Електрифікація залізниць в США: Що пішло не так?

Електрифікація залізниць в США: Що пішло не так?

Незважаючи на високу продуктивність прогресивної електричної тяги, електрифікація залізниць в США пішла на спад. Ні один з проєктів, втілення яких здавалося таким можливим в кінці війні, не був реалізований. Крім того, більша частина існуючої електрифікації почала зникати.

Перша частина – Електрифікація залізниць в США: електровози в дизельну епоху

Друга частина – Електрифікація залізниць в США: післявоєнний оптимізм

Що ж пішло не так? Відповідь проста: тепловози.

Але справа була не тільки в цьому. Провал електрифікації був також пов’язаний з наявністю капіталу, передбачуваною доступністю джерел електроенергії, її вартістю, а також готовністю керівників залізниць взяти на себе такі дорогі, довгострокові та, зрештою, невизначені інвестиції.

Дизель-електричний локомотив, звичайно, був головною силою, яка зірвала електрифікацію. У 1930-і роки, коли на залізниці PRR була проведена остання велика електрифікація, тепловозна тяга ще не була освоєною в повній мірі. Але до того часу, як закінчилась війна, сумнівів в тому, на що здатний дизель, вже не було. Війна поставила залізниці перед важким вибором. Через знос обладнання були потрібні значні кошти на оновлення. Разом з тим, доступний для цього капітал був обмеженим.

У таких умовах переведення залізниці на тепловозну тягу було привабливою інвестицією. Електрифікація, безумовно, мала великі переваги перед паровозною і тепловозною тягою як з чисто технічної точки зору, так і по експлуатаційним витратам. Але тепловоз володів рядом показників ефективності, близьких до електровоза, при значно менших капітальних затратах. Показовими є деякі дані, отримані Біллом Ерлом з GE в результаті проведеного в 1946 році дослідження модернізації локомотивного парку залізниці New York Central на ділянці Хармон — Буффало.

У цьому дослідженні порівнюються капітальні затрати та експлуатаційні витрати на електричну тягу, дизель-електричні локомотиви та сучасні паровози. При електрифікації ділянки прогнозована щорічна економія експлуатаційних витрат склала більше 2,9 мільйонів доларів у порівнянні з паровозами, а при переведенні на тепловозну тягу — трохи менше 1,8 мільйона доларів. Здавалося б, це надає очевидну перевагу електрифікації, але картина змінюється, якщо взяти до уваги окупність інвестицій. Переведення ділянки Хармон — Буффало на сучасну паровозну тягу коштувало б 80,5 мільйонів доларів, на тепловозну тягу — 104,5 мільйонів доларів, а електрифікація — 135 мільйонів доларів. При таких оціночних затратах рентабельність інвестицій, у порівнянні з паровозною тягою, при електрифікації складала б 5,39 %, в той час як при переході на тепловозну тягу зросла б до 7,5 %. Якщо порівнювати електрифікацію і переведення на тепловозну тягу, рентабельність інвестицій в електрифікацію складала б всього 3,75 %.

З такими цифрами та дефіцитом інвестиційного капіталу залізниця New York Central почала перехід на тепловозну тягу. Для інших залізниць результати були приблизно такими ж, і ні один з масштабних проєктів електрифікації, які обговорювались в кінці війни, ніколи не виходив за рамки креслень.

Електрифікація не тільки перестала зростати, але й пішла на спад. Тут також багато в чому винен тепловоз.

Без сумніву, перевагою тепловоза перед паровозом була його здатність проходити великі відстані без зміни потужності. Електрифікація, яка спочатку здійснювалась в основному з метою вирішення проблеми диму в довгих тунелях, знизила загальну ефективність наскрізного руху по таким ділянкам. У той же час проблему вихлопу дизельних двигунів вдалося вирішити за рахунок покращених систем вентиляції тунелів. Залізниця Boston & Maine припинила роботу електровозів через довгий тунель Hoosac Tunnel ще в 1946 році, а до кінця 1950-х тунель Howard Street Tunnel залізниці B&O в Балтиморі, тунель Detroit River Tunnel залізниці NYC, тунель Cascade Tunnel залізниці Great Northern і тунель St. Clair River Tunnel залізниці Grand Trunk Western також були переведені на тепловозну тягу. Зниження забруднень від диму в міських умовах було єдиною причиною електрифікації станції Юніон-Термінал залізниці New York Central в Клівленді, штат Огайо, однак до 1953 року ця електрифікація припинила своє існування.

Процеси злиття залізниць, з яких почалися зміни в галузі в 1950-х роках, зробили неможливими проєкти великої електрифікації. Після злиття Norfolk & Western (N&W) та Virginian в 1959 році, в N&W вирішили скористатися перевагами об’єднаної системи і переглянули маршрути перевезень вугілля. У результаті на електрифікованій лінії Virginian, по якій здійснювався переважно односторонній рух на схід, об’єми перевезень суттєво зменшились. Це зробило невигідним використання як електричної, так і тепловозної тяги, і в 1962 році електрифікація на цій лінії була демонтована. Навпаки, власна електрифікована ділянка N&W повернулась до роботи на паровозній тязі в 1950 році після того, як в результаті перенесення лінії були полегшені ухили та криві.

Електрична тяга на ділянках PRR зберігалась і після злиття з NYC і утворення Penn Central в 1968 році, але наступне банкрутство Penn Central і утворення Conrail в 1976 році внесло серйозні зміни в організацію вантажного руху, який раніше здійснювався по електрифікованій мережі PRR. Ділянка Нью-Йорк — Вашингтон була передана федеральній пасажирській компанії Amtrak, а Conrail перевела більшу частину вантажного руху на неелектрифіковані лінії, які раніше належали Reading Lines і Lehigh Valley Railroad. В той же час більша частина вантажного руху на захід від Філадельфії, для якого раніше використовувались електрифіковані маршрути PRR із сприятливим профілем, була переведена на колишню лінію Reading Lines. З цими змінами електрична тяга перестала бути економічно вигідною, і в 1981 році компанія Conrail відмовилась від електровозів.

На деяких ділянках електрифікація зникла з інших причин. Коли в результаті будівництва нової збагачувальної фабрики в Бьютті, штат Монтана, різко скоротився вантажопотік руди на залізниці Butte, Anaconda & Pacific, перевезення, що залишились, були переведені на тепловози, і в 1967 році повністю припинився рух на електричній тязі. На лінії Pacific Extension залізниці Milwaukee Road електровози та пристрої електропостачання після 50 років експлуатації були сильно зношені та не оновлювалась. Доля перевезень на тепловозній тязі поступово підвищувалась, і в 1974 році остання ділянка контактної мережі була знеструмлена.

Ще одна невдала спроба…

Але навіть в той час, як старі електрифіковані ділянки поступово переводились на тепловозну тягу, серед спеціалістів знову виникла думка про перспективи застосування електричної тяги на залізницях Америки.

У 1965 році спеціальна дослідницька група Інституту електрики Едісона, який є асоціацією підприємств електроенергетичної галузі США, вивчила проєкт електрифікації головної лінії залізниці New York Central від станції Хармон до Клівленда, як основу для дослідження можливості електрифікації залізничних ліній з інтенсивним рухом. У звіті, опублікованому в 1970 році, зроблено висновок про те, що серйозних технічних перешкод для електрифікації на змінному струмі промислової частоти немає, рекомендується електрифікація коридорів з високою інтенсивністю руху, як вигідна для залізниць та енергетичних компаній. За оцінками звіту, близько 22000 кілометрів колій забезпечують інтенсивність руху, достатню для електрифікації.

Електровоз E50C № 100, залізниця Muskingum Electric Railroad, Камберленд, Огайо, 18 березня 1985. Nate MurryЦей інтерес до електрифікації став знову актуальним з приходом енергетичної кризи початку 1970-х і наступним підвищенням цін на дизельне паливо. Залізниця Southern Pacific в кінці 1960-х років почала вивчення можливості електрифікації свого маршруту Sunset між містами Колтон, Каліфорнія, та Ель-Пасо, Техас. На початку 1970-х років залізниця Canadian Pacific розглядала можливість електрифікації ділянки довжиною 850 миль через Скелясті гори. У 1973 р. залізниця Burlington Northern вивчила питання електрифікації кількох основних ліній, в тому числі маршруту між Лорел, штат Монтана, та Лінкольн, штат Небраска, який став основним «кандидатом на електрифікацію» з огляду на зростання перевезень вугілля з низьким вмістом сірки. Union Pacific на початку 1970-х років дослідила можливість переведення на електричну тягу своєї основної лінії від Норт-Платт, штат Небраска, до Солт-Лейк-Сіті та Покателло, штат Айдахо. Залізниця Santa Fe, яка розглядала проєкти електрифікації в кінці Другої світової війни та пізніше в 1960 році, почала ще одне дослідження в 1972 році, цього разу для всієї магістралі Чикаго — Лос-Анджелес.

Залізниця Illinois Central Gulf вивчала можливість електрифікації магістралі Чикаго — Новий Орлеан та кількох її відгалужень. Спільно з федеральною корпорацією Tennessee Valley Authority залізниця Southern Railway почала дослідження електрифікації своєї головної лінії Цинциннаті — Чаттануга, пізніше — з урахуванням продовження до Атланти. У 1971 році, навіть будучи банкрутом, Penn Central думала про розширення своєї електрифікації, успадкованої від PRR, на лінії колишньої New York Central від західного берега річки Гудзон до станції Селкірк-Ярд в Олбані, штат Нью-Йорк. У кінці 1970-х, всього за кілька років до закриття існуючої електрифікації, компанія Conrail (наступник Penn Central) вивчила проєкт переведення на електротягу ділянки Гаррісбург — Піттсбург через Аллеганські гори — проєкт, який PRR багато разів розглядала раніше. Інші залізниці, які, принаймні, вивчали можливість електрифікації: Missouri Pacific; Duluth, Missabe & Iron Range; Bessemer & Lake Erie; Canadian National; Denver & Rio Grande Western; Quebec North Shore & Labrador; Chesapeake & Ohio / Baltimore & Ohio.

Усі ці дослідження були засновані на передовій концепції електрифікації на змінному струмі високої напруги промислової частоти. Основні постачальники локомотивів бачили в цьому новий великий ринок. «Ми прагнемо до електрифікації, — сказав представник GE, — очевидні економічні вигоди роблять це неминучим». Навіть компанія Electro Motive Division (EMD) «застрахувалася» і придбала ліцензії на технології електрифікації у шведської фірми ASEA. В 1975 и 1976 роках EMD випустила дослідні зразки електровозів нового покоління потужністю 6000 к. с. і 10000 к. с., введені в експлуатацію на залізниці Penn Central.

Несколько новых угольных линий, соединяющих шахты и электростанции, были построены в конце 1960-х и 1970-х гг. и рассматривались как прототипы нового видения электрификации. Железная дорога Muskingum Electric Railroad в Огайо и две линии для транспортировки бурого угля компании Texas Utilities в восточном Техасе были электрифицированы по системе однофазного переменного тока напряжением 25 кВ, 60 Гц, а железная дорога Black Mesa & Lake Powell в Аризоне — на напряжении 50 кВ. Последняя система считалась прототипом для электрификации на Западе США. Для всех трёх железных дорог GE выпустила электровозы с полупроводниковыми выпрямителями на диодах и тиристорах.

Кілька нових вугільних ліній, які з’єднували шахти та електростанції, були побудовані в кінці 1960-х та 1970-х рр. і розглядалися як прототипи нового бачення електрифікації. Залізниця Muskingum Electric Railroad в Огайо і дві лінії для транспортування бурого вугілля компанії Texas Utilities у східному Техасі були електрифіковані за системою однофазного змінного струму напруги 25 кВ, 60 Гц, а залізниця Black Mesa & Lake Powell в Аризоні — на напрузі 50 кВ. Остання система вважалася прототипом для електрифікації на Заході США. Для всіх трьох залізниць GE побудувала електровози з напівпровідниковими випрямлячами на діодах і тиристорах.

Але знову прибічників електрифікації чекало розчарування. Оскільки, незважаючи на весь інтерес і проведені дослідження, прорив у цьому напрямку не відбувся. Було електрифіковано ще дві короткі ізольовані вугільні лінії на Заході США (Navajo Mine Railroad у 1974 р. і Desert Western Railway у 1984 р. — прим. перекл.), а залізниця British Columbia Railway (Канада) перевела на електричну тягу (у 1983 р. — прим. перекл.) нову ділянку, побудовану для вивозу вугілля. Тільки на одній магістральній лінії з’явилась електрифікація — на ділянці Мехіко — Керетаро Національних залізниць Мексики (NdeM). Але ця електрифікація в повній мірі так і не була введена в експлуатацію, а згодом — демонтована.

Що сталося цього разу?

Після десятиліття різкого зростання цін на дизельне паливо нафтова енергетична криза 1970-х років в значній мірі затихла до початку 80-х, і ціни на дизельне паливо почали знижуватися. У той же час фірми-виробники продовжували розробляти нові покоління тепловозів, постійно покращуючи їх характеристики і підвищуючи паливну економічність. Наприклад, за 40‑річний період з 1955 по 1995 рік паливна економічність дизелів збільшилась більш ніж вдвічі. Тепловоз все ще залишався серйозною альтернативою електрифікації залізниць.

Величезні капітальні затрати та ризики, пов’язані з електрифікацією, також були сильними стримуючими факторами. Навіть, якщо прогнозована окупність інвестицій виглядала добре, хвилюватися було про що. Чи можна завершити електрифікацію вчасно і по запланованій вартості? Чи буде електроенергія доступною по стабільним цінам? Чи зможуть енергетичні підприємства генерувати потужність, достатню для живлення залізничних споживачів? Якщо буде потреба в нових електростанціях, чи можливо їх вчасно ввести в експлуатацію? Якщо змінити будь-який з цих параметрів, електрифікація може не принести очікуваних результатів.

Зіткнувшись з усіма ризиками та невизначеністю, які супроводжували дорогі проєкти електрифікації, враховуючи зростання продуктивності та ефективності тепловозів, залізниці Америки знову відмовились від впровадження електричної тяги.

Чи настане коли-небудь новий яскравий світанок масштабної електрифікації залізниць в США?

Розглянемо стабільно зростаючу криву річного об’єму вантажних перевезень (в тонно-милях) і подумаємо про те, як все більший вантажообіг зосереджується на ключових маршрутах по мірі консолідації галузі за рахунок злиття залізниць. Очевидно, що електрифікація одного разу буде необхідною тільки для того, щоб задовольнити потреби в перевезеннях. Але, якщо цей день настане, чи будуть мати залізниці ресурси для реалізації таких проєктів? І чи не буде потрібна державна підтримка, як це знадобилося для того, щоб нарешті продовжити стару електрифікацію залізниці New Haven (нині Північно-Східний коридор Амтрака) до Бостона, або, як це сталося в багатьох країнах світу, де електрифікація розвивалася?

Тільки одне можна сказати із впевненістю: ми обов’язково будемо говорити про невизначені перспективи електрифікації залізниць США на багато років вперед.

Історії успіху приміських ліній

У той час, як електрифікація більшості магістральних ліній залізниць прийшла в занепад після Другої світової війни, ситуація на приміських ділянках була набагато кращою. Спорудження нових мостів Golden Gate Bridge та Bay Bridge призвело до припинення руху на електрифікованих приміських лініях залізниць Northwestern Pacific та Southern Pacific в районі затоки Сан-Франциско напередодні війни. У 1949 році після відкриття автомобільної дороги в Філадельфію через міст Бенджаміна Франкліна припинився рух на аналогічних лініях West Jersey & Seashore Railroad. Але в інших місцях електрифікація продовжувала розвиватися, оскільки електрична тяга на цих ділянках з надзвичайно інтенсивним рухом забезпечувала високі експлуатаційні характеристики, значно кращі, ніж дизельна тяга.

Більшість електрифікованих приміських ліній постраждала через погіршення технічного обслуговування і відкладеного оновлення під час тривалого післявоєнного спаду пасажирських перевезень, але в кінці 1950-х років почався потік державного фінансування, що, в кінцевому підсумку, допомогло переобладнати, відремонтувати і модернізувати приміські залізниці. На двох лініях було проведено повну заміну пристроїв електропостачання. У 1984 році приміська компанія New Jersey Transit перевела колишню ділянку залізниці Lackawanna з постійного струму на змінний. На приміських лініях Монреаля (Канада) аналогічне переведення з заміною старих пристроїв електропостачання залізниці Canadian National було здійснено в 1995 році.

По мірі зростання передмість деякі електрифіковані приміські системи були розширені. Електрифікація коротких ділянок дозволила продовжити приміський рух на залізниці Reading Lines в Філадельфії до станцій Фокс-Чейз і Вармінстер, а на залізниці Illinois Central в Чикаго контактна мережа була продовжена на південь до станції University Park. У 1980-х роках компанія SEPTA в Філадельфії здійснила десятилітню мрію, об’єднавши колишні приміські лінії PRR та Reading Lines, і зв’язавши їх тунелем Center City Commuter Tunnel. Крім того, SEPTA відкрила нову лінію в міжнародний аеропорт Філадельфії.

Електрифікація приміських ділянок компанії New Jersey Transit досягла Лонг-Бранч, штат Нью-Джерсі, в 1988 році. У Нью-Йорку оператором МТА колишня лінія залізниці New York Central, обладнана контактною рейкою, була трохи продовжена від Норт-Уайт-Плейнс до Брюстера в 1984 році. У цей же період електрифікована мережа залізниці Long Island, також з контактною рейкою, зросла майже на 40 миль і була доведена до Хіксвілла и Хантінгтона в 1970 році і до Ронконкоми в 1988 році. Приблизно з 2000 року проводились серйозні дослідження нової електрифікації на змінному струмі напругою 25 кВ 80‑мильного маршруту Caltrain (раніше Southern Pacific) з Сан-Франциско до Сан-Хосе і Гілроя, оскільки там спостерігалося стрімке зростання пасажиропотоку. Цей проєкт повинен стати першою новою електрифікацією приміських маршрутів у Північній Америці з тих пір, як залізниця Reading Lines електрифікувала свої лінії в Філадельфії в 1931-1933 роках (на даний час роботи на лінії Caltrain тривають, відкриття заплановано на 2022 р.; тим часом у квітні 2016 р. почала працювати приміська електрифікована лінія RTD A Line довжиною 37,8 км в Денвері, штат Колорадо — прим. перекл.).

William D. Middleton. Classic Trains, spring 2001, p. 22-29.
Оригінал публікації: ctr.trains.com/rapid/2017/04/electric-railroads

Переклад і підбір ілюстрацій: Олексій Краснов
Фото: www.railpictures.net, en.wikipedia.org, www.american-rails.com, digitalrailartist.com.
Жовтень 2020 р.

Залізничний журнал “Railway Supply”