Cuộc Chiến Công Nghệ: SkyWay Với đường Ray đơn (monorail)

Chúng tôi bắt đầu loạt bài đăng, trong đó sẽ so sánh công nghệ với các loại hình vận tải hiện có, nghiên cứu các đặc điểm của chúng và giải thích, tại sao các tổ hợp vận tải đường dây có lợi hơn so với những phương thức vận chuyển hành khách và hàng hóa quen thuộc, phổ biến với chúng ta.

Trong bài báo đầu tiên, chúng ta sẽ nói về loại hình vận tải «láng giềng» gần gũi nhất với SkyWay, loại hình vận tải cấp hai — monorail (đường ray đơn).

Một chút về lịch sử

Loại hình vận tải này xuất hiện lần đầu tiên tại Nga vào năm 1820: một người dân tại ngôi làng gần Moscow tên là Myachkovo Ivan Elman đã xây dựng «một con đường trên các cột trụ» — các khoang vận tải được ngựa kéo, đi trên một xà dọc ở trên cao.

Dự án đường ray đơn của I. Elmanov (năm 1820)

1 năm sau, monorail được cấp bằng sáng chế ở Anh bởi kỹ sư Henry Palmer, người đã xây dựng tuyến đầu tiên vào năm 1825. Vì không ai biết về dự án của nhà phát minh người Nga ở châu Âu, năm này đã trở thành mốc bắt đầu chính thức cho lịch sử vận tải đường ray đơn monorail.

Trong gần 200 năm kể từ khi xuất hiện những tuyến đường của Elmanov và Palmer, thế giới đã chứng kiến hàng chục dự án monorail khác nhau về mức độ phát triển và hiệu suất kỹ thuật, bao gồm sử dụng con quay hồi chuyển, động cơ phản lực và đệm từ.

Đáng chú ý riêng là “Wuppertaler Schwebebahn” — tuyến đường monorail dạng treo tại thành phố Wuppertal của Đức đã đi vào lịch sử như tuyến đường monorail đầu tiên được đưa vào vận hành. Tới giờ nó vẫn hoạt động và hiện nay nó vận chuyển gần 85.000 hành khách mỗi ngày. Tuyến đường này đã trải qua hai cuộc chiến tranh thế giới và tiếp tục đem lại lợi nhuận, vẫn là một ví dụ rõ ràng về một phương thức vận chuyển hành khách an toàn. Có lẽ bí mật cho sự thành công của tuyến đường Wuppertal là rất khó để đặt một tuyến đường sắt mặt đất hoặc đường sắt ngầm trong thung lũng sông Wupper vào đầu thế kỷ XX, mà đường monorail thì có thể được đặt ngay trên cao qua sông.

Các triển vọng…

Tuy nhiên, kinh nghiệm tại Wuppertal vẫn là một ngoại lệ khỏi nguyên tắc chung: hiện nay monorail được coi là không thành công trên thị trường vận tải. Dường như một ý tưởng đúng đắn cô lập các tuyến giao thông bằng cách đặt chúng lên cao, phải cho độ an toàn và tốc độ cao trong vận chuyển hành khách và hàng hóa. Nhưng trong thực tế, ngay cả các loại monorail hiện đại cũng không thể tự hào về hiệu suất vượt trội hoặc chi phí xây dựng thấp. Thường thì nó đắt tiền và không hiệu quả. Ngay cả tàu đệm từ cao tốc, có thể di chuyển với tốc độ lên tới 600 km/h, cũng trở nên không hiệu quả kinh tế do chi phí xây dựng và bảo trì khổng lồ. Thêm một ví dụ nữa — kinh nghiệm khai thác monorail ở Moscow, năm 2017, chính quyền thành phố đã chuyển nó sang dạng vận chuyển cho tham quan, còn sau đó là đặt câu hỏi về tính hiệu quả sử dụng nó, do tỷ lệ lợi nhuận thu được thấp.

Monorail và SkyWay

Sự tương đồng về vẻ ngoài của các tuyến đường monorail với các tổ hợp vận chuyển đường dây là cơ sở để các «chuyên gia» cá nhân phê phán về triển vọng thị trường của công nghệ SkyWay. Logic của những người phản bác Yunitskiy thì đơn giản: loại hình vận tải có vẻ ngoài tương tự, tức là, nếu monorail không được hiệu quả, thì SkyWay cũng như vậy. Giữa những hệ thống vận tải ấy chỉ có 1 điểm chung: cả 2 đều di chuyển trên cầu vượt đặc biệt. Còn các khác biệt về kết cấu thì rất nhiều. Vâng, chúng ta hãy xem xét lần lượt.

Cầu vượt

Gần như các tuyến đường monorail đều dùng bê tông cốt thép hay cầu vượt kim loại. Giá xây dựng của chúng từ 17 tới 100 triệu USD/km đường và hơn nữa.

Cầu vượt của tuyến dường monorail “Wuppertaler Schwebebahn” (bên trái) và cấu trúc dẫn đường dạng linh hoạt của SkyWay (bên phải)

Trong các tổ hợp vận tải đường dây, nhờ việc sử dụng các kết cấu thép được kéo căng sơ bộ, cầu vượt có thể chịu được tải trọng cao với lượng vật tư xây dựng thấp. Điều này không chỉ làm giảm đáng kể chi phí xây dựng các tuyến dường SkyWay, mà còn mang lại những lợi thế của vận chuyển đường dây về mặt thẩm mỹ: thay vì cầu vượt monorail khổng lồ, có thể xây dựng các công trình nhẹ, đẹp và đồng thời là các cấu trúc bền bỉ, trông sẽ không quái dị trên nền của bức tranh toàn cảnh thành phố và ngoài phạm vi đô thị.

Bộ phận chuyển động

Hầu hết các hệ thống monorail (ngoại trừ tàu đệm từ) sử dụng bánh xe lăn trang bị thanh khí nén. Giải pháp này có ưu điểm cũng như các nhược điểm còn tồn tại.

Việc sử dụng các thanh khí nén dẫn tới hao phí đáng kể về năng lượng khi di chuyển. Ví dụ, so với vận chuyển đường sắt, tổn thất năng lượng có thể gấp từ 5 – 7 lần, vì bánh xe khí nén có lực cản lăn và quán tính quay lớn hơn, trái ngược với hệ thống «bánh thép— đường ray».

Về mặt lý thuyết, các đoàn tàu trên lốp khí nén có thể vượt qua các dốc cao hơn (hơn 15%), không giống như các hệ thống đường sắt. Tuy nhiên, trên thực tế, lợi thế này là không đáng kể, vì nó đòi hỏi một thiết bị có công suất mạnh hơn, tiêu thụ năng lượng bổ sung và cuối cùng sẽ dẫn đến giảm mức độ thoải mái cho hành khách.

Ngoài ra, lốp khí nén dễ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết, đặc biệt là cấu trúc dẫn đường đóng băng vào mùa đông. Điều này đòi hỏi phải làm sạch cầu vượt khỏi tuyết và băng, hoặc phần chuyển động trong ống dẫn cách ly, bảo vệ khỏi mưa, tuyết (hệ thống Safege), làm phức tạp việc bảo dưỡng kỹ thuật của nó.

Thành phần chuyển động trên bánh khí nén của monorail Moscow (bên trái) và thành phần chuyển động của SkyWay (bên phải)

Trong thiết kế thành phần chuyển động của SkyWay có một sơ đồ được thực hiện, trong đó một bánh xe thép đặt trên bề mặt đường ray. Không giống như lốp khí nén, bánh xe SkyWay có lực cản lăn thấp do vùng tiếp xúc hẹp (theo hướng lăn), đảm bảo mức tiêu thụ năng lượng thấp của thành phần di chuyển.

Ngoài ra, việc sử dụng cụm «bánh thép – đường ray» giải quyết vấn đề đóng băng, vì hệ thống như vậy không cần phải làm sạch bổ sung đối với đường ray. Các thử nghiệm chạy thực của thành phần di chuyển SkyWay tại EcoTechnoPark đã chứng minh điều đó.

Khả năng vận chuyển

Trong tất cả các hệ thống monorail truyền thống, thành công nhất về mặt thương mại có thể được kể tới — monorail được sản xuất bởi công ty Nhật Bản Hitachi và Bombardier của Canada. Chìa khóa cho lợi nhuận của họ là việc sử dụng hệ thống ALWEG trong kết cấu khung xe: hai bánh xe trụ ở đầu của đường ray + bốn bánh xe hỗ trợ ở hai bên. Chính sơ đồ này giúp loại bỏ việc thiếu hụt dải tốc độ thấp của một hệ thống monorail thông thường và giúp chịu được các luồng hành khách lớn — lên tới 137 nghìn hành khách mỗi ngày.

Để so sánh, tốc độ trong các tổ hợp SkyWay đô thị có thể đạt tới 150 km/h và nhờ sử dụng hệ thống kiểm soát đầu máy thông minh, thông lượng cực đại về mặt lý thuyết của hệ thống này với chế độ hoạt động 20 giờ là 360 nghìn người mỗi ngày (với khoảng cách cho phép là 2 giây, cũng như sử dụng modul đơn có sức chứa cơ sở 10 chỗ). Ngoài ra, hiệu suất của các tổ hợp vận tải SkyWay có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách tăng công suất của các modul và kết hợp chúng thành các đoàn tàu.

Kết luận

Có thể so sánh dài về hai hệ thống giao thông nói trên, nhưng ngay cả với các điểm được liệt kê ở trên, rõ ràng: vận chuyển kiểu cầu vượt nhiều loại, và cấu trúc giữa các phức hợp nhìn qua thì thấy tương tự, có thể rất khác nhau. Khác nhau nhiều đến mức, một hệ thống có thể vẫn là một món đồ chơi đắt tiền với triển vọng thị trường rất mơ hồ, trong khi hệ thống kia có thể giải quyết hiệu quả mọi vấn đề vận tải đang tồn tại.

Tweet Pin It