Automatyczny sprzęg cyfrowy. Korzyści i wyzwania dla unijnej branży kolejowej

Sprzęg śrubowy a sprzęg cyfrowy

Obecnie standardem w przewozach towarowych jest połączenie wagonów z lokomotywą oraz między sobą poprzez układ ręcznego sprzęgu śrubowego. Taki układ składa się z urządzenia cięgłowego, haka i sprzęgu oraz zderzaków. Pozwala on na mechaniczne połączenie dwóch pojazdów oraz przenoszenie sił ściskających i rozciągających. Aby zapewnić możliwość sterowania hamulcem oraz dodatkowymi elementami wagonów, takimi jak klapy w wagonach samowyładowczych, na czole wagonu (oraz lokomotywy) znajdują się zawory pneumatyczne: główny i zasilający. Jak widać, taki układ jest dość złożony.

W ostatnich latach powstała idea automatycznego sprzęgu cyfrowego (DAC). Stanowi on rozwinięcie znanego z przewozów pasażerskich sprzęgu Scharfenberga – jeden komponent umożliwia połączenie mechaniczne, pneumatyczne oraz elektryczne. Tym, co wyróżnia DAC, są większa wytrzymałość, dostosowana do obsługi ciężkich pociągów towarowych oraz możliwość zdalnego sterowania rozłączaniem sprzęgów.

Projekt DAC zakłada pięć typów sprzęgu, zależnie od stopnia ich zaawansowania. Dwa pierwsze są typowo mechaniczne, zaś w następnych trzech pojawiają się elementy cyfrowe:

• AC 1 – automatyczne łączenie mechaniczne;
• AC 2 – automatyczne łączenie mechaniczne oraz częściowo automatyczna procedura rozłączania;
• DAC 3 – automatyczne łączenie mechaniczne, pneumatyczne oraz elektryczne, a także częściowo automatyczna procedura rozłączania;
• DAC 4 – automatyczne łączenie mechaniczne, pneumatyczne, elektryczne i cyfrowe, a także częściowo automatyczna procedura rozłączania;
• DAC 5 – pełne automatyczne łączenie oraz pełne rozłączanie zdalne.

DAC znaczy korzyści…

Budowa systemu sprzęgu śrubowego wymusza obecność pracownika manewrowego podczas łączenia i rozłączania wagonów. Musi on wejść między zderzaki, aby zarzucić pałąk sprzęgu na hak. Instrukcja Ir-9 o technice wykonywania manewrów wyraźnie (w § 13) zabrania ręcznego sprzęgania i rozprzęgania pojazdów kolejowych będących w ruchu: „Wejście pomiędzy pojazdy kolejowe lub wyjście spomiędzy tych pojazdów może nastąpić, gdy pojazdy te nie są w ruchu”. W praktyce jednak można zaobserwować wchodzenie pracowników manewrowych między zderzaki pojazdów, które jeszcze się toczą – aby skrócić czas łączenia. Stanowi to duże niebezpieczeństwo i ryzyko dla zdrowia i życia, na przykład jeśli wagon rzekomo zahamowany ruszy pod wpływem uderzenia wagonem dociskanym.

Sprzęg automatyczny ogranicza takie sytuacje oraz skraca czas łączenia/rozłączania wagonów poprzez wyeliminowanie potrzeby obecności pracownika manewrowego przy sprzęganych pojazdach i zwiększa tym samym bezpieczeństwo prowadzonych prac. Skraca to również czas potrzebny do ich przeprowadzenia, co w przypadku prac prowadzonych na stacjach rozrządowych, gdzie w ciągu dnia występuje wielka liczba operacji formowania składów, stanowi znaczące oszczędności czasowe. Wpłynie to na skrócenie czasu przewozu pojedynczego wagonu od miejsca nadania do miejsca dostawy.

Dodatkowo połączenia cyfrowe wprowadzają możliwości przesyłania wzdłuż składu sygnałów z czujników będących na wyposażeniu wagonów. Mogą to być na przykład informacje o stanach grożących wykolejeniem lub też informujące wprost maszynistę o wykolejeniu się wagonu/wagonów w składzie. Taka funkcja dodatkowo zwiększy bezpieczeństwo na szlakach oraz zmniejszy ryzyko, a przez to obniży koszty potencjalnych wypadków – tak dla przewoźników, jak i zarządców infrastruktury.

…ale i wyzwania

Oprócz istotnych korzyści, jakie niesie za sobą zastosowanie systemu DAC w przewozach towarowych, kolej będzie musiała zmierzyć się z wyzwaniami, które są konsekwencją założeń DAC:

1. Kompatybilność i interoperacyjność. Szczególnie w przypadku przewozów międzynarodowych ważne jest, aby większość taboru była ze sobą kompatybilna. Oznacza to, że nie może zaistnieć sytuacja, w której jakieś państwo czy region zdecydują się odłożyć migrację w czasie, będzie to bowiem stanowiło duże utrudnienie w transporcie międzynarodowym.
2. Spółki, które jako pierwsze zdecydują się na wdrażanie DAC w swojej flocie, muszą liczyć się ze znacznymi kosztami w pierwszej fazie procesu, przy korzyściach spodziewanych w późniejszych etapach. Szacuje się, że korzyści pojawią się nie wcześniej niż po 10 latach od startu wdrażania.
3. Niska stopa zwrotu poniesionych nakładów. Choć uczestnicy rynku kolejowego w Europie zgodzili się co do potrzeby wniesienia nawet 30-proc. wkładu, stopa zwrotu może wynieść zaledwie około 10 proc. całkowitych korzyści z wdrożenia DAC.
4. Niepewność co do możliwości kredytowania. Po wstępnej analizie rynku okazuje się, że część potencjalnych kredytodawców jest niechętna udzielaniu pożyczek na dofinansowanie taboru przewożącego paliwa kopalne. Oznacza to, że węglarki oraz cysterny, które stanowią znaczną część taboru towarowego w Polsce, zostaną wyłączone z kredytowania.
5. Finansowanie z budżetów rządowych. W przypadku Polski raport Ernst & Young „European DAC Investment Plan”, wydany w grudniu 2022 r. na zlecenie Europe’s Rail Joint Undertaking, zakłada finansowanie z programów takich jak Kolej Plus czy Krajowy Program Kolejowy. Jednak już teraz wiadomo, że środki z obu programów zostały już rozdysponowane, a przesunięcia budżetu są mało prawdopodobne.

Strategie wdrażania DAC w Europie

Obecnie rozpatrywane są trzy warianty okresów przejścia (migracji) do DAC:

• okres 6-letni, jako najkorzystniejszy z punktu widzenia dostępności i interoperacyjności taboru (najkrótszy czas wyłączenia modernizowanych pojazdów z eksploatacji), lecz najtrudniejszy do wdrożenia dla zainteresowanych podmiotów pod względem zdolności produkcyjnej, modernizacyjnej i finansowej;
• okres 12-letni, jako najbardziej stabilny i zrównoważony, ale niekorzystny finansowo ze względu długi okres oczekiwania na pierwsze korzyści i benefity;
• okres 9-letni, jako kompromis między dwoma pierwszymi.

We wspomnianym raporcie Ernst & Young wszelkie analizy zostały oparte na 6-letnim okresie wdrożeniowym. Migracji do DAC podlegać będzie 460 tys. wagonów z krajów UE oraz ze Szwajcarii i Norwegii, a także 17 tys. lokomotyw. Plan zakłada pozostawienie około 25 tys. wagonów w systemie sprzęgu śrubowego – dla nich migracja może okazać się nieopłacalna przez wiek oraz bliski koniec eksploatacji. Również nie wszystkie lokomotywy zostaną zmodernizowane do systemu DAC, jednak w tym przypadku ich liczba pozostaje nieoszacowana.

Start programu przewidziano na rok 2026. Sposób migracji wagonów do DAC będzie zależał od ich zakwalifikowania w jednej z dwóch grup:

• Część podstawowa (CWS – Core Wagonload System, ok. 210 tys. sztuk), wykorzystywana do formowania składów mieszanych z dużą liczbą operacji łączenia i rozłączania. Dla tej grupy przewidziano 4-letni okres przygotowawczy, potrzebny m.in. na wyprodukowanie niezbędnej liczby sprzęgów i dostarczenie ich do zakładów remontowych oraz szkolenie personelu odpowiedzialnego za wymianę sprzęgów. Po tym okresie, w 2030 roku ma nastąpić dwutygodniowy okres tzw. Big Bangu, w którym cała flota CWS przejdzie migrację do sprzęgu typu AC2. Następnie, w ciągu dwóch kolejnych lat, sprzęgi AC2 będą stopniowo wymieniane na docelowe DAC5. Taki układ zapewni najwyższy poziom dostępności taboru z najkrótszym czasem wyłączenia z eksploatacji.
• Drugą część stanowią wagony dodatkowe (non-CWS, ok. 250 tys. sztuk), używane w składach stałych, np. w pociągach tranzytowych lub w tzw. ekspresach kontenerowych. Dla tej grupy plan zakłada jednostajne, stopniowe przejście od sprzęgu śrubowego od razu do DAC5 w latach 2026-2032.
• Zmiany będą dotyczyły również lokomotyw. Aby zapewnić im najwyższy stopień interoperacyjności, na lokomotywach zostanie zabudowany tzw. sprzęg hybrydowy, będący połączeniem sprzęgu śrubowego i DAC. Odbędzie się to tak, jak w przypadku wagonów systemu non-CWS, stopniowo w latach 2026-2032.

Założenia finansowe przedsięwzięcia

Zakładany łączny koszt migracji rynku europejskiego do DAC został przewidziany na nieco ponad 9 mld euro nakładów finansowych przemysłu oraz blisko 1,6 mld euro dodatkowych kosztów utrzymania. Rozpatrywane są zaś dwa scenariusze finansowania:

• Finansowanie mieszane, które zakłada dofinansowanie unijne na poziomie 2,5 mld euro oraz wsparcie kredytowe rzędu 4,6 mld euro. W tym scenariuszu nakłady własne spółek kolejowych mogą wynieść nawet 2 mld euro. Dodatkowo w późniejszym okresie plan zakłada dodatkowe źródła finansowania w kwocie około 6,3 mld euro, np. poprzez partycypację w zyskach z handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych czy przesunięcie zysków z tytułu opłat za korzystanie samochodów z autostrad.
• Drugi wariant to finansowanie „bez zadłużeń”, w którym 6,3 mld euro pokryje Unia Europejska, zaś 2,5 mld euro będą stanowić nakłady własne spółek kolejowych.

DAC – nadchodząca rewolucja

Nie bójmy się tego napisać: DAC oznacza rewolucję na rynku przewozów towarowych. Z jednej strony poprawi bezpieczeństwo pracy i skróci czas operacji na stacjach rozrządowych. Z drugiej jednak – jako proces definiujący na nowo ideę połączeń wagonów i lokomotyw – stanowi duże wyzwanie dla wielu grup biorących udział w funkcjonowaniu rynku kolejowego. Czy polskie zakłady utrzymania taboru kolejowego będą w stanie zmieścić się w rygorystycznym harmonogramie migracji? Czy uda się wynegocjować dofinansowanie, które już teraz stoi pod znakiem zapytania, jak kredyty lub środki z programów inwestycyjnych – już rozdysponowanych? Czy wielkość dofinansowania utrzyma opłacalność inwestycji na dogodnym poziomie? Wreszcie: czy jest istotnie szansa na osiągnięcie wymiernych korzyści, których założenia znalazły się w raporcie Ernst & Young? Są to niebagatelne kwestie, nad którymi Polska nie może przejść bez słowa. Należy wnikliwie przyjrzeć się tym zagadnieniom i określić możliwości polskich spółek kolejowych, w szczególności środki oraz potencjał do pełnego wdrożenia DAC w zakładanym przez Komisję Europejską scenariuszu.

Artykuł autorstwa Ignacego Góry, Prezesa UTK i Adama Kamińskiego