Yhdysvaltain rautateiden sähköistystaso

[Juha Veikko Mentu]

Hei! Olen seurannut eri maiden rautatievideoita YouTubessa ja Eisenbahnkurierissa. Yhdysvalloissa vaikuttaa olevan vähemmän sähköistettyjä rataosuuksia kuin vaikkapa Euroopassa, ja esim. Kalliovuorten junia vetävät poikkeuksetta dieselveturit.

Onko arvioni oikea - ja jos on, mikä lienee syy? Halpa diesel?

[Aapo Halminen]

Sähköistys on tosiaan vähäistä. Muutaman lähteen mukaan noin 1 % raiteista on siellä sähköistetty, ja sähköistys on keskittynyt harvoille matkustajaliikenteen radoille.

Taannoin kuuntelin, kun paikallinen rautatietekniikan professori kommentoi paikallista sähköistystilannetta. Kuulemma on laskettu, että ratojen sähköistäminen olisi varsin kannattavaa. Ongelma vain piilee siinä, että sähköistämisen kustannukset ovat valtavat. Kukaan ei ole valmis maksamaan alussa vaadittavia investointikustannuksia, vaikka tuottoa rahoille olisikin näköpiirissä. Ilmeisesti vaiheittainrakentaminenkin on nähty hankalaksi kuljetusmatkojen ollessa huomattavan pitkiä.

[Juhani Pirttilahti]

Sähköistyksen pitäisi kattaa jokin merkittävä reitti, jotta yhtiö siirtyisi sähkövetoon. Mietitään vaikka Iso-Britannian tilannetta: pääradat on sähköistetty, mutta jos sähköistystä puuttuu tavarajunan reitiltä pikkuinenkin pätkä jostain, sitä reittiä liikennöidään koko matkalta dieselillä alusta loppuun. Veturin vaihtaminen diesel->sähkö sitoo työaikaa ja myös kalustoa sen verran, että samalla dieselveturilla ajaminen lasketaan halvemmaksi.

[Lauri Rantala]

2 kerroskontit jäisivät ajamatta, jos tulisi sähköistys.

Sitä paitsi amerikassa on monta sataa raideomistajaa, joten melkoisen hankala homma

[Robert Sand]

Intiassa ajavat tuplakontteja langan alla eli se ei ole este.

[John Lindroth]

Sähköistyksen pitäisi kattaa jokin merkittävä reitti, jotta yhtiö siirtyisi sähkövetoon. Mietitään vaikka Iso-Britannian tilannetta: pääradat on sähköistetty, mutta jos sähköistystä puuttuu tavarajunan reitiltä pikkuinenkin pätkä jostain, sitä reittiä liikennöidään koko matkalta dieselillä alusta loppuun. Veturin vaihtaminen diesel->sähkö sitoo työaikaa ja myös kalustoa sen verran, että samalla dieselveturilla ajaminen lasketaan halvemmaksi.

Yhdysvalloissa on jopa jo rakennettuja sähköistyksia purettu ja muutettu takaisin diesel käyttöisiksi!

[Mikko Herpman]

Ennen voimakkaiden dieseleiden tuloa oli ainakin Milwaukee Road yhtiöllä kohtuullisen paljon sähköistettyä rataa. Noin 656 mailia, eli yli 1000 kilometriä. Juuri tuolla lännen vuoristoisilla seuduilla ja missä oli saatavilla sähköä sekä myös kuparia ajolankoihin.

https://www.american-rails.com/milw.html#gallery[pageGallery]/0/

Valitettavasti yhtiö ajautui eri vaiheiden jälkeen konkurssiin, sähköistys purettiin ja suurin osin Milwaukee yhtiön rataakin. Jälkiviisauksina on mietitty, että olisi ehdottomasti kannattanut parantaa kulunut sähköistysinfra ja jos näin olisi tapahtunut voisi koko USA:n sähköistystilanne voisi olla erilainen.

[Hannu Peltola]

Wikipediasta löytyy ydinkohdat USA:n rautateiden sähköistyksestä ja pikaisella vilkaisulla en löytänyt siitä pahoja virheitä:
https://en.wikipedia.org/wiki/Railroad_electrification_in_the_United_States

Artkkelissa on listattu hyvin syyt, jotka aikanaan johtivat sähköistyspäätökseen:

1. Lainsäädännön kielto höyryvetureille

Tunnetuin paikka, jonne höyryvetureila ei ollut asiaa, oli Manhattan. Aluetta palvelevat päärautatieyhtiöt PRR, NYC ja NH sähköistivätkin (vähintään) Manhattanin osuuden.

2. Pitkät tunnelit

Pitkissä tunneleissa ei voitu käyttää höyryvetureita savun vuoksi. Näistä tunnetuin on Great Northernin Cascade Tunnel, mutta vastaavia oli mm. Boston & Mainella ja Baltimore & Ohiolla.

3. Vuoristo-osuudet

Wikipediassa on listattu muutamia syitä,miksi vuoristo-osuuksilla sähkö oli luonteva vetovoima. Syistä ilmeisin kuitenkin puuttuu: vuoristoissa oli vesivoiman myötä saatavissa halpaa sähköenergiaa yli tarpeen ja toisaalta sen siirto asutuille alueille olisi ollut (on) kallista. Tyypillisin vuoristo-osuudet sähköistänyt rautatie oli jo mainittu Milwaukee Road.

4. Liikennetiheys

Tämä on yksi selkeä syy, mutta ehkä suoraan sähköistykseen ja sen säilymiseen se on vaikuttanut Amtrakin North-East Corridorissa, jossa on tiivis ja nopea liikenne.

5. Lähiliikenne

USA:ssa on ollut muutamia puhtaasti lähiliikennettä varten sähköistettyjä ratoja, kuten Long Island RR. Liikennetiheys, operoinnin edullisuus ja junarunkojen nopeat kääntöajat ovat vaikuttaneet sähköistykseen.

6. Tavaraliikenteen tarpeet

Muutama rautatieyhtiö päätyi sähkövetoon tavaraliikenteen tarpeiden vuoksi. Tällaisia olivat mm. PRR Philadelphian ympäristössä, Anaconda, Butte & Pacific Anacondan kuparitehtailla ja Chicago South Shore.

Sähköistetyissä radoissa yksi alajoukko olivat yhdysvaltalaiset "Interurban"-lähiliikenneradat. Nämä olivat tyypillisesti sähköistettyjä 600 V DC tai 1200 V DC -järjestelmillä ja ne yhdistivät paikallisesti suurempia kaupunkeja. Osa näistä radoista oli todella suuria, esimerkiksi suurin yhtiö Pacific Electric operoi yli 1600 kilometrin rataverkkoa ( https://en.wikipedia.org/wiki/Pacific_Electric ).

Pieni ryhmä ovat sähköistetyt teollisuusradat, jotka sähköistettiin jostain selkeästä syystä, esimerkisi vaarallinen toimintaympäristö, hankala maasto tai saatavissa oleva sähköenergia. Vaunut.orgissa on kuvasarja tällaista yhtiötä edustaneesta Skagit River Railwaystä: http://vaunut.org/kuvat/?s=4734
 

[Jussi Laukkanen]

Yhtenä syynä sähköistyksen vähyyteen USA:n rataverkolla on hämärän muistikuvani mukaan mainittu ajolangan rajallinen kapasiteetti tehon siirrossa asiaa käsitelleessä artikkelissa 90-luvulla. Siinä asiaa perusteltiiin sanomalla, että käytössä olevien junapainojen edellyttämät vetotehot vaatisivat niin suuren virran, ettei käytössä oleva ajolankarakenne kykene sitä välittämään. Laskelma meni muistaakseni niin, että tarvittava keskimääräinen vetoteho olisi syntynyt neljällä kuusiakselisella tehokkaalla sähköveturilla, mutta ajolanka ei mahdollistanut kuin kaksi. Mitä teholukemia arvioinnissa oli käytetty, en muista. Valitettavasti en tosiaan enää muista asiaa kuin pinnallisesti. Toivottavasti joku asiasta paremmin perillä oleva voisi tätä asiaa tarkentaa.

[Hannu Peltola]

Vielä 1940-luvun lopulla Yhdysvalloissa rakennettiin varsin edistyksellisiä sähkövetureita. Tämä jättiläinen oli aikanaan maailman tehokkain sähköveturi: http://vaunut.org/kuva/130725

[Hannu Peltola]

Jussi, tuo mainitsemasi ajolangan kapasiteetti ei pitäisi nousta ylitsepääsemättömäksi esteeksi. Tehokkaimmasta päästä oleva nykyaikainen jenkkidiesel tuottaa tehoa noin 4500 kW (esimerkiksi https://en.wikipedia.org/wiki/EMD_SD90MAC ) ja neljällä veturilla tehontuotto on 18 000 kW. Kotoinen Vectron haukkaa pahimmillaan 6400 kW eli kahdella Vectronilla ollaan jo 12800 kW:ssa. Yksittäinen ajolanka kestää tämän, joten kahdentamalla ajolanka pitäisi puhtia riittää vähintään neljälle Vectronin kokoluokkaa olevalle veturille. (ajolangan kahdentaminen nostaisi tietysti taas rakennuskustannuksia).

EDIT vielä: kehitys kehittyy 70 vuodessa! Linkkaamani Great Northern W-1 -veturin ottoteho oli parhaimmillaan 3700 kW ja sitä pidettiin aivan poikkeuksellisena! Nyt Vectron haukkaa lähes tuplasti tehoa ja siitä myös suhteessa suurempi osa siirtyy vetovoimaksi.

[Tuukka Ryyppö]

Tietysti neljäkin veturia on joissain jenkkijunissa jopa melko vähän. Pisimmissä on luokkaa kymmenisenkin veturia mielestäni videoissa näkynyt pitkin junaa ripoteltuina.

Mutta, kun juuri sähköistystä ei ole, voisi kai jännite olla suurempikin kuin 25 kV.
Toimisiko kaksiajolankaisuus yhtä hyvin tuollaisella melko korkejännitteisellä vaihtovirralla kuin 3 kV tasavirralla? Jos kumpikin piuha on samaa virtapiiriä, niiden välillä ei kai tarvitse valokaaria pelätä?

[Jussi Laukkanen]

Asiaa sivuten, viime vuonna oli VR:llä jotain suunnitelmaa 6000 tonnin junista, joita vedettäisiin kahdella Sr3:lla. Jo 90-luvulla Suomessa mietittiin mahdollisuuksia nostaa junapainoja käyttämällä useampaa sähköveturia. Se taisi liittyä lähinnä silloisiin öljykuljetuksiin Porvoon jalostamolle. Silloin ongelmaksi muodostui kuulemani mukaan ylivirtasuojauksen laukeaminen syöttöasemilla.

Edit: Löytyi uutinen noista 6000 tonnin junista Vainikkalan ja Haminan välillä. https://esaimaa.fi/uutiset/lahella/95c2651b-6371-4148-b4f7-029e9a5db599

[Tuomas Pätäri]

Edelliseen viestiin liittyen http://vaunut.org/kuva/143553

[John Lindroth]

Yhtenä syynä sähköistyksen vähyyteen USA:n rataverkolla on hämärän muistikuvani mukaan mainittu ajolangan rajallinen kapasiteetti tehon siirrossa asiaa käsitelleessä artikkelissa 90-luvulla. Siinä asiaa perusteltiiin sanomalla, että käytössä olevien junapainojen edellyttämät vetotehot vaatisivat niin suuren virran, ettei käytössä oleva ajolankarakenne kykene sitä välittämään. Laskelma meni muistaakseni niin, että tarvittava keskimääräinen vetoteho olisi syntynyt neljällä kuusiakselisella tehokkaalla sähköveturilla, mutta ajolanka ei mahdollistanut kuin kaksi. Mitä teholukemia arvioinnissa oli käytetty, en muista. Valitettavasti en tosiaan enää muista asiaa kuin pinnallisesti. Toivottavasti joku asiasta paremmin perillä oleva voisi tätä asiaa tarkentaa.

Oliko näissä tutkimustuloksissa mukana öljyalan lobbausta? Mitenköhän tuo sähkötouhu yleensökin on mennyt läpi öljymiljardöörien maassa?

[Jussi Laukkanen]

Artikkeli, josta mainitsin on täytynyt olla jossain niistä lehdistä, joita 90-luvulla luin. Ehkä amerikkalainen Machine Desing -lehti tai jokin rautatiealan julkaisu. Muistelen, että artikkeli käsitteli lähinnä sähköistyksen teknisiä haasteita suunnittelijan näkökulmasta. Ei niinkään asian taloudellista puolta.

Öljyteollisuuden pyrkimykset näyttävät ajoittain yllättäviltä USA:ssa. Minun on vaikea sanoa, millaista rautaietekniikkaa amerikkalainen öljyteollisuus haluaa edistää tai halusi aikaisemmin. Sen edut eivät ainakaan ole kovin yhtenäiset. Tällä vuosituhannella amerkkalainen öljyteollisuus on ollut kovasti riippuvainen rautatiekuljetuksista. Liuskeöljyn pumppaus vaatii paljon hiekkaa, joka siirretään suurelta osin junilla ja pumpattu liuskeöljy on mennyt junarahtina jalostamoille. Tässä lienee öljyteollisuudelle kaikkein tärkeintä, että kapasiteetti riittää rautatiekuljetuksissa ja että lainsäädännöllä ei rajoiteta öljyn junakuljetuksia.

Mietin myös sitä, miten iso dieselvetureiden valmistaja General Electric (toinen kahdesta suuresta) olisi suhtautunut sähköistykseen. Olihan GE toisaalta mukana sähkövoima-ja ydinvoimabisneksessä. Tämä tuli mieleen lähinnä vain asian vierestä, koska silloin aikoinaan huomasin noista alan lehdistä, että GE oli yllättävän usein antanut kuvamateriialia lehtien artikkeleihin.

[Hannu Peltola]

Aika mutu-tuntumalla vastaan, mutta minulla on sama tuntuma kuin Jussilla öljyteollisuuden osuudesta. Totta kai rautatieyhtiöt ovat tärkeä asiakas öljy-yhtiöille, mutta monin verroin tärkeämpää on lobbaus siihen, että öljykuljetukset hoituvat jatkossakin rautateillä. USA:ssa on ollut paljon keskustelua öljytuotteiden rautatiekuljetuksista. Ratainfra on monissa paikoissa heikohko ja toisaalta öljykuljetukset ovat aina riski. Liuskeöljybuumi on lisännyt rautatiekuljetuksia huomattavasti ja raidekapasiteetti alkaa muodostua rajoitteeksi kuten myös infran kestävyys. Toisaalta öljyputkihankkeet ovat edenneet huonosti, muutama kriittinen hanke on keskeytynyt joko paikalliseen vastustukseen tai vanhojen putkien kuntoon. Viivästyneet putkihankkeet ovat tuoneet entisestään lisäpainetta rautateille.

Raskaat öljyjunat ovat USA:n rautateillä hyvin tyypillinen näky ja muutamasta junasta on päätynyt kuviakin Vaunut-orgiin:
http://vaunut.org/kuva/136308?s=1
http://vaunut.org/kuva/128008?s=1

[Ville Vehmaa]

Yhdysvalloissa on ollut suhteellisen vähän raskaan, pitkänmatkan tavaraliikenteen käytössä olleita sähköistettyjä ratoja. Osalta on sähköistys purettu (esim. Milwaukee Road) ja osalta on tavaraliikenne hiipunut (itärannikko). Aina välillä sähköistysideat nousevat otsikoihin, mutta tarvittavat investoinnit ovat niin suuria, ettei rohkeutta ole.

Milwaukee Road purki ensin sähköistyksen ja sitten vasta ajautui konkurssiin. Yhtiön henkiinjäänti ei ollut kiinni sähköistyksen korjaamisesta niinkuin joskus väitetään. Sähköistys ei ollut yhtiön heikoin lenkki, vaan kaikki muu infra. Rautatiellä ei ole mitään mahdollisuuksia selviytyä, jos junat suistuvat kiskoilta säännöllisesti ja radan korjaukseen annetaan vain käytettyjä ratapölkkyjä. Jos Milwaukee Road olisi halunnut, olisivat voineet yhdistää kahdessa pätkässä olleen sähköistyksen, mutta tuolloin uskottiin, että dieselveto tulee edullisemmaksi. Sähköistys ei kuitenkaan olisi ratkaissut kaikkia ongelmia, kuten 10 mph matkanopeutta mantereenylittävällä radalla.

Ajolangan teho ei nykyisin ainakaan ole rajoite. Suurimpaan osaan pitkän matkan junista riittää neljä nykyaikaista veturia, joiden teho on 4400 hv. Teholtaan tämä tosiaan vastaa kahta Vectronia, joten langan virtarajoitus ei tule vastaan. Tehokkaampia, 6000 hevosen vetureita ei ole valmistettu paljon eikä niillä ole tavaraliikenteessä merkitystä. Toisaalta 50 kV:n jännitteellä, joka Yhdysvalloissa on suhteellisen yleinen, saa vielä enemmän tehoa siirrettyä.

Juniin saatetaan kytkeä enemmänkin vetureita, mutta kyllä neljällä veturilla pitäisi raskaimpienkin junien liikkua. Raskaimmat junat eivät kuitenkaan ole kuin reilut 10 000 tonnia. F-kytkimelläkin on rajoitteensa, joten useamman raskaan veturin käyttö tulee järkeväksi vasta, kun tekniikka vetureiden hajauttamiseksi eri puolille junaa yleistyy.

Miten sitten GE olisi suhtautunut sähköistykseen? Valmistihan GE myös sähkövetureita! E60-vetureita valmistettiin tavaraliikenteeseen vielä 1980-luvulla. Kyllähän GE:lle olisi ollut vain eduksi, jos rautateitä olisi sähköistetty. Vaan jos sähköistys olisi kovasti edennyt, olisi myös EMD ruvennut sähkövetureita tarjoamaan. EMD valmisti raskaita tavaraliikenteen sähkövetureita Kanadaan vielä 1980-luvulla.

Yhdysvalloissa on viime vuosikymmeninä yleisesti vedetty kokojunia asiakkaalta asiakkaalle. Tällöin samat veturit hakevat vaunuroikan lastauslaiturilta (esim. viljasiilo), vetävät vaunuja linjalla ja vievät ne lopulta vastaanottajalle (esim. mylly). Sähköllä tämä ei olisi mahdollista, sillä myös asiakkaiden omistamat lastausraiteet pitäisi sähköistää. Saattavat langat myös haitata viljavaunujen lastausta.

Jos tavaraliikenteen ratoja sähköistetään, veikkaan, että se alkaa sellaisilla reiteillä, joissa junia liikennöidään junia aikataulunmukaisesti ratapihalta ratapihalle eikä asiakkaalta asiakkaalle. Canadian Pacific täyttää nämä ehdot.

[Jouni Seilonen]

Toisaalta 50 kV:n jännitteellä, joka Yhdysvalloissa on suhteellisen yleinen, saa vielä enemmän tehoa siirrettyä.

Jostain syystä wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/25_kV_AC_railway_electrification#50_kV_AC kertoo kohdassa 50 kV AC esimerkkeinä Yhdysvalloista vain lakkautettuja ratoja. Mikä lienee syynä?

[Ville Vehmaa]

Jostain syystä wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/25_kV_AC_railway_electrification#50_kV_AC kertoo kohdassa 50 kV AC esimerkkeinä Yhdysvalloista vain lakkautettuja ratoja. Mikä lienee syynä?

Milloin Deseret Power Railway on lakkautettu? Sen oman Wikipedia-sivun mukaan se on vielä toiminnassa:
https://en.wikipedia.org/wiki/Deseret_Power_Railway
Black Mesa & Lake Powell Railroad pari vuotta sitten lakkautettiin, siinä tuo sivu on oikeassa.

Deseret Power Railwayn sähköistetyn rataverkon pituus on 33 mailia, joten 50 kV:n sähköistyksen osuus Yhdysvaltain sähköistetystä tavaraliikenteen rautatieverkosta on noin 66 prosenttia. 20 prosentin osuuden saa Iowa Traction (DC, 600 V) ja 14 prosentin osuuden Navajo Mine Railroad (25 kV). Vai unohdinko nyt jonkun? Kirjoitin tässä vain tavaraliikenteestä. Yhdysvaltain rataverkosta suurimmalla osalla kun ajetaan vain tavarajunia.

Sähköistys on yleisempää matkustajaliikenteessä. Sähköllä matkustajajunia ajetaan itärannikolla ja Chicagossa. Sähköistäminen on Yhdysvalloissa erittäin kallista. Muistelen, että Long Island Rail Roadin sähköistämisen jatkaminen maksaisi noin 10 miljoonaa taalaa mailia kohdeṇ. Ymmärrän kyllä, ettei tähän halua ole. Matkustajaliikenteessä tällä hetkellä sähköistetään Caltrainia. Kustannus on lähes kaksi miljardia ja tällä rahalla saadaan 82 kilometriä ajolankaa. Hinta on siis noin 25 miljoonaa dollaria kilometriä kohden, mutta se kyllä sisältää paljon muutakin kuin vain sen langan; monenlaista parannusta ja paljon kalustoa.

[Petri Nummijoki]

Ajolangan teho ei nykyisin ainakaan ole rajoite. Suurimpaan osaan pitkän matkan junista riittää neljä nykyaikaista veturia, joiden teho on 4400 hv. Teholtaan tämä tosiaan vastaa kahta Vectronia, joten langan virtarajoitus ei tule vastaan.

Yksi vajaat 200 t painava 4400 hv:n dieselveturi tuottaa vetovoimaa suunnilleen yhtä paljon, kuin kaksi Vectronia eli neljä tämmöistä dieselveturia vaatii korvaajaksi kai sitten kahdeksan Vectronia, jos tavoitellaan samaa mäennousukykyä.

[Johannes Erra]

Milloin Deseret Power Railway on lakkautettu? Sen oman Wikipedia-sivun mukaan se on vielä toiminnassa:
https://en.wikipedia.org/wiki/Deseret_Power_Railway
Black Mesa & Lake Powell Railroad pari vuotta sitten lakkautettiin, siinä tuo sivu on oikeassa.

Deseret Power Railwayn sähköistetyn rataverkon pituus on 33 mailia, joten 50 kV:n sähköistyksen osuus Yhdysvaltain sähköistetystä tavaraliikenteen rautatieverkosta on noin 66 prosenttia. 20 prosentin osuuden saa Iowa Traction (DC, 600 V) ja 14 prosentin osuuden Navajo Mine Railroad (25 kV). Vai unohdinko nyt jonkun? Kirjoitin tässä vain tavaraliikenteestä. Yhdysvaltain rataverkosta suurimmalla osalla kun ajetaan vain tavarajunia.

Deseret Power Railway on edelleen toiminnassa sähköistettynä. Navajo Mine Railroad sen sijaan ei - sähköveturit korvattiin dieselvetureilla elokuussa 2017. Black Mesa on tosiaan lakkautettu kokonaan. Tavaraliikennettä palvelevat sähkövedolla siten vain Deseret sekä Iowa Traction. Ensin mainitun ollessa omistajansa sisäinen kuljetin on Iowa Traction Railway Yhdysvaltojen ainoa yhä jäljellä oleva julkista, kaupallista tavaraliikennettä harjoittava sähkörautatie.