Các nước trên thế giới sử dụng công nghệ nào để làm đường sắt tốc độ cao?

Những ngày qua, thông tin xoay quanh dự án đường sắt tốc độ cao Bắc-Nam đã nhận được sự quan tâm đặc biệt từ dư luận xã hội. Hiện tại, Bộ Giao thông Vận tải cũng đang tiếp thu ý kiến các cơ quan, bộ, ngành về chủ trương đầu tư đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam để trình Ủy ban Thường vụ Quốc hội đưa vào chương trình kỳ họp 8 của Quốc hội vào tháng 10 tới đây.

Trên thực tế, so với nhiều nước trên thế giới có hệ thống đường sắt cao tốc ở châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc hay ở châu Âu như Pháp, Đức, Tây Ban Nha... Việt Nam là nước đi sau với nhiều khác biệt về quy mô dân số, diện tích, nền kinh tế và đặc biệt là tổng chiều dài của hệ thống đường sắt.

Vì vậy, Việt Nam đứng trước nhiều lựa chọn về mặt công nghệ, bao gồm kết cấu hạ tầng (tốc độ thiết kế tuyến đường sắt, liên quan đến đường ray, cầu hầm; các vấn đề về nhà ga, thông tin tín hiệu, hệ thống cung cấp điện...); các vấn đề liên quan đến công tác tổ chức vận tải (chỉ chạy riêng tàu khách hay chạy chung cả tàu khách và tàu hàng) và các vấn liên quan đến phương tiện (đoàn tàu, đầu máy, toa xe).

Hiện nay, mục tiêu của dự án đường sắt tốc độ cao Bắc-Nam là xây dựng tuyến đường sắt mới, tiếp cận với công nghệ hiện đại và phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới. Vậy trên thế giới, các quốc gia đã ứng dụng những công nghệ nào để xây dựng đường sắt tốc độ cao? Việt Nam có thể học hỏi được gì từ các quốc gia đã đi trước?

Nhật Bản

Tàu cao tốc hay gọi là Shinkansen là một trong những phát minh vĩ đại của Nhật Bản ở thời kỳ hiện đại, tạo tiền đề cho sự phát triển ngoạn mục của Nhật Bản. Sau khi xây dựng Shinkansen, Nhật Bản có khoảng 18 năm đạt mức tăng trưởng GDP liên tục ở mức khoảng 10%, khiến nước này trở thành cường quốc kinh tế hàng đầu thế giới.

Thời điểm phát minh ra Shinkansen, người Nhật đã phải sử dụng công nghệ để vận hành. Hệ thống Shinkansen của Nhật Bản có tần suất vận chuyển cao, nên tại những khu vực có nền đất yếu, phải dùng hệ hệ thống tổ hợp động cơ điện và toa xe (EMU). Hệ thống này đảm bảo giảm tải trọng trục tối đa, tăng công suất và hiệu quả hãm tàu chung tốt hơn. Với sự phát triển công nghệ đã giải quyết được một số nhược điểm của hệ thống EMU ban đầu như kết hợp nhiều bộ phận khác nhau và chi phí chế tạo tàu và bảo trì cao để tiếp tục giảm trọng lượng, kiểm soát va chạm tàu, giảm sóng siêu vi áp trong hầm, không sử dụng phanh cơ.

Hơn nữa, việc xây dựng “các tuyến chuyên vận tải hành khách tốc độ cao” loại bỏ hoàn toàn các đường ngang và áp dụng các biện pháp phòng chống thiên tai và hệ thống bảo vệ có độ tin cậy cao là hệ thống kiểm soát tàu tự động (ATC), đảm bảo khái niệm an toàn để không xảy ra tai nạn va chạm, là nền tảng và đặc điểm riêng của Shinkansen.

Với việc vận dụng công nghệ, hiện tốc độ cao nhất của Shinkansen đã đạt cao nhất ở mức 320km/h. Đến năm 2027, Nhật Bản hy vọng sẽ nâng tốc độ lên đến 505 km/h.

Trung Quốc

Trung Quốc đến nay đã có gần 37.900 km đường sắt cao tốc tỏa khắp đất nước, kết nối toàn bộ các cụm siêu đô thị quan trọng, trong đó một nửa được hoàn thành chỉ trong 5 năm qua. Tổng chiều dài của mạng lưới dự kiến tăng gấp đôi, lên 70.000 km vào năm 2035. Tính đến năm 2020, 75% thành phố trên 500.000 dân của Trung Quốc đã có đường sắt cao tốc.

So với Trung Quốc, Tây Ban Nha, quốc gia sở hữu mạng lưới đường sắt cao tốc lớn nhất châu Âu, trở nên hoàn toàn lép vế với chỉ hơn 3.200 km đường sắt dành riêng cho những chuyến chạy tốc độ trên 250 km/h. Anh hiện chỉ có 107 km, trong khi Mỹ có một tuyến đường sắt duy nhất đủ tiêu chuẩn chạy tốc độ cao.

Để đạt được thành tựu như hiện nay, không dừng lại ở đột phá về tốc độ, độ bền và kỹ thuật xây dựng, các công ty Trung Quốc còn tiên phong cho ra mắt những công nghệ mới như vận hành tàu tự động, hay công nghệ điều khiển tín hiệu hiện đại. Các chuyến "tàu viên đạn" kết nối Bắc Kinh và thành phố Trương Gia Khẩu, tỉnh Hà Bắc, có thể đạt tốc độ tối đa 350 km/h, là tàu tự hành nhanh nhất thế giới.

Tuyến đường sắt cao tốc này được mở cửa từ tháng 12/2019 sau 4 năm xây dựng, là một phần trong công tác chuẩn bị cho Olympic Mùa đông Bắc Kinh vào tháng 2/2022, giúp giảm thời gian di chuyển chặng đường dài 174 km từ ba giờ xuống chưa đầy 60 phút. Những chuyến nhanh nhất chỉ mất 45 phút.

Khoang chứa đồ trong toa khách trên chuyến tàu tự hành này còn được mở rộng để đủ chỗ cất dụng cụ thể thao mùa đông, tại ghế ngồi có bảng điều khiển màn hình cảm ứng 5G, hệ thống ánh sáng thông minh, hàng nghìn cảm biến an toàn và ghế có thể tháo rời dành cho những hành khách ngồi xe lăn. Công nghệ nhận dạng khuôn mặt và robot được sử dụng tại các nhà ga để điều hướng hành khách, hỗ trợ về hành lý và làm thủ tục.

Các nhà ga mới trên mạng lưới đường sắt cao tốc tại những thành phố lớn của Trung Quốc đều sạch sẽ và hiện đại không khác gì nhà ga ở sân bay, với những màn hình lớn hiển thị thông tin và phòng chờ dành cho hành khách.

Trong tương lai, Trung Quốc được cho là sẽ tiếp tục thách thức những ranh giới hiện nay trong ngành đường sắt. Hồi cuối năm ngoái, công ty CRRC, nhà cung cấp phương tiện và công nghệ đường sắt lớn nhất thế giới, đã xem xét bản mẫu loại tàu điện có tốc độ lên tới 400 km/h để đưa vào các tuyến đường sắt quốc tế. Theo mô tả, loại tàu này có khả năng hoạt động ở nhiệt độ từ -50 độ C đến 50 độ C, được lắp đặt loại bánh chuyển đổi khổ đường ray mới được phát triển.

Các nước châu Âu

Các loại tàu tốc độ cao của châu Âu sử dụng hệ thống PCS (power concentrated system, hệ thống tập trung động lực). Điển hình cho loại hệ thống này là các tàu tốc độ cao TGV-R của Pháp. Ngoài ra, các thế hệ tiếp theo của đoàn tàu tốc độ cao đang tiếp tục triển khai công nghệ chạy trên đệm từ Maglev và công nghệ đoàn tàu nghiêng (Tilt trains), tuy nhiên chưa được áp dụng nhiều. Quá trình phát triển công nghệ ở các nước có thể phân nhóm như sau:

Công nghệ động lực tập trung (PCS) theo TGV, được áp dụng tại Pháp, Anh, Bỉ; Eurostar ở Pháp, Bỉ, Hà Lan; ở Đức là Thalys, dựa trên công nghệ này cải tiến thành AEV, Talgo 350 (Tây Ban Nha).

Công nghệ động lực tập trung (PCS) theo ICE, áp dụng tại Đức, Bỉ, Hà Lan, Thụy Sĩ, Áo.

Công nghệ đoàn tàu tự nghiêng: Áp dụng tại Italia (Eurostar Italia), Phần Lan, Bồ Đào Nha, Cộng hòa Séc, Slovenia, Anh (Pendolino), Thụy Sỹ (Eurostar Italia, ICN), Thụy Điển (X2000).

Công nghệ tàu điện từ trường Maglev (thử nghiệm tại Đức): Được thương mại duy nhất một tuyến dài khoảng 31km nối sân bay quốc tế Pudong với trạm Metro Longyang (Thượng Hải).