1.2 Экологически чистый высокоскоростной железнодорожный транспорт

Новый импульс развития железнодорожного транспорта связан с широким использованием высокоскоростных железнодорожных магистралей. К высокоскоростным железнодо­рожным магистралям относят специализированные ли­нии, предназначенные для регулярной коммерческой эксплуатации поездов со скоростями движения более 200 км/ч, как правило, 250-300 км/ч.

В последней трети XX века высокоскоростной железнодорожный транспорт получает широкое распространение в целом ряде стран Европы и Азии.

При общем сокращении протяжен­ности железных дорог в мире во второй половине XX столетия и в начале XXI века длина линий высокоско­ростного наземного транспорта (ВСНТ) ежегодно увеличи­вается. В настоящее время длина линий ВСНТ составляет более 7 тыс. км, из них в Европе — 4083 км, по которым ежедневно в коммерческой эксплуатации со скоростью свыше 200 км/ч выполняют рейсы более 2 тыс. поездов. Высокоскоростные поезда обслужи­вают и модернизированные существующие линии железнодорожного транспорта общей протяженностью около 20 тыс. км [6].

Первая высокоскоростная железнодорожная магистраль была построена в 1964 г. между Токио и Осакой, в Европе — во Франции между Парижем и Лионом в 1981 году. В Европе от строительства наци­онального ВСНТ перешли к реализации международных проектов, первыми из которых стали маршруты Париж — Брюссель — Кёльн и Амстердам, Лон­дон — Париж и Брюссель [7].

В 1986 г. рабочей группой железнодорожного транспорта Комитета по внутреннему транспорту ООН было разработано Европейское Соглашение о магистральных железнодорожных линиях, к которому присоединился и Советский Союз.

Первые научные и проектные исследования по организации высокоскоростного наземного транспорта в СССР, начались в конце 1960-х годов. Только в 1987 году появи­лась концепция создания специализиро­ванных железнодорожных магистралей для движения поездов со скоростью 300-350 км/ч, а в следующем году получила одобрение государственная научно-тех­ническая программа «Высокоскоростной экологически чистый транспорт» [2,8], которой предполагалось сооружение высокоскоростной пассажирской линии Ленинград — Москва — Крым и Кавказ.

В 1991 году для реали­зации проекта первой российской магистрали ВСНТ Санкт-Петербург — Москва было образо­вано Российское акционерное общество «Высокоскоростные магистрали».

В 1995 году рядом изыскательских и проектных ин­ститутов «при участии ряда вузов было подготовлено технико-экономическое обоснование высокоскоростной линии Санкт-Петербург — Москва [9], которое успешно прошло все установленные государственные эк­спертизы. Уже были начаты работы по подготовке к рабочему проектиро­ванию магистрали ВСНТ, однако социально-экономический кризис 1990-х годов не позволил завершить проект.

Сегодня приходится констатировать техни­ческое и технологическое отставание России в сфере высокоскорос­тного наземного железнодорожного транспорта. Однако имеется определенная научная и инженерно-техническая база, разработанная в 1980-2000 годы. Можно утверждать, что основные инженерные решения, принятые в технико-экономическом обосновании магистрали ВСНТ Санкт-Петербург - Москва (1990-1995 гг.) [10], соответствуют современному уровню. Тоже можно утверждать относительно научных и конструкторских решений использовавшихся при создании отечественного высо­коскоростного поезда «Сокол» [11].

Для преодоления техни­ческого и технологического отставания России в сфере ВСНТ нужна долгосрочная национальная программа на­учных исследований и экспериментов в этой области, которая объединит усилия всех отраслевых, учебных, академических и других организаций. Очевидно, что отечественным ученым и инженерам по силам разработать свои, не менее эффек­тивные образцы высокоскоростного подвижного состава.

Для активного внедрения высокоскоростного движения на сети железных дорог России разработан проект долгосрочной программы развития скоростного и высокоскоростного движения на сети железных дорог [12,13], главной целью которой является повышение скоростей движения пассажирских поездов, уровня и качества пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте.

Программа развития ВСНТ на сети железных дорог на перспективу до 2020 года [13], принятая ОАО «РЖД», предполагает поэтапное повышение скоростей движения 140-160-200 км/ч на существующих железнодорожных линия, а также развитие скоростного движения со скоростями свыше 200 км/ч.

Например, на участке Санкт-Петербург-Москва движение будет осуществляться с максимальной скоростью 250 км/ч. В качестве перспективных и при­оритетных для организации высокос­коростного железнодорожного движе­ния определены направления Москва — Санкт-Петербург, Москва — Красное — Брест —Москва — Юг(Ростов-на-Дону и Адлер), Москва — Нижний Новгород —Екатеринбург (см. рис. 1.3).

В качестве прототипа подвижного состава ВСНТ для российских железных дорог выбран высокос­коростной поезд IСЕ 3 фирмы SIEMENS, который является одной из лучших машин в Европе (рис. 1.4).

Рис.1.4 Высокоскоростной поезд Velaro.rus (Сапсан)

ВСНТ сравнивают со ско­ростным автомобильным, авиационным транспортом, а в перспективе — и с системами на магнитном подвешивании при их использовании в определенных транспортных нишах [7]. Под нишами пони­мают диапазоны расстояний и скоро­стей, в которых данный вид транспорта в условиях конкуренции обеспечивает наибольшие безопасность, комфортность и экономичность поездки пассажира при наименьшем времени в пути.

Почти все магистрали ВСНТ в мире введены в исторические центры крупных городов или же высокоскоростные поезда по соединительным линиям следуют на существующие центральные вокзалы. В сравнении с авиацией время, затрачен­ное пассажирами ВСМ на операции до начала магистральной части поездки и после ее окончания, значительно меньше, что сокращает и общее время в пути.

Главным преимуществом высо­коскоростного магнитолевитирующего транспорта является более высокое уско­рение поездов при разгоне. На маршрутах протяженностью до 600-800 км системы на магнитном подвешивании при таком же, как на ВСНТ, времени в пути (2,5-3 часа) могут обеспечить за счет большего ускорения остановку в 5-7 про­межуточных пунктах, тогда как поезда ВСНТ только в одном-двух. Это создает более благоприятные условия для привле­чения пассажиров и станет значительным преимуществом транспортных средств на магнитном подвешивании в условиях относительно плотного распределения крупных населенных пунктов по маршру­ту следования. В таблице 1.5 представлены некоторые транспортные ниши, благоприятные для использования на рынках разных стран [7].

Таблица 1.5 - Эффективные ниши для различных видов транспорта

Вид, класс транспорта	Расстояние, км	Максимальная скорость, км/ч	Время в пути, часы
Автомобильный	до 150-300	90-150	до 2,5-3
Обычный железнодорожный, вагоны с местами для сидения	до 300-400	до 160 км/ч	до 2,5-3
Обычный железнодорожный, вагоны со спальными местами	до 700- 900	до 160	до 7-82
Скоростной железнодорожный, вагоны с местами для сидения	до 400-500	до 200	до 2,5-3
Высокоскоростной железнодорожный, вагоны с местами для сидения	до 600-800	до 350	до 2,5-3
Высокоскоростной железнодорожный, вагоны со спальными местами (предположительно)	до 1500-2000	до 350	до 7-82
Авиационный	свыше 500	800-900	до 2,5-3 -* комфортное, более 3-х - вынужденное
Транспорт на магнитном подвешивании с местами для сидения (предположительно)	до 800-1000	450-500

Высокоскоростные же­лезные дороги — самый безопасный вид транспорта.

Рост интереса к развитию высокоскоростного железнодорожного транспорта обусловлен, в том числе, и его экологическими преимуществами, позволяющими уменьшить или вовсе предотвратить вредное воздействие транспортных систем на окружающую среду.

Воздействия и негативные последствия для окружающей среды от различных видов транспорта обычно рассматривается в трех аспектах: расходуемые ресурсы, экологические факторы, социальные факторы.

В таблице 1.6 представлена структура всех трех аспектов воздействий и негативных последствий для окружающей среды от различных видов транспорта.

Таблица 1.6 - Аспекты воздействий и негативных последствий для окружающей среды от различных видов транспорта

Расходуемые ресурсы	Экологические факторы	Социальные факторы
Энергетические. Материальные. Земельные. Водные. Воздушной среды	Сооружения транспортной инфраструктуры: загрязнение территорий, воды, атмосферы, нарушение природных связей, уменьшение жизненного пространства, воздействие на флору и фауну, уменьшение биопродуктивности. Воздействие транспортных потоков на окружающую среду: шум, вибрация, электромагнитное излучение, выхлоп топлива, транспортные происшествия и их последствия	Гибель, увечья и отравления людей. Усиление стрессовых нагрузок для пассажиров и профессиональные заболевания работников транспорта

Железнодорожный транспорт имеет несомненные экологические преимущества по сравнению с авиационным и автомобильным транспортом:

• электрифицированный железнодорожный транспорт обеспечивает существенное сокращение энергопотребления. По сравнению с авиацией и автомобилем для работы железных дорог не требуются жидкие энергоносители (керосин, бензин, дизельное топливо), производство которых целиком зависит от наличия нефтяных запасов. Вместе с тем, добыча электроэнергии для железнодорожного транспорта может осуществляться с применением тепловых, ядерных, приливных и других типов электростанций;

• электрическая тяга позволяет уменьшить загрязнение атмосферы и практически свести ее к нулю. По расчетам замена одной автострады эквивалентной скоростной железнодорожной магистралью позволяет сократить твердые выбросы на 150 т и газообразные – на 50 тыс. т ежегодно. Автомобильный транспорт является источником 50% загрязнения атмосферы углеводородами и окисями азота, а также 90% окисью углерода (см.табл. 1.7)

Таблица 1.7 - Выбросы вредных веществ в атмосферу в г на 1 пасс-км

Компоненты	Автомобильный транспорт	Железнодорожный транспорт
Угарный газ Оксиды азота Углеводороды Пыль	9,3 1,7 1,1 0,03	0,06 0,43 0,03 0,08

Самое большое загрязнение воздушной среды от авиатранспорта происходит в зоне аэропортов: за 1 сутки на площадь 1 км² выпадает до 0,5 т загрязнителей. Один реактивный самолет в течение одного часа потребляет 15 т топлива и 525 т воздуха, выбрасывая в окружающую среду 46,8 т углекислого газа, 18 т паров воды, 635 кг угарного газа и 2,2 кг твердых частиц. Эти вещества сохраняются в атмосфере в среднем 2 года.

Загрязнение атмосферы напрямую связано с количеством потребляемой энергии. Уменьшить его позволяет осуществление мероприятий по сокращению удельного расхода энергии локомотивами, применение оптимальных по расходу энергии режимов вождения поездов. Удельные энергетические затраты на 1 пассажиро-км в условных единицах по видам транспорта (если принять энергетические затраты традиционного железнодорожного транспорта за 1), составляют:

• скоростные железные дороги - 1,3;

• междугородние автобусы - 1,5;

• личные автомобили - 8,8;

• самолеты - 9,8.

Улучшение аэродинамических характеристик подвижного состава и использование современных средств электроники для его управления позволяет снизить расход энергии, снижая тем самым и влияние на окружающую среду. Результаты исследований показали, что на один пассажиро-километр в обычном поезде расходуется 14,9 условных единиц энергии, а в скоростном - 15,1; в то время как в туристическом автобусе - 20,4; в легковом автомобиле - 40,5; а в самолете - 50,6.

На ВСНТ обеспечивается один из самых низких удельных показа­телей потребления топлива и выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, отнесенных к единице работы [14].

Уровень шумов на скоростной железной дороге при скорости движения 250 км/ч на 5-10 дБ ниже, чем на эквивалентной автостраде. Кроме этого, железнодорожный шум, в котором преобладают высокие частоты, менее утомителен для человека, чем самолетный и автомобильный с преобладанием низких частот. К тому же железнодорожный шум имеет, большей частью, направленный характер, что дает возможность эффективно его подавлять. Например, барьеры высотой до 2 м позволяют снизить его на 10-15 дБ. Средний уровень шума скоростного поезда достигает 70 дБ. Это ниже, чем на улицах крупных городов, где уровень шума достигает 95 дБ и выше.

Проведение противошумовых мероприятий потребует применения новейших технологий: сварки рельсов и стрелочных переводов, сооружения бесстыкового пути, шлифовке рельсов для устранения их волнообразного износа; совершенствования конструкций локомотивов и вагонов с целью уменьшения внутренних и внешних уровней шумов.

Важную роль в защите от шума также играет введение запрета на сооружение жилых домов и зданий в 100-метровой зоне от железнодорожного полотна, озеленение защитных полос деревьями и кустарниками различной высоты.

Существенным преимуществом скоростных железнодорожных магистралей является отчуждение меньшей территории по сравнению с автомагистралью при большей провозной способности. Скоростные железнодорожные магистрали занимают территорию около 3,5 га на 1 км эксплуатационной длины при ширине 14,7 м, а автомагистрали с такой же провозной способностью – 9,2 га/км при ширине 37,5 м.

На равнине ширина коридора, занимаемого скоростной железнодорожной магистралью (между ограждениями пути), не превышает 40 м, что соответствует ширине трехполосных автострад.

Четырехполосная автомагистраль требует почти удвоенной площади (с учетом необходимой вспомогательной).

Площадь аэродромов равной провозной способности по отводу земель превышает требуемую для скоростного железнодорожного транспорта в 1,3 раза.

Высокоскоростной наземный транспорт (ВСНТ) по сравнению с автомобильным и авиационным транспортом обеспечивает более высокий уровень безопасности пассажиров.

По имеющимся данным [13,14] в расчете на 1 млрд.пассажиро-км уровни фатальных исходов составляют:

• в среднем по всем видам транспорта - 6,5;

• автотранспорт со снижением к 2010 г. на 40% - 19,2;

• обычные железные дороги со снижением к 2010 г. на 40% - 0,8;

• скоростные железные дороги при совмещенном движении

пассажирских и грузовых поездов - 0,5;

• авиатранспорт со снижением к 2010 г. до 0,3 - 0,4.

В последние годы создаются новые технические средства, соответствующие уровню XXI века, в том числе локомотивы и вагоны для высокоскоростного движения, устройства автоматики, телемеханики и связи с минимальным негативным воздействием на окружающую среду.

Очевидно, что высокоскоростной наземный транспорт (ВСНТ) кроме экологических преимуществ: уменьшение загрязнения атмосферы и практическая возможность сведения его к нулю; эффективность технических средств уменьшения шума; меньшее отчуждение земель по сравнению с другими видами наземного транспорта; более высокий уровень безопасности пассажиров, имеет целый ряд и других социально-экономических преимуществ.

Наличие в стране ВСНТ об­легчает комплексное решение проблем в ряде важнейших транспортных коридо­ров. За счет этого обеспечиваются массо­вые пассажирские перевозки с наимень­шим временем пребывания в пути и на самом высоком уровне экологической безопасности, комфортности и экономичности. ВСНТ создает лучшие условия для осуществления железнодорож­ного пассажирского движения и эффективных грузовых перевозок. В перспективе объединение отде­льных высокоскоростных железнодо­рожных направлений должно привести к формированию отечественной сети ВСНТ с последующей ее интеграции в высокоскоростную железнодорожную сеть Европы.

С позиций потребителя целью со­здания ВСНТ является предоставление в любом транспортном коридоре лучших по потребительским свойствам транс­портных услуг по приемлемой цене.

На федеральном уровне целью создания ВСНТ является:

• развитие конкурентной среды рынка транспортных услуг;

• решение ряда стратегических экономических, политических и соци­альных задач за счет улучшения транс­портных коммуникаций, включая меж­дународные транспортные коридоры;

• развитие современных видов транспорта с меньшим удельным пот­реблением топлива и других ресурсов, меньшим негативным воздействием на окружающую среду;

• внедрение инновационных тех­нологий в транспортной отрасли и отраслях, обеспечивающих ее функци­онирование.

На уровне субъектов РФ сооружение ВСНТ будет способствовать решению всего комплекса социально-экономических проблем населения, в том числе улуч­шению инженерно-технической инфра­структуры территорий, созданию дополнительных рабочих мест, развитию местной промышленности и строительной индустрии, увеличению ассортимента и качества услуг в сфере здравоохранения, образования, отдыха, туризма.

Таблица 1.8 - Пассажиропотоки в 2005 году на направлениях, перспективных для организации высокоскоростного движения пассажирских поездов

№ п/п	МАРШРУТ	Расстояние, км (от Москвы)		Пассажиропоток (в сумме туда и обратно), тыс. пасс, в год
		по ж.д.	по а/д	ж.д.		АВТО (автобус)		АВТО (легковой)		АВИА		ВСЕГО
				Всего	%	Всего	%	Всего	%	Всего	%
1	Москва -Санкт-Петербург	644	679	6472	68	20	0,2	1500	16	1447	15	9439
2	Центр - Юг (Москва -Ростов-на Дону - Краснодар, Сочи и Мин. Воды)	1307 1583 1484	1057 1329 1553	3519	51	327	5	900	13	2040	30	6786
3	Москва - Н.Новгород - Екатеринбург	442 1759	406 1903	3291	64	176	4	700	13	967	19	5134
4	Москва -Смоленск -Минск (Варшава - Берлин)	417 726	378 712	5587	79	132	2	1200	17	110	2	7029

Решающим фактором, определяю­щим целесообразность строительства магистралей ВСНТ, является пассажиропоток. Из приведенных в таблице 1.8 данных видно, что только направление Санкт-Петербург — Мос­ква приближается к

величине пассажи ропотока, достаточного для сооружения высокоскоростной магистрали (см. рис. 1.5).

В 2005 году транспортным кори­дором Москва — Санкт-Петербург вос­пользовались около 10 млн. человек, в том числе железнодорожным транспортом - около 6,4 млн. Это соответствует вели­чине пассажиропотока, достаточного по западноевропейским меркам для строительства магистралей ВСНТ [7].

Причем здесь важны и прогнозируемые высокие темпы роста пассажирских перевозок. По мнению экспертов, суммарный пассажиропоток на направлении Москва — Санкт-Пе­тербург будет ежегодно увеличиваться на 10-15%, а на северном ответвлении Санкт-Петербург — Финляндия — на 8% [7].

Что касается других перспективных для высокоскоростного движения транспор­тных коридоров нашей страны, то там ещё далеко до исчерпания существующего потенциала, и сооружение магистралей ВСНТ станет актуальным на этих направлениях через 25-30 лет.