și țara care a lansat primul tren de mare viteză din lume a anunțat că amână construcția primei linii Maglev.

Cel mai rapid tren Maglev de test a atins 603 km/h în zona Yamanashi din Japonia, în 2015, iar șase ani mai târziu, un prototip de tren Maglev din China a atins 600 km/h. În februarie 2024, un alt tren Maglev a atins în China 623 km/h.

Cel mai rapid tren european de test a atins în 2007 viteza de 575 km/h, fiind vorba de un TGV francez puternic modificat. Trenuri de test au depășit 400 km/h în Spania, Italia și Germania.    

De ce vitezele mari aduc costuri mari și probleme pe măsură

Am vrea cu toții trenuri super-rapide, dar de cele mai multe ori asta înseamnă costuri extrem de mari cu construcția și cu energia și mai multă uzură la instalațiile căii ferate.

În domeniul feroviar se spune că peste viteza de 160 km/h, la fiecare 10 km/h adăugați, costurile de exploatare se dublează, așa că la 200 km/h viteză comercială putem vorbi chiar și despre costuri de exploatare de 7 – 8 ori mai mari.

La o linie convențională pe care trenurile pot atinge 200 km/h trebuie făcute verificări mai dese, trebuie sisteme de siguranță mai scumpe și sisteme de gestiune a traficului mult mai avansate și automatizate. Mult mai scumpe sunt vagoanele, locomotivele și ramele electrice care pot atinge 200 km/h.

Dacă viteza crește riscul crește și el

Ideea de a avea trenuri Maglev care să depășească viteze de 800- 1.000 km/h cu pasageri este atrăgătoare, însă pare desprinsă din filmele de „science fiction”. Este tare complicat, scump și riscant.

Țări precum SUA, Rusia, Australia sau Canada nu au trenuri ce pot rula cu 300 km/h, deși ar fi avut bani să facă astfel de linii.

Japonezii aveau în plan să deschidă în 2027 o linie de tren Maglev între Tokyo și Nagoya, cu viteze maxime de 500 km/h. Anunțul din luna aprilie indica anul 2034 ca fiind, în cel mai bun caz, anul din care aceste trenuri vor fi circula, în loc de anul 2027. Costurile estimate trec de 60 miliarde dolari și proiectul a fost blocat și din cauza problemelor de mediu pe care uriașele șantiere le-ar ridica.

Care sunt problemele? Multe și importante. Motoarele trebuie să genereze o forță enormă pentru a accelera și menține trenul la o astfel de viteză. La viteze atât de mari, chiar și cele mai mici fluctuații pot duce la instabilitate. Sistemele de control trebuie să fie extrem de precise.

Pentru a atinge viteze atât de mari, trenul ar trebui să circule în tuneluri vidate pentru a reduce la maxim rezistența aerului. Construcția unor astfel de tuneluri pe distanțe lungi este nu doar scumpă, dar și complicată din punct de vedere al ingineriei. La cele mai scumpe tuneluri construite în Alpi costurile pe km au trecut de 25 milioane euro. Linia trebuie să fie dreaptă așa că trebuie făcute expropieri, ceea ce durează și costă.

Francezii au renunțat la accelerarea trenurilor TGV

Acum 16 ani, francezii de la SNCF spuneau că trenurile TGV ar putea circula cu 360 km/h „în 7-8 ani” pe câteva linii, dar viteza maximă este și în prezent de 320 km/h, iar în octombrie anul trecut a fost atinsă și de un tren de test de nouă generație: TGV M. Aceste trenuri sunt capabile de 350 km/h, însă costurile cu energia electrică ar fi mult prea mari, cu atât mai mult cât energia s-a scumpit în ultimii trei ani. Marea miză la cele mai noi generații de trenuri super-rapide este să aibă un consum mai mic de energie în timpul rulării la vitezele maxime comerciale posibile.

TGV-urile nu rulează cu mai mult de 320 km/h din mai multe motive, unul fiind că uzura căii de rulare s-ar accelera și ar fi nevoie de reparații costisitoare, dincolo de mentenanța care se face în mod normal.

Cele câteva minute care s-ar câștiga prin mărirea vitezei nu ar justifica cheltuielile necesare, iar vitezele medii ale trenurilor TGV deja sunt 240 – 260 km/h pe distanțele foarte lungi. Un accident la un test din 2015 a arătat cât de periculoasă poate fi viteza în exces când nu e bine gestionată, iar datoriile uriașe acumulate de SNCF au dus la scăderea puternică a investițiilor în construcția de linii noi de mare viteză.

Frânarea unui TGV necesită o distanță uriașă: un tren francez care rulează cu 320 km/h are nevoie de 3,3 km pentru a opri, folosind frânarea de urgență.

Când China a spus STOP creșterii vitezelor

China a construit peste 40.000 km de cale ferată de mare viteză în 17 ani, având mai mulți kilometri decât toate țările lumii la un loc. Doar China putea investi mai mult de 1.000 de miliarde de dolari în căi ferate, fiindcă este un mediu cu totul diferit de Europa de Vest sau SUA.

În 2016, vitezele de pe rețeaua chineză au urcat pe mai multe tronsoane la 350 km/h și se dorea ca vitezele să ajungă la 380 km/h, dar s-a renunțat, fiindcă ar fi fost prea mari costurile cu energia, cu mentenanța și cu siguranța. În plus, 350 km/h deja este o viteză extrem de mare și creșterea la 380 km/h nu ar aduce mari câștiguri de timp.

De exemplu, un tren care parcurge 300 de km în 68 de minute ar face doar cu 3 mai puțin dacă ar rula cu 380 km/h pe porțiunile unde acum rulează cu 350 km/h. Și în 2021 China a operat reduceri ale vitezei.

„Experții au sugerat că un consum de energie al unui tren de foarte mare viteză este proporțional cu pătratul vitezei, adică, o dată cu sporirea vitezei, consumul de energie al liniilor de mare viteză creștea enorm. Pentru trenurile cu viteză proiectată mare și multe opriri, întrucât accelerează și frânează pe distanțe lungi, ele trebuie adesea să frâneze imediat după ce au ajuns la viteza maximă. În consecință, viteză mare în timp scurt nu se traduce în timp semnificativ mai scurt pentru întreaga călătorie, dar poate duce la un consum considerabil de energie”, scrie Wang Xiong în cartea „China în epoca vitezei”.

El mai nota că practica a arătat că la trenurile cu viteză mai mică a scăzut gradul de uzură al componentelor. „Când linia de mare viteză Beijing – Tianjin a încetinit de la 330 km/h, la 300 km/h, durata călătoriei a crescut cu numai 3 minute, în timp ce uzura pieselor și componentelor a scăzut semnificativ. Înainte de reducerea vitezei, saboții de frână trebuiau schimbați o dată la cinci luni, dar acum puteau fi schimbați la fiecare opt luni”.

Trenurile prea rapide pot avea neașteptat de multe minusuri

O problemă cu trenurile de mare viteză ține și de costul biletului. De exemplu în Franța, Germania sau Spania o călătorie de 500 km poate costa și 100-150 de euro dacă biletul este luat în ziua călătoriei, iar în China, deși statul subvenționează prețul biletelor, diferențele sunt mari.

Spre exemplu, în 2012 când au început să circule trenurile Beijing – Guangzhou, prețul pornea de la 140 de dolari pentru cei 2.200 km, în timp ce la trenurile convenționale cel mai ieftin bilet era 40 de dolari. În alte țări statul nu subvenționează costul biletului.

În România, o călătorie de aproximativ 500 km cu trenul costă în jurul a 125-135 de lei la clasa a 2 a la tren de rang IR, însă durează: București – Timișoara 10 ore, București – Cluj aproape nouă ore, Brașov – Iași, cam 8 ore.

Dacă am avea tren de mare viteză Brașov – Constanța, dar biletul cel mai ieftin ar costa 70-80 de euro, ar fi puțini pasageri doritori, chiar și dacă drumul ar dura două ore. În prezent, un bilet IC costă echivalentul a 20 de euro, iar unul la IR, 24 de euro pentru Brașov – Constanța,

Pentru a fi atât de rapide, trenurile de mare viteză trebuie să oprească în cât mai puține gări, dar în acest mod unele orașe sunt „sărite din schemă” și locuitorii nu au cum beneficia de aceste trenuri.

Dacă am vrea ca cei 160 km dintre București și Brașov să fie parcurși în 40-45 de minute pe o ipotetică linie de mare viteză, acești timpi de mers nu ar putea fi atinși dacă ar fi ca trenurile să oprească și la Predeal, Bușteni și Sinaia.

În țările care au trenuri de mare viteză, unele gări speciale de TGV sunt și la 10-15 km de oraș, astfel că trebuie să iei un alt mijloc de transport și uneori avantajul de timp dispare, dacă drumul ajunge să dureze așa de mult. Pe scurt, degeaba faci 2 ore pe 300 km, dacă apoi ajungi să faci o oră pe 15 km, pentru a ajunge de la gara de TGV până în oraș.

Un alt minus, pe liniile de mare viteză pot circula doar aceste trenuri și nu și alte trenuri mai lente și cu mai multe opriri (și nici trenurile de marfă).

Tocmai de aceea, Austria – spre exemplu – a ales să nu investească în linii pe care să circule doar trenuri de tip TGV, ci a modernizat rețeaua aproape peste tot, astfel încât să fie viteze decente: cel mult 230 km/h pe câteva porțiuni, peste 100 km/h pe magistralele principale și 60-80 km/h pe liniile locale. Dar Austria a mai modernizat și liniile regionale, pentru ca naveta cu trenul să fie o variantă bună. în România sunt multe linii secundare unde viteza medie este 30-35 km/h, așa că este greu să faci naveta.

Probleme tehnice care dau dureri de cap

La trenurile de mare viteză, deși formele aerodinamice au fost „rafinate” de-a lungul timpului, a se vedea „nasul” spectaculos al trenurilor japoneze, forța de frecare crește puternic când crește și viteza, iar trenurile trebuie să aibă motoare extraordinar de puternice pentru a rula pe șine cu peste 400 km/h. Și costurile cu energia electrică cresc, în plus, catenara (sistemul de suspensie a rețelei electrice aeriene de cale ferată) costă mult mai mult, fiindcă trebuie să fie construită din materiale mai rezistente.

Testele au arătat că la viteze foarte mari pot apărea fenomene de rezonanță care pot duce la ruperea firului sau la desprinderea patinei de fir, cu efecte negative asupra alimentării cu energie. Viteza este limitată de masa catenarei, forțele de întindere și de forța de apăsare a patinei. Extinderea limitei de viteză dată de catenară este posibilă prin creșterea tensiunii mecanice din fir, iar la viteze mai mari de 350 km/h sunt necesare materiale mai scumpe.

La trenurile de mare viteză sunt mari investițiile în elementele de suprastructură a căii ferate, fie că este vorba despre terasament, de prisma căii (stratul de piatră spartă în care sunt înglobate traversele), de traverse sau de șine. Toate trebuie să fie de super-calitate, pentru că nu ar rezista altfel la atâta presiune și la șocurile induse de cele mai mari viteze feroviare.

Sursa foto: Dreamstime.com