Kapacitet för godståg på Västra och Södra stambanan

Transkript

1 Kapacitet för godståg på Västra och Södra stambanan Sävedalen en nyckelstation där körriktningarna (ännu) är kopplade Olov Lindfeldt KTH Trafik och Logistik

2 Innehåll 1 INLEDNING JÄRNVÄGSKAPACITET Infrastruktur Tidtabell Störningar AVGRÄNSNINGAR ANALYSMETOD VÄSTRA STAMBANAN JÄRNA HALLSBERG HALLSBERG GÖTEBORG (SÄVEDALEN) SÖDRA STAMBANAN SAMMANFATTNING OCH SLUTSATS...15 BILAGA: EXEMPEL PÅ INDATA JÄRNA HALLSBERG

3 1 Inledning Denna PM är ett underlag till Banverkets utredning Höghastighetsbanor i Sverige våren Eftersom både analysmetod och resultat kan vara av intresse även i andra sammanhang har arbetet sammanfattats i denna kortfattade skrift. Syftet är inte att i detalj beskriva beräkningsalgoritmer mm, utan snarare att ge en första översiktlig beskrivning av en kombinatorisk analysmetod och de resultat som en sådan kan ge. En mer detaljerad beskrivning av metoden och de generella slutsatser som kan dras om blandad trafik på dubbelspåriga järnvägar kommer att presenteras senare i form av en forskningsrapport. 1.1 Järnvägskapacitet Järnvägskapacitet är inget entydigt begrepp. Kapaciteten anges ofta i antal tåglägen som varje timme kan trafikera en järnvägslinje. En rad faktorer påverkar kapaciteten, de viktigast är: Infrastruktur Tidtabell Störningar För att uppskatta kapaciteten för godstrafik då Götalandsbanan och Europabanan tas i bruk krävs därför kunskap, eller antaganden, om såväl infrastruktur och tidtabell som störningar Infrastruktur Godstrafiken, som är långsammare än den interregionala och regionala persontrafiken, antas trafikera främst de befintliga Västra och Södra stambanorna. Därför är infrastrukturen i princip känd, med undantag för de kapacitetspåverkande investeringar som görs på stambanorna innan Götalandsbanan och Europabanan tas i bruk. För blandad trafik på dubbelspåriga järnvägar är följande faktorer i infrastrukturen särskilt viktiga för kapaciteten: Avstånden mellan förbigångsstationerna och utformningen av dessa. Utformningen av knutpunkter med korsande, tillkommande och lämnande rörelser. Signalsystemets egenskaper (headway mm) Tidtabell Tidtabellen, eller snarare önskemål om tidtabell och trafikering, påverkar kapaciteten. I allmänhet kan man säga att ju mer blandad den önskade trafiken är, desto lägre blir kapaciteten. Genom att bygga nya banor, eller bygga ut befintliga med nya spår, kan trafiken separeras bättre efter tågens hastigheter. Detta innebär att man totalt får plats med fler snabba och fler långsamma tåg. För att uppskatta kapaciteten för ett visst tågslag måste man därför ha kunskap, eller göra antaganden, om övriga tågslag Störningar Även störningarna påverkar kapaciteten. Ju mindre störningarna är desto högre utnyttjandegrad kan tillåtas. Därmed har en järnväg högre kapacitet då störningarna är lägre. I praktiken tar man hänsyn till störningsnivån när tidtabellen konstrueras. Ofta görs detta med hjälp av tumregler om hur tätt tågen får tidtabelläggas genom så kallad användbar headway. 3

4 2 Avgränsningar Analysen har avgränsats enligt följande: Endast tåg på respektive stambana har analyserats. Tåg som korsar stambanan i plan har inte tagits med. Endast linjekapaciteten har beaktats. Med detta avses linje och mindre stationer (förbigångsstationer) mellan större knutpunkter. Större stationer såsom Laxå, Falköping och Herrljunga på Västra stambanan och Mjölby, Nässjö, Alvesta och Hässleholm på Södra stambanan har inte analyserats. Tågen förutsetts kunna köra genom dessa utan att påverkas av tåg som inte ingår i analysen. Det finns dock anledning att tro att den mer renodlade trafiken med konvojer av godståg ställer särskilda krav på dessa knutpunkter. Detta gäller särskilt om korsande trafik också förekommer. Endast en typ av godståg har använts: ton, 100 km/h, draget av en Rc4. Endast styv trafikering för persontrafiken har analyserats. I vissa fall har flera persontågsupplägg kopplats samman för att uppnå högre marknadseffekt. Detta innebär att antalet tidtabellsvarianter reduceras kraftigt. Denna reduktion kan utesluta tidtabellsvarianter som är optimala för godstrafiken. För att få en attraktiv persontrafik måste dock persontågen tidssepareras. Endast södergående körriktning har analyserats. Persontrafiken är i stort sett symmetrisk. Infrastrukturen är också, i princip, likvärdig i båda riktningarna. Därför är kapaciteten så gott som densamma i båda körriktningarna. Södergående tåg har ansetts oberoende av norrgående. Detta antagande stämmer väl på linjerna mellan de större knutpunkterna. Endast förbigångsstationer med spår som nås utan att korsa norrgående spår har beaktats. Vid tät trafik kan man inte planenligt utnyttja förbigångsspår som ligger på fel sida. Endast normaltrafik har analyserats, det vill säga perioden på vardagar mellan morgonens och eftermiddagens högtrafikperioder. Beroende på godstågens tidtabellsprioritet kan antalet godstågslägen under persontrafikens högtrafikperioder bli lägre än de redovisade om insatståg för persontrafiken prioriteras. Störningseffekter har inte beaktats. Olika tidtabeller har olika robusthet. Gjorda antaganden om användbara headway (minsta planenliga tidsavståndet mellan två tåg) förutsetts vara tillräckliga för att nå en acceptabel punktlighetsnivå. 4

5 3 Analysmetod Eftersom kapaciteten är så starkt beroende av tidtabellen är det naturligt att låta tidtabellen variera, det vill säga att systematiskt ändra tidtabellen och utvärdera kapaciteten för varje tidtabellsvariant. Tidtabellen kan varieras på olika sätt: Variation av antalet tåg av olika slag. Variation av de olika tågens inbördes tidslägen. En fullständig analys kräver att såväl antalet tåg som deras lägen varieras. I den här utredningen har analysen förenklats så att endast tågens inbördes lägen varieras. Antalet persontåg har därför bestämts genom antaganden om framtidens trafikering. Arbetsgången har varit enligt följande: 1. Ansättning av representativa trafikupplägg för persontrafiken. 2. Ansättning av infrastruktur- och fordonsdata. 3. Tidtabellsanalys där persontågens inbördes lägen varieras och utrymmet mellan dem fylls med så många godståg som möjligt. 4. Utvärdering av antal godståg i respektive tidtabellsvariant. Representativa trafikupplägg för persontrafiken ansattes med hjälp av prognoser och idéer om framtidens trafikering. Som referensupplägg utnyttjades 2008 års persontrafik. I varje scenario (2008 respektive 2020) ingick 5-7 trafikupplägg med uppgift om fordon, turtäthet, kopplingar till andra trafikupplägg, uppehållsmönster, tidskänslighet mm. Infrastruktur- och fordonsdata ansattes enligt vedertagna principer. Infrastrukturdata och fordonsdata kombinerades i simuleringsverktyget RailSys för att ta fram gångtider för olika fordon. Tidtabellsanalysen genomfördes sedan i MATLAB som två steg. Först konstruerades alla tänkbara tidtabellsvarianter, som uppfyllde uppställda villkor, för persontrafiken. Vedertagna principer för tidstillägg och avstånd mellan tågen användes. I nästa steg fylldes varje tidtabellsvariant med så många godståg som möjligt. Resultatet blev en fördelning, eftersom olika tidtabellsvarianter rymmer olika många godståg. Metoden kan också ge svar på de olika tågens körtider, förbigångsstationernas utnyttjande, effekten av fler förbigångsstationer etc. En djupare analys skulle också kunna visa vilka tidtabellsvarianter som är speciellt lämpliga för godstrafiken. Godstågskapaciteten är beroende av förbigångar där snabbare tåg kan köra om. En viktig restriktion blir därför hur mycket tid man accepterar att godstågen förlorar på att stå stilla för att förbigås. I analyserna har detta gränsvärde satts till 25 %, vilket innebär att godstågslägen med högst 25 % tidspåslag, av körtiden utan några stopp, har accepterats. I flera tidtabellsvarianter skulle ytterligare godståg få plats om längre tidspåslag accepterades, men detta har inte studerats eftersom påslagen försämrar järnvägstransporternas konkurrenskraft. 5

6 4 Västra stambanan På Västra stambanan, mellan Stockholm och Göteborg, kan godstrafiken (i dagsläget) bara separeras från den snabbaste persontrafiken på sträckan Stockholm Södra Järna. Mellan Järna och Göteborg måste godstrafiken blandas med alla typer av persontrafik. En analys av en hastighetsseparation är därför mest intressant på denna delsträcka. Sträckan Järna Göteborg kan i sin tur delas upp i två delar: Järna Hallsberg Hallsberg Göteborg (Sävedalen) Denna uppdelning är naturlig eftersom flertalet godståg på Västra stambanan har Hallsberg som start- eller målpunkt. Därför är det också mer intressant att analysera delsträckorna var för sig. 4.1 Järna Hallsberg Följande persontrafikupplägg har använts för sträckan Järna Hallsberg: 2008 referensalternativ Trafikupplägg Turtäthet [tåg/h] Sträcka på VSB X2000 Stockholm Göteborg 1 Järna Hallsberg X2 X2000 Stockholm Malmö 1 Järna Katrineholm X2 Sörmlandspilen Stockholm Karlstad 1 Järna Hallsberg X50 Pendeltåg Järna Gnesta 1 Järna Gnesta X60 Regionaltåg Flen Katrineholm 0,5 Flen Katrineholm X50 Fordon 2020 Trafikupplägg Turtäthet [tåg/h] Sträcka på VSB X200 Stockholm Karlstad 0,5 Järna Hallsberg X2 Sörmlandspilen Stockholm Karlstad 1 Järna Hallsberg X50 Pendeltåg Järna Gnesta 1 Järna Gnesta X60 Regionaltåg Flen Katrineholm 0,5 Flen Katrineholm X50 Fordon Totalt hittades tidtabellsvarianter i 2008 års trafikering och varianter i 2020 års trafikering. Följande grafiska tidtabeller visar ett exempel från respektive år. Röda tåg är X2000, blå regionaltåg, turkos pendeltåg och gröna godståg. Tidtabellsexemplet med 2008 års trafikering rymmer fyra godståg på två timmar, det vill säga två tåg/timme. I Katrineholm och Vingåker förbigår X2000 mot Göteborg de båda godstågen. Exemplet med 2020 års trafikering rymmer tio godståg på två timmar, det vill säga fem tåg/timme. 6

7 2008 Järna Gnesta Sparreholm Skebokvarn Flen Katrineholm Vingåker Hallsberg Tid [minuter] 2020 Järna Gnesta Sparreholm Skebokvarn Flen Katrineholm Vingåker Hallsberg Tid [minuter] 7

8 Det maximala antalet godstågslägen är beroende av hur persontågen tidtabelläggs i förhållande till varandra. Olika tidtabellsvarianter rymmer därför olika många godståg. Nedanstående figur visar fördelningarna som bildas av de tidtabellsvarianterna för år 2008 och de varianterna för Järna - Hallsberg Antal godståg per timme 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 Referens

9 4.2 Hallsberg Göteborg (Sävedalen) Följande persontrafikupplägg har använts för sträckan Hallsberg Göteborg: 2008 referensalternativ Trafikupplägg Turtäthet [tåg/h] Sträcka på VSB X2000 Stockholm Göteborg 1 Hallsberg Göteborg X2 Sörmlandspilen Stockholm Karlstad 1 Hallsberg Laxå X50 Interregiotåg Stockholm Göteborg 0,5 Hallsberg Göteborg X50 Regionaltåg Skövde Göteborg 1 Skövde Göteborg X50 Regionaltåg Skövde Jönköping 0,5 Skövde Falköping X50 Pendeltåg Alingsås Göteborg 2 Alingsås Göteborg X50 Fordon 2020 pt hög Trafikupplägg Turtäthet [tåg/h] Sträcka på VSB X200 Stockholm Karlstad 0,5 Järna Hallsberg X2 Sörmlandspilen Stockholm Karlstad 1 Järna Hallsberg X50 Interregiotåg Stockholm Katrineholm Göteborg Interregiotåg Stockholm Västerås Göteborg Fordon 0,5 Hallsberg Göteborg X50 0,5 Hallsberg Göteborg X50 Regionaltåg Skövde Göteborg 0,5 Skövde Göteborg X50 Regionaltåg Skövde Falköping (-Jönköping) 1 Skövde Falköping X50 Snabbpendeltåg Alingsås Göteborg 1 Alingsås Göteborg X12 Pendeltåg Alingsås Göteborg 2 Alingsås Göteborg X pt låg Trafikupplägg Turtäthet [tåg/h] Sträcka på VSB X200 Stockholm Karlstad 0,5 Järna Hallsberg X2 Sörmlandspilen Stockholm Karlstad 1 Järna Hallsberg X50 Interregiotåg Stockholm Västerås Göteborg Fordon 0,5 Hallsberg Göteborg X50 Regionaltåg Skövde Göteborg 0,5 Skövde Göteborg X50 Regionaltåg Skövde Falköping (-Jönköping) 1 Skövde Falköping X50 Snabbpendeltåg Alingsås Göteborg 1 Alingsås Göteborg X12 Pendeltåg Alingsås Göteborg 2 Alingsås Göteborg X50 9

10 Mellan 2020 pt hög och 2020 pt låg skiljer ett interregionaltåg varannan timme. I det följande visas ett tidtabellsexempel för respektive persontrafiksintensitet. Vingåker 2008 Hallsberg Laxå Slätte Väring Skövde Stenstorp Falköping Floby Herrljunga Alingsås Göteborg Tid [min] Vingåker 2020 pt hög Hallsberg Laxå Slätte Väring Skövde Stenstorp Falköping Floby Herrljunga Alingsås Göteborg Tid [min] 10

11 Vingåker 2020 pt låg Hallsberg Laxå Slätte Väring Skövde Stenstorp Falköping Floby Herrljunga Alingsås Göteborg Tid [min] Totalt hittades 912 tidtabellsvarianter i 2008 års trafikering och (pt hög) respektive (pt låg) varianter i 2020 års trafikering. I tidtabellsexemplen är röda tåg X2000, blå interregio- och regionaltåg, svarta pendeltåg och gröna godståg. Tidtabellsexemplet med 2008 års trafikering rymmer fyra godståg på två timmar, det vill säga två tåg/timme. Exemplen med 2020 års trafikering rymmer nio respektive 13 godståg på två timmar, det vill säga 4,5/6,5 tåg per timme. Det maximala antalet godstågslägen är beroende av hur persontågen tidtabelläggs i förhållande till varandra. Olika tidtabellsvarianter rymmer därför olika många godståg. Nedanstående figur visar fördelningarna som bildas av tidtabellsvarianterna för de tre körningarna. Hallsberg - Göteborg Antal godståg per timme 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 Referens pt hög 2020 pt låg 0,1 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 11

12 5 Södra stambanan Södra stambanan har analyserats på motsvarande sätt som Västra stambanan. För godstrafiken är delsträckan Mjölby Hässleholm den mest intressanta, givet att godstrafiken sedan leds via Helsingborg till Danmark. Därför har analysen begränsats till denna del. Följande persontrafikupplägg har använts: 2008 referensalternativ Trafikupplägg Turtäthet [tåg/h] Sträcka på SSB X2000 Stockholm Malmö 1 Mjölby Hässleholm X2 Östgötatrafiken Mjölby Tranås + JLT Tranås Nässjö Fordon 0,5 Mjölby Nässjö X50 Öresundståg Kalmar Alvesta Malmö 1 Alvesta Hässleholm X Trafikupplägg Turtäthet [tåg/h] Sträcka på SSB Fordon Interregiotåg Stockholm Malmö 0,5 Mjölby Hässleholm HHT Östgötatrafiken Mjölby Tranås + JLT Tranås Nässjö 0,5 Mjölby Nässjö X50 Öresundståg Kalmar Alvesta Malmö 1 Alvesta Hässleholm X50 Totalt hittades tidtabellsvarianter i 2008 års trafikering och varianter i 2020 års trafikering. Nedanstående grafiska tidtabeller visar ett exempel från respektive år. Röda tåg är X2000 respektive höghastighetståg (Stockholm Malmö), blå interregio- och regionaltåg och gröna godståg. Tidtabellsexemplet med 2008 års trafikering rymmer sju godståg på två timmar, det vill säga 3,5 tåg/timme. Exemplet med 2020 års trafikering rymmer 13 godståg på två timmar, det vill säga 6,5 tåg/timme. 12

13 2008 Mjölby Sommen Tranås Frinnaryd Nässjö Grimstorp Stockaryd Grevaryd Gåvetorp Alvesta Eneryda Osby Hässleholm Tid [minuter] Mjölby 2020 Sommen Tranås Frinnaryd Nässjö Grimstorp Stockaryd Grevaryd Gåvetorp Alvesta Eneryda Osby Hässleholm Tid [minuter] 13

14 Det maximala antalet godstågslägen är beroende av hur persontågen tidtabelläggs i förhållande till varandra. Olika tidtabellsvarianter rymmer därför olika många godståg. Nedanstående figur visar fördelningen som bildas av de tidtabellsvarianterna för år 2008 och de varianterna för Mjölby - Hässleholm Antal godståg per timme 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 Referens

15 6 Sammanfattning och slutsats En separation av den snabbaste och långsammaste järnvägstrafiken frigör mycket kapacitet. Nedanstående figur visar hur medelvärdet för antalet godstågslägen ändras vid separationen. Väljer man dessutom att aktivt anpassa persontrafikens tidtabell ryms ytterligare godståg. Även detta är ett viktigt resultat, eftersom skillnaden mellan en bra och en dålig tidtabellsvariant visade sig vara så stor som 1,5 3 godstågslägen/timme för en given sträcka och persontrafiksintensitet. Antal godståg per timme (medel) Tåglägen Järna - Hallsberg Hallsberg - Göteborg Mjölby - Hässleholm pt hög 2020 pt låg Analysen har visat att linjekapaciteten för godstrafik ökar med % om de snabbaste tågen tas bort från Västra och Södra stambanorna. Den nya trafiken är mer ensartad än dagens med stora godstågskonvojer. Detta ställer speciella krav på de knutpunkter som trafikeras av tåg som uteslutits ur denna analys. Av samma anledning måste körriktningarnas oberoende säkerställas. En trafikering med sju godståg/timme motsvarar dagens pendeltågstrafikering i rusningstid på en av grenarna i Stockholm 15

16 Bilaga: Exempel på indata Hallsberg Göteborg 2008 I det följande visas exempel på indata till tidtabellsprogrammet. Alla indata läses från en Excelfil med tre flikar: Trafikeringsdata: beskriver trafikuppläggen med uppgift om start- och målpunkt, koppling till andra upplägg, fordonstyp, tid mellan två tåg i upplägget, antal tåg som ska tidtabelläggas, tolerans för förbigångstid, spåranvändning och uppehåll. Stationsdata: beskriver stationer (främst sådana med förbigångsmöjlighet) med uppgift om namn, position, antal spår och användbar headway. Linjedata: gångtidsverk för aktuella fordonstyper med uppgift om passertider samt start- och stopptillägg. Trafikeringsdata Namn X2000 Cst-G RT Cst-Ks Här och där RT Sk-Jp RT V-götland A-pendel Gods Nummer Från Hpbg Hpbg Hpbg Sk Sk A Hpbg Till Sel Lå Sel F Sel Sel Sel Kopplingstid till nästa upplägg (min) Fordon X2 X50 X50_TVgå X50_TVgå X50_TVgå X11 G1510 Styv Intervall (min) Antal tåg Förbigångstid (% av gångtiden) Tdt-ordning Spårbeläggning slutstation (min) Spåranvändning (0=valfritt) Jn Gn Sp Skv Fle K Vr Hpbg Lå Sle Vä Sk Ss F Fby Hr A Sel Uppehåll (min) Jn Gn Sp Skv Fle K Vr Hpbg Lå Sle Vä Sk Ss F Fby Hr A Sel ,2 16

17 Stationsdata Tdt-headway [min] Namn Position [km] Antal spår (ned) Före gft Konvoj Efter gft Efter gt-start Järna Gnesta 65, Sparreholm 96, Skebokvarn 103, Flen 110, Katrineholm 133, Vingåker 154, Hallsberg 199, Laxå 229, Slätte 266, Väring 298, Skövde 313, Stenstorp 329, Falköping 343, Floby 357, Herrljunga 377, Alingsås 412, Göteborg (Sävedalen) 451, Linjedata [s] Riktning 1 X2 1 X50 2 X50uppehall 2 X50_Vgå 2 X50_TVgå 2 Från Till tp ta tb tp ta tb tp ta tb tp ta tb tp ta tb Jn Gn Gn Sp Sp Skv Skv Fle Fle K K Vr Vr Hpbg Hpbg Lå Lå Sle Sle Vä Vä Sk Sk Ss Ss F F Fby Fby Hr Hr A A Sel G G Post 3 X11 4 X12 4 X60 4 Från Till tp ta tb tp ta tb tp ta tb tp ta tb tp ta tb tp ta tb Jn Gn Gn Sp Sp Skv Skv Fle Fle K K Vr Vr Hpbg Hpbg Lå Lå Sle Sle Vä Vä Sk Sk Ss Ss F F Fby Fby Hr Hr A A Sel