provinsje fryslân provincie fryslân
b
postbus 20120 8900 hm leeuwarden tweebaksmarkt 52 telefoon: (058) 292 59 25 telefax: (058) 292 51 25
Provinsjale Steaten fan de Provinsje Fryslân PvdA, Jouke van der Zee Postbus 20120 8900 HM LJOUWERT
Ljouwert, 17 juny 2014 Ferstjoerd, JUNI
17
Üs merkteken Ofdieling Opsteld troch Jo merkteken Taheakke(n) Underwerp
www.fryslan.nl
[email protected] www.twittercom/provfryslan
.
0
2014
01139848 Stêd en Platteân P. Eekhof / (058) 292 98 23 of
[email protected] 1. Undersyk Strukton/Railevent : Beântwurding skriftlike fragen oer duorsume treinen
Achte hear van der Zee, Jo skriftlike fragen op grûn fan kêst 39 fan it Reglemint fan Oarder, ynkommen op 27 maaie 2014, beântwurdzje wy sa:
Fraach 1: Wat is de reden dat It boppeneamde ûndersyk fan Strukton/Rallevent oant no ta net tastjoerd is oan de Steaten fan Fryslân?
Andert fraach 1: It ûndersyk fan Strukton/Railevent is by fersin net tastjoerd. It hie tagelyk mei de oare twa rapporten ferstjoerd wurde kinnen. Yn us eagen wie de status fan it stik op dat stuit noch net hielendal wis. Dit hiene wy ôfstimme moatten mei Grinslân en Gelderlân. It ûndersyk is no hjirby taheakke en hjirby in ekskiis foar it lette ferstjoeren.
-1/3-
Ons kenmerk: 01139848
provinsje fryslân provincie fryslân
Fraach2: Hoe besjogge DS de risseltaten fan It ûndersyk fan Strukton/Rallevent yn relaasje ta de risseltaten fan It ûndersyk fan Movaris dat de effekten fan parsjele elektrifikaasje net mei nimt? •II
Andert fraach 2: De provinsje Fryslân makket him sterk foar duorsumens. Dêr passe elektrifikaasje en it riden op (bio)LNG goed yn. Foisleine elektrifikaasje fan alle spoarlinen liket de meast duorsume aksje (rapport Movaris) mar yn tis eagen in opsje dy’t fanwege de grutte lingte fan de spoarli nen hege kosten meibringt. Ut earste ûndersiken blykt dat foisleine elektrifikaasje minstens in kear sa folie kostet as parsjele elektrifikaasje. Fryslân sjocht foar fergriening nei alle spoor trajekten en net allinnich Ljouwert Grins. Parsjele elektrifikaasje jout miskien de mooglikheid om folie mear kilometers spoar te fergrienen. Om dy reden is dizze opdracht ek titsetten. Op 5 juny 2014 hat der oerlis west tusken de Provinsjes Gelderlân, Grinslân en Fryslân en it Ministearje fan Ynfrastruktuur en Miljeu oer (bio)LNG. Ofsprutsen is no dat de belutsen oerheden ek fierder sjen silie nei in ferfolgûndersyk op it mêd fan (bio)LNG. Fraach 3: Hokker trajekt (nel ynhâld en tüdpaad) hawwe DS foar eagen om te kommen ta beslütfoar ming oer It al as net ynfieren fan in oare technyk as de no besteande diseltraksje. Andert fraach 3: Parsjele elektrifikaasje en it riden op (bio)LNG freget mear ûndersyk. Wyferwachtsje net dat bei de nije oanbesteging yn 2020 parsjele elektrifikaasje of (bio)LNG al in opsje wêze sil. De ûntwikkelingen binne noch net sa fier. It kin wol dat d’r dan in pilot komt en dat soe op it tra jekt Ljouwert Grinslân kinne, mar dat hinget ek fan de provinsje Grinslân ôf. Wy kinne dit net allinnich beslute. Wol ferwachtsje we dat yn’e tiidsferrin fan de konsesje (2020-2035) der in brânstof oerstap wêze sil nei duorsume brânstof by de trein. Wy sille soks opnimme yn e bestekken. -
-2/3-
Ons kenmerk: 01139848
•
provinsje fryslân provincie fryslân b Fraach 4: Binne der al ôfspraken makke mei de pro vinsje Grinslân mei It each op de mienskippelike konsesje fan It regionale spoarferfier yn beide provinsjes? Andert fraach 4: Der binne noch gjin hurde ôfspraken makke tusken de provinsje Grinslân en de provinsje Fryslân. Wy binne op dit stuit dwaande mei de tarieding om ta ôfspraken te kommen. Fraach5: Op hokker wize wurde de Steaten fan Fryslân yn it proses meinommen?
Cf) •
Andert fraach 5: Sa as tasein yn de brief fan 28 maart 2014 mei nûmer 1125307 sille wy de Steaten op de hichte hâlde fan de ûntwikkelingen op it mêd fan duorsume brânstof foar de treinen. Mei nu achtinge, Deputearre Steaten tan
J.A.
den Berg, sekretaris
-3/3
•
Ons kenmerk: 01139848
•!wkton RailEvent
Elektrificatie- en vernieuwingsscenario met partiële bovenleiding
Datum: 28 april Versie: 2.1 Opdrachtgevers: Opdrachtnemer: Onderaannemer:
2014 ProRail, prv. Gelderland, prv. Groningen en prv. Fryslân Strukton RailEvent
Auteurs:
ir. A. Jansons, ing. M.A.M. Kaanders, ing. N. Toet
Projectnummer: Rapportnummer:
381099 STPIREI14-58101
Strukton RailEvent
Inhoudsopgave: 3 1
Inleiding
7
2
Doel van het onderzoek
7
3
Het concept partiële bovenleiding 3.1 Beschrijving concept 3.2 Overzicht toepassingsmogelijkheden Overzicht risico’s 3.3 3.4 Samenvattend schema voor-/nadelen
8 8 9 10 10
4
Samenvatting uitgevoerde studies partiële bovenleiding 4.1 RailEvent 2007, case Apeldoorn Zutphen, o.g. prv. Gelderland 4.2 Strukton 2010, draadloos groen 4.3 RailEvent 2011, update case Apeldoorn Zutphen, o.g. ProRail 4.4 RailEvent 2011, vernieuwing bvl Mariënberg Emmen, o.g. ProRail 4.5 RailEvent/Strukton 2012, voorstel praktijkproef, o.g. ProRail 4.6 RailEvent 2013, case Zevenaar Winterswijk, o.g. prv. Gelderland
12 12 13 13 14 15 16
Casestudies 5.1 Groningen Leeuwarden 5.2 Zevenaar Doetinchem 5.3 Effect 3000 Volt i.p.v. 1500 Volt tractiespanning
18 18 20 21
6
Elektrificatie- en vernieuwingsscenario III 6.1 Beschrijving van het scenario 6.2 Business case en Ombouwkosten 6.3 Implementatievoorstel
23 23 23 25
7
Conclusies en aanbevelingen 7.1 Conclusies 7.2 Open einden 7.3 Go/No go issues 7.4 Aanbevelingen m.b.t. vervoigstappen
27 27 28 28 29
-
-
-
-
5
-
-
Referenties
29
Bijlagen
30
2
Strukton RailEvent
$tiulçton o4høg Soçk
Managementsamenvatting Inleiding Het tijdperk van de elektrische auto komt steeds meer naderbij. De eerste elektrische trein reed al in 1908 over de Hofpleinlijn tussen Rotterdam en Den Haag. Het gestroomlijnde dieselmaterieel werd in 1934 geïntroduceerd voor de niet geëlektrificeerde lijnen. Elektrische energie is tegenwoordig schoon op te wekken zonder dat daarbij het broeikasgas C0 2 vrijkomt. In Nederland bevindt zich nog bijna 600 km spoorbaan zonder bovenleiding, waar met dieseltreinstellen gereden wordt. Het wordt tijd dat de spoorsector met een milieuvriendelijk alternatief komt voor de dieseltractie. Partiële bovenleiding is een kansrijke optie om diesettractie te vervangen door elektrische tractie. Partiële bovenleiding Bij het concept ‘partiële bovenleiding’ wordt slechts een deel van het baanvak van bovenleiding voorzien. De bovenleiding wordt alleen bij de stations en de naaste omgeving van het station aangelegd. Het versnellen van de trein, waarbij de meeste energie gevraagd wordt, gebeurt onder de draad. Bij het rijden met een constante snelheid ontvangt de trein elektrische energie uit de accu’s aan boord van de trein. Tijdens het remmen wordt de remenergie weer opgeslagen in de accu’s. Indien nodig worden de accu’s op het station weer verder opgeladen. Toepassingen in vernieuwingsscenario III In dit rapport wordt een scenario, het zogenaamde scenario III, beschreven, waarbij op alle niet geëlektrificeerde baanvakken de dieseltractie vervangen wordt door elektrisch aangedreven treinen. Tevens valt onder scenario III de mogelijkheid om bestaande geëlektrificeerde baanvakken met weinig treinverkeer te vernieuwen met partiële bovenleiding. Uit deze studie kwam naar voren, dat hiervoor 7 baanvakken in aanmerking komen. Echter alle 7 baanvakken vielen af, omdat: • voor 3 baanvakken de vernieuwing pas na 2060 aan de orde is; • bij 1 baanvak de heavy rail wordt vervangen door een sneltram (Schiedam Hoek v.H.); • de treinfrequentie inmiddels is toegenomen; • het baanvak gebruikt wordt als omleidingsroute voor ICE c.q. goederentreinen; • het baanvak te korte halteafstanden heeft van minder dan 2 kilometer. Ook op het hoofdrailnet zijn toepassingen van partiële bovenleiding denkbaar, zoals: • besparing op de infrastructuur in tunnels en bij beweegbare bruggen; • oplossing voor de problematiek van de open span inrichting; • noodstroomvoorziening voor huipverbruik en/of tractie; • gelijkmatige belasting van onderstations (kostenbesparing door peakshaving); • het doorkruisen van een emplacement met een afwijkende bovenleidingspanning, bijvoorbeeld bij een toekomstig 3000VoIt-systeem. Deze toepassingen zijn niet uitgewerkt in dit rapport, omdat NS een lage prioriteit geeft aan deze toepassingen, maar ze vallen in theorie wel onder scenario III. In deze studie komt daardoor de nadruk te liggen op partiële bovenleiding als alternatief voor dieseltractie op regionale lijnen. Bovendien dragen de provincies (Groningen, Fryslân, Gelderland) bij in de kosten van dit onderzoek. -
3
•dcton RailEvent
Suukton Rdn 9 Stoç
Voordelen Scenario III kent m.b.t. de dieselbaanvakken de volgende voordelen: • de netto jaarlasten zijn €13 miljoen lager dan bij dieseltractie bij de huidige dieselprijs, respectievelijk €18 miljoen bij een stijgende dieselpnjs; • 65.000 ton minder uitstoot van het broeikasgas C02; • minder lokale milieuvervuiling m.b.t. stikstofoxiden, koolmonoxide en fijn stof. Deze voordelen worden gerealiseerd met het concept partiële bovenleiding. Scenario III vraagt een investering van circa € 220 miljoen in de bovenleiding en onderstations, terwijl voor volledige elektrificatie een investering van circa €500 miljoen nodig is. De ombouw van het bestaande GTW dieselmateneel naar elektrisch materieel met Ii ion accu’s is begroot op €57 miljoen. Omdat dieseltractie duurder is dan elektnsche tractie met name qua onderhoud en energie(afschaffen rode diesel), verdient deze investering zich binnen 8 jaar (stijgende dieselprijs) tot 10 jaar (huidige dieselprijs) terug. Bovendien wordt tot 30% energie bespaard door het hergebruik van rem energie. Risico’s Expliciet is gevraagd naar de risico’s van partiële bovenleiding. De belangrijkste risico’s en mitigerende maatregelen zijn: • kans op een lege accu; de accu’s zijn i.v.m. de vereiste levensduur overgedimensioneerd en steeds voor minimaal 70% gevuld; • lek raken van de accu’s bij een aanrijding; toepassing van Ii ijzerfosfaat accu’s levert geen gevaar op; • een te hoge laadstroom beschadigt bij stilstand de rijdraad; begrenzing van de laadstroom regelen in het batterijmanagementsysteem (BMS). Door de mitigerende maatregelen zijn de risico’s beheersbaar. Ook kan partiële bovenleiding gezien worden als een strategische tussenstap naar volledige elektrificatie. In dit rapport worden de resultaten van de volgende studies samengevat: 1. Partiële bovenleiding case Apeldoorn Zutphen, RailEvent, 2007, opdrachtgever prv. Gelderland. Dit was een innovatiestudie, waarbij trechtering van de varianten heeft plaatsgevonden. Zo bleken supercaps minder geschikt te zijn in de toepassing partiële bovenleiding. In deze studie werd de positieve business case van partiële bovenleiding voor het eerst aangetoond. 2. Draadloos Groen, interne studie Strukton, 2010. Aanleiding van deze studie was de nieuwe mogelijkheden van Ii ion accu’s. Als toepassingen zijn genoemd: hergebruik van remenergie en partiële bovenleiding bij trams, goedkoper bouwen van bovenleiding, noodstroomvoorziening en het gezamenlijke project met RailEvent: partiële bovenleiding als alternatief voor dieseltractie. 3. Update case Apeldoorn Zutphen, RailEvent, 2011, opdrachtgever ProRail. In deze studie zijn de nieuwe mogelijkheden van Li ion accu’s meegenomen en is het kosterimodel iets aangepast. Opnieuw werd de positieve business case van partiële bovenleiding aangetoond. 4. Case vernieuwing bestaande bovenleiding Mariënberg Emmen, RailEvent, 2011, opdrachtgever ProRail. -
-
-
4
Strukton RailEvent
9 Swçk $tru*tØn KoIi
Bij weinig treinverkeer is partiële bovenleiding een goedkoper alternatief voor volledige bovenleiding, mits er geen exploitatieve beperkingen zijn zoals de aanwezigheid van goederentreinen Voorstel 5. voor een praktijkproef partiële bovenleiding, Strukton&RailEvent, 2012, opdrachtgever ProRaiL 6. Partiële bovenleiding case Zevenaar Winterswijk, RailEvent&PTADC, 2013, opdrachtgever prv. Gelderland In deze studie worden twee subvarianten van partiële bovenleiding vergeleken: a. dieselhybride treinen (elektrische trein, die tevens een dieselmotor heeft) b. elektrische trein met Ii ion accu’s (accumulatortrein) De variant partiële bovenleiding met accumulatortrein bleek de meest economische variant. Echter, de hybride trein is technisch een stap verder en vereist geen praktijkproef. -
Casestudies In dit rapport zijn in overleg met de betrokken provincies twee case studies uitgevoerd: 1. Groningen Leeuwarden. Deze lijn staat voorop als het gaat om elektriflcatie van de regionale lijnen in Noord Nederland. Op dit baanvak komen sneltreinen voor, waardoor het effect van sneltreinen op de business case in beeld gebracht wordt. Bij volledige elektrificatie is er sprake van een enorme investeringsdrempel van ruim €100 miljoen. Partiële bovenleiding leidt tot een investering van €77 miljoen (inclusief onderstations). De jaarlijkse netto besparing t.o.v. de huidige dieseltractie bedraagt ca. € 1,0 miljoen bij de huidige dieselprijs, respectievelijk € 1,4 miljoen bij een stijgende dieselprijs. De besparing t.o.v. volledige elektrificatie bedraagt ca. € 1,0 miljoen. In deze resultaten zijn de kosten van een 10 kV aansluiting op verzoek van de provincie Groningen meer in detail meegenomen. 2. Zevenaar Doetinchem. Dit trajectdeel staat op de nominatie om op korte termijn volledig geëlektrificeerd te worden. De jaarlijkse besparing bij toepassing van partiële bovenleiding t.o.v. volledige elektrificatie bleek slechts €0,1 miljoen te zijn. Uit strategische overwegingen wordt geadviseerd het trajectdeel Zevenaar Doetinchem volledig te elektrificeren, omdat: > de winst beperkt is en niet onderscheidend; > het een testtraject voor partiële bovenleiding kan worden voor Doetinchem Winterswijk, met een positieve business case van € 1,8 miljoen netto kostenbesparing per jaar. De toekomstige invoering van een 3kV-tractiespanning bleek weinig effect te hebben op de resultaten en conclusies. Alleen de energieverliezen in de bovenleiding nemen daardoor iets af. -
-
-
-
Conclusies en aanbevelingen De eindconclusie is dat op basis van de uitgangspunten in dit rapport vervangingsscenario III een sterk positieve business case heeft. Het betreft daarbij het onderdeel vervangen dieseltractie door partiële bovenleiding op alle niet-geëlektrificeerde lijnen. Omdat deze business case positief is, is financiering met bespaarde investeringen bij vernieuwing van het geëlektrificeerde net door partiële bovenleiding niet noodzakelijk. Bovendien is in dit rapport aangegeven dat er geen bestaande geëlektrificeerde baanvakken zijn, die voor vernieuwing met partiële bovenleiding in aanmerking komen.
5
Strukton R.iI
RailEvent
$vukt,n dhng
Soçk
In dit rapport is een implementatieplan beschreven, waarbij rekening gehouden wordt met de looptijd van de huidige concessies en de vereiste beproevingen. De realisatie strekt zich uit over een periode van 10 jaar (2015-2025) en vraagt een investering van gemiddeld €22 miljoen per jaar. De belangrijkste aanbeveling is om op korte termijn een nachtelijke praktijkproef met de accutrein te organiseren, waarbij het concept partiële bovenleiding in de praktijk wordt uitgetest.
6
b Strukton RailEvent
1.
svu&tQn Rç
Sok
Inleiding
Een substantieel deel van de huidige bovenleiding in Nederland dateert uit de jaren vijftig van de vorige eeuw. Vanuit het Platform RITS, Rail lnnovatief Technologische Samenwerking, wordt onder meer nagedacht over hoe de bovenleiding op leeftijd innovatief en tegen zo laag mogelijke kosten vervangen kan worden. In het platform RITS werken ProRail, de spooraannemers en de ingenieur.sbureaus samen. Aan Strukton is gevraagd om in samenwerking met RailEvent een vernieuwingsscenario van de bovenleiding op te stellen, waarbij het concept partiële bovenleiding wordt toegepast. Het ProRail management stelde als voorwaarde, dat vervoerders en/of opdrachtgevende provincies mee participeren in het onderzoek naar dit scenario. De provincies Groningen, Fryslân en Gelderland zijn bereid gevonden om deze opdracht voor 50% mee te financieren. Het concept partiële bovenleiding is een innovatie uit 2007, die RailEvent in opdracht van de provincie Gelderland heeft ontwikkeld [1]. In dit concept worden bij regionale niet geëlektrificeerde lijnen alleen de delen in en nabij de stations van bovenleiding voorzien. Hiermee wordt vervuilende dieseltractie vervangen door schone elektrische tractie met groen opgewekte stroom. Bovendien bleek met dit concept een aanzienlijke kostenbesparing mogelijk te zijn. Na 2007 zijn er nog diverse onderzoeken uitgevoerd naar dit kansrijke concept. In hoofdstuk 2 wordt het doel van het onderzoek beschreven. In hoofdstuk 3 wordt het concept partiële bovenleiding uitgelegd en worden de toepassingsmogelijkheden, risico’s en voor-/nadelen besproken. In hoofdstuk 4 worden alle studies die tot op heden zijn uitgevoerd, samengevat. Hoofdstuk 5 bevat twee casestudies: Groningen Leeuwarden en Zevenaar Doetinchem. Met de resultaten van de casestudies en de resultaten uit eerdere onderzoeken, zijn de financiële effecten geëxtrapoleerd naar het hele regionale net. De resultaten zijn beschreven in hoofdstuk 6: elektrificatie en vernieuwingsscenario III. Tenslotte eindigt het rapport met hoofdstuk 7, waarin de conclusies, open einden, Go/No Go issues en aanbevelingen verwoord staan. -
2
-
Doel van het onderzoek
Het doel van het onderzoek is een bovenleidingvernieuwingsplan c.q. nieuwbouwplan op te stellen, waarbij gebruik gemaakt wordt van het concept partiële bovenleiding. Wat betreft de bovenleidingvernieuwing wordt In dit onderzoek nagegaan wat de toepassingsmogelijkheden zijn op het geëlektrificeerde hoofdrailnet en op het regionale geëlektrificeerde net met relatief weinig treinverkeer (halfuurdienst). Het idee is om met een eventuele besparingen op het geëlektrificeerde net ook de regionale lijnen te elektrificeren.
7
Strukton RailEvent
S,ukton Io4bø 9 Stoçk
3
Het concept partiële bovenleiding
3.1
Beschrijving concept
Bij het concept ‘partiële bovenleiding’ wordt slechts een deel van het baanvak van bovenleiding voorzien. De bovenleiding wordt alleen bij de stations en de naaste omgeving van het station aangelegd. Het versnellen van de trein, waarbij de meeste energie gevraagd wordt, gebeurt onder de draad. Bij het rijden met constante snelheid ontvangt de trein elektrische energie uit accu’s aan boord van de trein. Tijdens het remmen wordt de remenergie weer opgeslagen in de accu’s. Indien nodig worden de accu’s op het station weer verder opgeladen. In figuur 3.11 is het beschreven proces weergegeven. Remenergie opgeslagen in accu
0
00
Energie trein uit accu
1
0
0
OC)
Energie trein uit bovenleiding
0
10
1
00
Klarenbeek
1
0
Voorst/Empe
Figuur 3.1.1 Partiële bovenleiding met de accumulatortrein Een derde van het baanvak wordt van bovenleiding voorzien, waardoor de investeringen en onderhoudskosten van de bovenleiding met twee derde afnemen. Bovendien is een besparing tot ca. 30% op het totale verbruik van elektrische voertuigenergie mogelijk, omdat de remenergie wordt teruggewonnen. In figuur 3.1.2. is voor het baanvak Apeldoorn Zutphen aangegeven, waar nieuwe bovenleiding moet worden aangelegd. -
Qm
LI Apeldoorn
De Maten
Klarenbeek
Voorst Empe
Zutphen
Bestaande bovenleiding Nieuwe bovenleiding —
Geen bovenleiding
Figuur 3.1.1 Partiële bovenleiding met de accumulatortrein Met partiële bovenleiding kan de huidige dieseltractie op regionale lijnen vervangen worden door elektrische tractie. De voordelen van elektrische tractie met partiële bovenleiding t.o.v. dieseltractie zijn: lagere netto jaarlasten, zero C0 2 emissie bij toepassing van zon-/wind energie, geen uitstoot van schadelijke stoffen(fijn stof, roet, stikstofoxide, koolmonoxide), veel minder lawaai-overlast, verkorting van de rijtijd door een snellere aanzet.
8
Strukton RailEvent
3.2
Suukton Rohn 9 Sok
Overzicht toepassingsmogetijkheden
Partiële bovenleiding in combinatie met de accumulatortrein kent verschillende toepassingsmogelijkheden: 1. alternatief voor dieseftractie op regionale lijnen; 2. goedkopere oplossing voor volledig geëlektrificeerde lijnen met relatief weinig treinverkeer (max. 4 treinen per uur per richting); 3. Toepassingen op het hoofdrailnet Het alternatief voor dieseftractie op regionale lijnen biedt kansen voor lagere jaarlasten en biedt aanzienlijke milieuvoordelen. De baanvakken genoemd in tabel 3.2.1 komen in aanmerking voor optie 2 ‘goedkoper alternatief voor volledige elektrificatie’. Baanvak Mariënberg-Emmen Barneveld Noord Ede De Haar-Rhenen Den Dolder-Baarn Geldermalsen Dordrecht Maassluls-Hoek van Holland Landgraaf- Kerkrade -
-
Goederen ja/nee ja ja nee nee nee ja nee
Gepland bvl vernieuwing jaar 2067 2031 2061 2025 2033 2015 2066
Tabel 3.2.1 Geëlektrificeerde baanvakken met relatief weinig treinverkeer. De accumulatortrein biedt ook op het geëlektrificeerde hoofdrailnet voordelen, zoals: a. noodstroomvoorziening voor het hulpverbruik bij het wegvallen van de bovenleidingspanning; b. noodstroomvoorziening voor tractie bij het wegvallen van de bovenleidingspanning; c. opslaan van zonne-energie van treinen voorzien van zonnefolie op het dak; d. betere tunnelveiligheid bij stremmingen in tunnels; e. oplossing voor de problematiek van de open span inrichting; f. gelijkmatige belasting van onderstations, waarbij perioden van extra energievraag worden opgevangen door de accu’s in de trein; g. het doorkruisen van eilanden met een afwijkende bovenleidingspanning, bijvoorbeeld 25kVof3 kV; h. meer mogelijkheden om geen bovenleiding boven beweegbare bruggen toe te passen. Partiële bovenleiding -zoals bij regiolijnen is gedacht- is geen optie voor het hoofdrailnet, omdat dan alle treinen van accu’s moeten worden voorzien inclusief de goederenlocomotieven en internationale treinen. Bovengenoemde toepassingen a t/m h zijn wel interessant, omdat de te overbruggen afstand zonder bovenleiding beperkt is, zodat de accucapaciteit relatief beperkt kan blijven. De toepassingen a t/m d zullen meer uit beschikbaarheids- en veiligheidsoverweging voortkomen dan uit kostenoverwegingen. Bij e t/m h spelen kostenoverwegingen een rol. Partiële bovenleiding kan ook in combinatie met hybride treinen toegepast worden, die zowel met elektrische als met dieselaandrijving kunnen rijden. Het rijden met hybride treinen is relatief duur vanwege de beide tractiesystemen aan boord en het geeft een beperkt milieuvoordeel.
9
Strukton R.4
RailEvent
RoIbø 5ock
Hybride treinen hebben wel exploitatieve voordelen, omdat een doorgaande lijnvoering van geëlektrificeerd naar een niet geëlelctriflceerd baanvak mogelijk is. Energiebesparing is alleen mogelijk door remenergie aan de bovenleiding terug te voeden. 3.3
Overzicht risico’s
Het concept partiële bovenleiding is een innovatie. Aan elke innovatie kleven risico’s, maar deze zijn beheersbaar. Succesvolle innovaties doorlopen de volgende stappen: 1. Verkenning 2. Haalbaarheid 3. Ontwikkeling 4. Pilot (praktijkproef) Bovengenoemde stappen beperken de risico’s van een innovatie. Na elke fase vindt er een go/no go besluit plaats op weg naar de volgende fase. Op dit moment zijn de verkennings- en haalbaarheidsfase afgerond. Partiële bovenleiding is een combinatie van bestaande technieken in een nieuw concept, waardoor fase 3 Ontwikkeling qua inspanning beperkt is. Er wordt gebruik gemaakt van de bestaande mogelijkheden van l.i ion accu’s. Overigens gaat de ontwikkeling Ii ion accu supersnel: de prijzen dalen met de dag en de prestaties qua energie-inhoud, vermogen en levensduur bevinden zich eveneens in een stijgende lijn. Bij partiële bovenleiding onderkennen we de volgende risico’s: 1. De inzet van de Li ion accu’s met een combinatie van veel cycli en relatief hoge vermogens binnen een breed temperatuurbereik kan in de praktijk leiden tot een onverwacht korte levensduur van de accu’s. 2. De laadstroom overschrijdt bij stilstand de maximale waarde, waardoor de bovenleiding wordt beschadigd. 3. Kans op lege accu. 4. Vrijkomen van energie bij een aanrijding b.v. brand. 5. De samenwerking met één of meer provincies mislukt, waardoor het toepassingsgebied te beperkt blijft. 6. Idem met vervoerders. 7. De technische en economische parameters uit de business case blijken in de praktijk af te wijken van de aangenomen waarden in de haalbaarheidsstudie; bijvoorbeeld het gerecupereerde vermogen of de prijs van een chopper. 8. De betrouwbaarheid van het systeem blijkt in de praktijk lager dan verwacht. In tabel 3.3.1 staan de risico’s van partiële bovenleiding weergegeven en zijn mitigerende maatregelen beschreven om de risico’s te beperken. De conclusie is dat de risico’s door mitigerende maatregelen beheersbaar zijn door als eerstvolgende stap een praktijkproef uit te voeren. 3.4
Samenvattend schema voor-/nadelen
De voor- en nadelen van partiële bovenleiding als alternatief voor de dieseltractie zijn samengevat in tabel 3.4.1. De voor- en nadelen van partiële bovenleiding bij vernieuwing van bestaande geëlektrificeerde trajecten zijn samengevat in tabel 3.4.2.
10
Strukton RaH
RailEvent
str*tm R4INiij
Siock
Omschrijving
Kwant.
Mitigerende maatregelen
1. Levensduur accu’s korter dan verwacht
M
2. Laadstroom beschadigt bij stilstand de bovenleiding 3. lege accu
M
4. Gevolgen bij aanrijding 5. Samenwerking provincies mislukt
L M
6. Samenwerking vervoerders mislukt
M
7. Technische en economische parameters wijken af
M
8. Betrouwbaarheid is lager
M
Verouderingsmeting in de praktijkproef Begrenzing vermogen, DOD in BMS bewaken *) Optimalisatie van bepalende parameters Snelheidsafh, stroombegrenzing in BMS Twee pantografen gebruiken Door noodzakelijke overdimensionering i.v.m. levensduur is de accu voor minimaal 70% geladen Toepassen van Li ijzerfosfaat batterijen In alle fasen gezamenlijk optrekken Rijk knoop laten doorhakken Provincies kunnende vervoerders aansturen als opdrachtgevende_instantie Uitvoeren praktijkproef Bijstellen conceptparameters Uitvoeren praktijkproef Bijstellen concept (v.b. redundantie) o.g.v. oorzaak
L
Tabel 3.3.1 Overzicht risico’s en mitigerende maatregelen, MzMiddelmatig risico, LzLaag risico *) BMS=Batterij Management Systeem, DOD= Depth of Discharge.
Voordelen Positieve business case door: > dure diesel (afschaffing rode diesel) > hergebruik remenergie levert een besparing op tot max. 30% van het totale verbruik van elektrische energie van het voertuig (stoptreinen) > tweederde besparing aanleg bovenleiding > tweederde besparing op onderhoud bovenleiding > besparing op onderhoud en invest. dieselinstallatie > vervallen tankproces > vervallen bovenleiding bij alle beweegbare bruggen Verlaging investeringsdrempel voor elektrificatie met tweederde Benutten van bestaande bovenleiding op emplacementen (Zutphen, Apeldoorn, etc. ) en deeltrajecten (Arnhem Zevenaar, Wierden Enschede) Strategische tussenstap naar 100% elektrificatie, geen desinvestering Milieuvoordelen: > aanzienlijke vermindering uitstoot C0 2 > veel minder geluidsoverlast > geen luchtvervuiling door fijnstof, roet > geen schadelijke gassen CO, NOK, > geen vervuiling bij tanken Beschikbaarheid: > minder rijdraadbreuken (kraan van de maand op overwegen) Veiligheid: > geen brandbare vloeistoffen aan boord
Nadelen Investering door provincie/vervoerder in ombouw materieel (meegenomen in de business case)
-
-
Beschikbaarheid materieelstoring accusysteem > (verwaarloosbare) kans lege accu Veiligheid: > grote hoeveelheid energie aan boord >
Tabel 3.4.1. Voor/nadelen toepassing partiële bovenleiding als alternatief voor dieseltractie
11
4 Strukton RailEvent
Voordelen Positieve business case door: > hergebruik remenergie max. 30% van het totale verbruik > tweederde besparing aanleg bovenleiding > tweederde besparing op onderhoud bovenleiding Beschikbaarheid: > minder rijdraadbreuken (kraan van de maand op overwegen) > noodstroomvoorziening aan boord bij uitval van de bovenleidingspanning trein kan verder rijden hulpverbruik_(verwarming_etc.)_werkt_langer
Nadelen Investering door provincie/vervoerder in ombouw materieel (meegenomen in de business case)
Beschikbaarheid materieelstoring accusysteem > (verwaarloosbare) kans lege accu >
Veiligheid: > grote hoeveelheid energie aan boord Tabel 3.4.2
Voor/nadelen partiële bovenleiding op bestaande volledig geëlektrificeerde trajecten
4
Samenvatting uitgevoerde studies partiële bovenleiding
4.1
RailEvent 2007, case Apeldoorn Zutphen, o.g. prv. Gelderland -
Gelderland kent momenteel nog veel niet geëlektrificeerde baanvakken, waar dieseltreinen rijden. In de studie van RailEvent in 2007 is voor de case Zutphen Apeldoorn partiële bovenleiding vergeleken met de huidige dieseltractie en met volledige elektrificatie [1]. De studie is betaald uit het OV-innovatiebudget van de provincie Gelderland. -
Er zijn in principe twee basisvarianten te onderscheiden bij partiële bovenleiding: 1. bovenleiding aan de uiteinden van het baanvak of 2. alleen bovenleiding bij en nabij de halte. In de studie is aangetoond, dat bovenleiding per halte met een totale lengte van ca. 1500 m de beste oplossing is, omdat de energie-opslagcapaciteit in de trein beperkt blijft. Tevens is aangetoond, dat supercaps afvallen als energie-opslagmedium door hun hoge gewicht ondanks hun positieve eigenschappen m.b.t. de levensduur en rendement. Accu’s hebben de voorkeur. De accu’s worden tevens gebruikt voor hergebruik van remenergie, wat mede bijdraagt aan een positieve business case. Ten opzichte van de huidige exploitatie met dieseltreinstellen bedraagt de berekende besparing door toepassing van het concept partiële bovenleiding € 509.000 per jaar op het baanvak Zutphen Apeldoorn. Extrapolatie van deze besparing naar alle niet geëlektrificeerde baanvakken in de provincie Gelderland leidt tot een besparing van ca. 4 miljoen euro per jaar. De belangrijkste milieuwinst is een vermindering van de C0 2 uitstoot met ca. 12 miljoen kilogram per jaar door toepassing van milieuvriendelijk opgewekte elektrische energie. Ten opzichte van de variant volledige elektrificatie bespaart de partiële bovenleiding per jaar ca. €200.000 -
12
Struicton RailEvent
Iç4bo Sok
op het baanvak Zutphen Apeldoorn. De investering in de bovenleiding bedraagt bij partiële bovenleiding slechts een derde van de investering bij volledige elektriflcatie. -
4.2
Strukton 2010, draadloos groen
In het rapport van Strukton uit 2010 worden verschillende oplossingen besproken betreffende het opslaan van elektrische energie in de trein [2]. Aanleiding was een ontwikkeling in de Uthium ion accutechniek, waardoor met een relatief hoog vermogen kan worden geladen en ontiaden. Strukton wil deze technologie introduceren op de railmarkt. De volgende toepassingen, die in het rapport beschreven worden, hebben een relatie met dit onderzoek: 1. Partiële bovenleiding. Sinds 2010 werken RailEvent en Strukton samen om de huidige dieseltractie op regionale spoorlijnen te vervangen door het innovatieve, milieuvriendelijke concept ‘Partiële bovenleiding’. Strukton heeft dit concept inmiddels vertaald naar een technische oplossing aan de voertuigzijde. 2. Hybride treinen, die zowel elektrisch als op diesel kunnen rijden. Hoewel met dit concept niet de volledige milieuwinst wordt behaald, kan de uitstoot van broeikasgassen, fijn stof, etc. met dit concept worden teruggedrongen. Zo kan een hybride trein met tractieaccu’s voorzien worden van een kleine dieselmotor, die minder vervuild. Tevens wordt in dit concept de remenergie opgeslagen. Strukton is voorts in overleg met een Amerikaans bedrijf om een hybride locomotief voor het goederenvervoer te introduceren op de Nederlandse markt. 3. Het voorzien van tram en light railmaterieel van een tractiebatterij is een project, waarin Strukton samenwerkt met de TU Delft en de HTM. De specifieke voordelen zijn: a. Energiebesparing door het terugwinnen van remenergie. Door de korte halteafstanden met veel remmingen wordt veel remenergie teruggewonnen. b. Geen ontsierende bovenleiding in prachtige middeleeuwse stadscentra of elders in het landschap (geen horizonvervuiling). Hergebruik 4. van remenergie van treinen op geëlektrificeerde baanvakken inclusief intercitytreinen. Strukton heeft in overleg met NS continue metingen uitgevoerd op 1CMmaterieel. De overige beschreven toepassingen hebben betrekking op: goedkoper bouwen van de bovenleiding en bruggen en noodstroomvoorziening bij een defecte bovenleiding. 4.3
RailEvent 2011, update case Apeldoorn Zutphen, o.g. ProRail -
In 2007 is door RailEvent een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar het concept ‘Partiële bovenleiding’ in opdracht van de provincie Gelderland. ProRail heeft n.a.v. deze studie een reactie opgesteld. ProRail stelt dat partiële bovenleiding een aantrekkelijk concept is voor regionale lijnen en dat nader onderzoek gewenst is. In 2011 heeft RailEvent in opdracht van ProRail een nadere onderzoek uitgevoerd [3]. Conform de aanbeveling van ProRail is in de onderhavige studie gerekend met een lagere meer realistische dieselolie prijs(toen nog rode diesel): €0,88 per liter (was € 1,15 per liter).Ook zijn de kosten van een compact onderstation met een laag vermogen nader onderbouwd op basis van de ideeën voor het baanvak Zwolle Kampen. Een dergelijk compact onderstation is begroot op € 600.000, het dubbele van wat aangenomen was in de haalbaarheidsstudie van 2007. De gevolgen van deze aanpassingen leiden tot een verlaging van de netto jaarlijkse baten voor partiële bovenleiding van ca. €500.000 naar €400.000 per jaar. Het betreft hier de vergelijking —
13
Strukton RailEvent
SUukon Rç4n 9 oçk
van de variant ‘Partiële bovenleiding met recuperatie’ met de variant ‘Huidige situatie met dieseltractie’ toegepast op het baanvak Zutphen Apeldoorn. Het verschil is voornamelijk te verklaren uit de lagere brandstofprijs. Een gunstig effect op de baten heeft het toepassen van Ii ion accu’s, die de laatste jaren een stormachtige ontwikkeling hebben doorgemaakt. De resultaten van de haalbaarheidstudie van 2007 waren gebaseerd op loodzuuraccu’s. De voordelen van Ii ion accu’s zijn: • een lange levensduur in cycli; • geschikt voor het opnemen en afgeven van grote vermogens; • laag gewicht en een klein volume. -
Ook ten opzichte van ‘Volledige elektrificatie’ scoort ‘Partiële bovenleiding’ gunstig. De besparing is becijferd op € 250.000 per jaar. Gegeven de uitgangspunten van deze studie bleek dat volledige elektrificatie rendabel is. De variant ‘Volledige elektrificatie’ bleek € 150.000 per jaar goedkoper te zijn dan de dieselvariant. Een onverwachte stop op een gedeelte zonder bovenleiding blijkt geen invloed op de betrouwbaarheid te hebben. De opslagcapaciteit van de energiebuffer is ruim overgedimensioneerd. M.a.w. de kans op stilstaan met een ‘lege tank’ is verwaarloosbaar klein. De belangrijkste conclusie van deze studie is dat de haalbaarheid van elektrische tractie met partiële bovenleiding opnieuw rekenkundig is aangetoond. 4.4
RailEvent 2011, vernieuwing bvl Mariënberg Emmen, o.g. ProRail -
Gezien de positieve uitkomsten van de business case op niet geëlektrificeerde regionale baanvakken werd door ProRail de volgende vraag gesteld. Stel dat we de bovenleiding van baanvakken met relatief weinig treinverkeer moeten vernieuwen, is het dan goedkoper om daar partiële bovenleiding toe te passen? M.a.w.: na de vernieuwing komt de bovenleiding niet volledig terug. Deze situatie is door RailEvent in opdracht van ProRail in 2011 onderzocht voor de case Zwolle Emmen [4]. -
De volgende drie varianten ‘Partiële bovenleiding’ zijn vergeleken met de referentie variant, ‘volledige elektrificatie’: 1. elk treinstation is voorzien van een onderstation, gevoed uit het 10 kV net; 2. de huidige onder- en schakelstations blijven gehandhaafd, delen zonder bovenleiding worden verbonden door 1500 V grondkabels; 3. elk treinstation is voorzien van een innovatief onderstation, gevoed met 380 V Alle varianten met partiële bovenleiding gaven een besparing te zien ten opzichte van het handhaven van volledige elektrificatie (zie tabel 4.4.1). Het toepassen van partiële bovenleiding betekent dat er 37 km (63%) minder bovenleiding behoeft te worden vernieuwd op een totaal van 58 km enkelspoor Mariënberg Emmen. -
14
Strukton RailEvent
0. 1. 2. 3.
St,uktQn Rdbn 9 Sock Besparing Investering €/jaar mio€
Referentievariant volledige elektrificatie Elk treinstation een onderstation Huidige onder- en schakelstations +1500V grondkabels Innovatiefonderstation
0 630.000 700.000 810.000
30,45 18,04 16,71 15,38
Tabel 4.4.1 Samenvatting financiële resultaten vernieuwing bestaande bovenleiding door partiële Variant 2 ‘Huidige onder- en schakelstations’ wordt aanbevolen, omdat: • capaciteitsuitbreiding van het innovatieve onderstation relatief duur is als de treinfrequentie wordt verhoogd; • er nog vele opties zijn om variant 2 te optimaliseren; o kabel laten beginnen waar bovenleiding eindigt i.p.v. bij onderstation; o optimalisatie aantal snelschakelaars in onderstation. Om de vervoerder die in het materieel moet investeren, mee te krijgen, kan de gebruiksvergoeding worden verlaagd. De vervoerder betaalt dan alleen een vergoeding voor het gedeelte met bovenleiding. Het rendement op de investering neemt voor de vervoerder daardoor toe van 1% naar 5%, terwijl het rendement op de investering voor ProRail daardoor afneemt van 7% naar 6%. Om partiële bovenleiding in te voeren is nog wel een praktijkproef nodig. Ook is er nog geen rekening gehouden met eventuele uitbreiding van het goederenvervoer op het baanvak Emmen Mariënberg met elektrische tractie.
-
4.5
RailEvent/Strukton 2012, voorstel praktijkproef, o.g. ProRail
In het rapport ‘Praktijkproef partiële bovenleiding’ dat in 2012 is opgesteld door RailEvent en Strukton, wordt een praktijkproef beschreven op het baanvak Emmen Mariënberg —Almelo met partiële bovenleiding gedurende 10 nachten [5]. NS heeft voor de proef een tweewagentreinstel Mat64 (Plan V) gratis ter beschikking gesteld. Tevens is er een begroting opgesteld voor moderner materieel SGM III. —
Voor de optie ‘Plan V’ moet de bestaande tractiebesturing vervangen worden door een moderne chopperbesturing om het terugwinnen van remenergie mogelijk te maken. SGMIll kan al remenergie recupereren. Om deze redenen pakken de kosten bij de keuze voor Plan V hoger uit dan voor SGMIII. Het accumulatorsysteem kan maximaal 580 kWatt vermogen leveren. Dit is gelijk aan de huidige tractieprestatie van Plan V. In de praktijkproef wordt de theorie van het energetisch model in de praktijk getoetst. In de proef zal blijken of de vereiste rijkarakteristieken en rijtijden kunnen worden gehaald. Na afloop van de praktijkproef kunnen conclusies worden getrokken over de betrouwbaarheid van het concept partiële bovenleiding. De proefcondities komen overeen met die op het baanvak Zutphen Apeldoorn. De topsnelheid bedraagt 100 km/h. De laatste 5 proefnachten wordt gependeld tussen Mariënberg en Vroomshoop in een buitendienststelling. Deze proef vindt plaats op een niet geëlektrificeerd —
15
Strukton RailEvent
$vukIo v4bøg SWk
baanvak. Tevens kan hiermee het gedrag van het systeem bij niet geplande stops in het deel zonder bovenleiding worden getest. Tijdens de proef vinden de nodige metingen plaats om aan het doel van de proef te kunnen beantwoorden. In de proef worden alle voorgeschreven veiligheidsprocedures in acht genomen. Daarnaast worden nog tal van andere veiligheidsmaatregelen genomen. De doorlooptijd van het gehele project bedraagt voor optie ‘Plan V’ 11 maanden. De planning is afgestemd met Stmkton. De kosten van de proef zijn begroot op € 680.000 met SGMllI, respectievelijk € 930.000 met Plan V. 4.6
RailEvent 2013, case Zevenaar Winterswijk, o.g. prv. Gelderland -
In 2007 waren de technische opties voor accumulatoren in de trein nog in ontwikkeling. Toch was al wel duidelijk dat er potentieel in het idee zat; de positieve reacties van de vervoerders en de infrabeheerder bevestigen dit. Door de razendsnel voortschrijdende technologische ontwikkelingen is er in 6 jaar tijd veel veranderd. Denk bijvoorbeeld aan de ontwikkeling van de Ii ion accu. Bovendien zijn de kosten van fossiele brandstoffen steeds verder toegenomen (afschaffen rode diesel). Deze ontwikkelingen en de rijksbezuinigingen leidde tot een nieuwe opdracht vanuit de provincie Gelderland aan adviesbureau RailEvent, met ondersteuning van PTADC. De studie is bedoeld om beleidsmakers te ondersteunen in het bespreken en het bepalen van het vervolg. In de studie worden twee materieelopties in combinatie met partiële bovenleiding vergeleken [6]: 1. energieopslag in een elektrische trein (‘accumulatortrein’), waarmee de delen zonder bovenleiding elektrisch worden overbrugd en waarmee remenergie kan worden opgeslagen en hergebruikt. 2. door op de delen tussen de stations gebruik te blijven maken van de bestaande dieselmotor (‘hybride trein: elektrisch + diesel’) In deze optie wordt de remenergie teruggeleverd aan het onderstation. Beide opties leveren in vergelijking met volledige elektrificatie een besparing in de aanleg- en onderhoudskosten van de bovenleiding op van zo’n 70%.
Dit onderzoek is vooral bedoeld om meer inzicht te verkrijgen in de belangrijkste kosten/batenaspecten van de vier verschillende voertuigoplossingen, te weten: 1. de huidige dieselexploitatie (=referentievariant, geen elektrificatie) II. de hybride trein (t.b.v. partiële elektrificatie) III. de accumulatortrein (t.b.v. partiële elektrificatie) IV. elektrisch materieel (eindbeeld referentie, t.b.v. volledige elektrificatie) In overleg met de provincie Gelderland zijn de volgende scenario’s onderzocht: • partiële elektrificatie Zevenaar Doetinchem Winterswijk; • volledige elektrificatie Zevenaar Doetinchem en partiële elektrificatie Doetinchem Winterswijk; -
-
-
-
16
Strmicton RailEvent
•
Siukto. Rdøg Soh
volledige elektrificatie Zevenaar Doetinchem, geen elektrificatie Doetinchem Winterswijk; volledige elektnficatie Zevenaar Doetinchem Winterswijk. -
-
•
-
-
De variant partiële bovenleiding met de accumulatortrein is op basis van de thans beschikbare cijfers en inschattingen de meest economische variant. Ten opzichte van de huidige dieseltractie is er sprake van een besparing van € 1,8 miljoen per jaar voor de treindienst op het baanvak Arnhem Winterswijk. (ombouw bestaand materieel: € 1,4 miljoen p.j.). Ten opzichte van volledige elektrificatie bedraagt de besparing per jaar € 0,60 tot €0,90 mio per jaar afhankelijk van de mate waarin de remenergie in de elektriflcatievanant wordt teruggewonnen. Vergeleken met de hybride variant is de besparing berekend op €0,60 mio per jaar bij ombouw van bestaand materieel. -
De huidige dieseltractie is op basis van de jaarkosten duurder dan volledige elektrificatie. De variant volledige elektrificatie tussen Zevenaar en Winterswijk is qua jaarkosten lager dan alle varianten met de hybride trein in combinatie met partiële bovenleiding. Aanbevolen wordt het volledige traject tussen Doetinchem en Zevenaar te elektrificeren als eerste stap in de overgang naar elektrische tractie. Hoewel partiële bovenleiding hier een goedkoper alternatief is, wordt om strategische redenen volledige elektrificatie aanbevolen. Het traject kan dan gebruikt worden om partiële bovenleiding uit te testen zonder overlast voor de reizigers. De varianten partiële bovenleiding met de accumulatortrein en volledige elektrificatie Zevenaar Winterswijk kennen geen geluidsemissie van dieselmotoren, geen locale uitstoot van C0 , koolmonoxide, stikstofoxiden en roet. Indien de elektrische energie 2 groen wordt opgewekt, is er zelfs sprake van volledig emissievrij rijden. Partiële bovenleiding met de hybride trein geeft meer dan de helft (64% tot 83%) minder uitstoot van schadelijke stoffen dan de huidige dieselvariant. -
De haalbaarheid van de hybride trein is reeds in de praktijk aangetoond. Om de haalbaarheid van de accumulatortrein te bevestigen is een praktijkproef nodig. Voor alle varianten bedraagt de doorlooptijd tot invoering minimaal 3 tot 4 jaar, omdat infra-aanpassingen nodig zijn en materieel besteld c.q. omgebouwd moet worden. Voor de accumulatortrein komt daar nog 2 jaar bij i.v.m. het houden van een praktijkproef.
17
Strukton RailEvent
Ro4bøg SEqk
5
Casestudies
5.1
Groningen Ieeuwarden -
Al sinds de partiële spoorverdubbeling van het baanvak Groningen Leeuwarden in de jaren negentig speelt de discussie van een mogelijke elektrificatie van dit baanvak. De belangrijkste reden, dat elektrificatie er tot nu toe niet van gekomen is, is de forse investering die dit vergt: in dit rapport geschat op ca. 100 miljoen. Onderzocht is in welke mate het toepassen van partiële bovenleiding (gedeeltelijke elektrificatie) bijdraagt aan het terugbrengen van de investering. -
Uitgangspunten De aanpak in deze studie is iets gewijzigd ten opzichte van voorgaande studies. In die studies had de toepassing betrekking op niet intensief bereden baanvakken (b.v. Zutphen Apeldoorn, Leeuwarden 1-larlingen, Groningen Roodeschool, etc.) Uitgangspunt was daar: een innovatief, relatief goedkoop onderstation per halte met een laag vermogen. Op het baanvak Groningen Leeuwarden bedraagt de frequentie meer dan 2 treinen per uur per richting en rijden er zowel snel- als stoptreinen. l.v.m. de toekomstvastheid is hier gekozen om niet iedere halte zijn eigen onderstation te geven, maar aan te sluiten bij een meer standaard aanpak zoals toegepast op andere vergelijkbare baanvakken in Nederland. Een bijkomende reden voor deze keuze is dat deze aanpak leidt tot een variant, die optimaal gebruik maakt van de tariefstructuur van de beheerder van het elektriciteitsnetwerk. De provincie Groningen had gevraagd hier speciaal aandacht aan te besteden en de kosten van een 10 kV aansluiting meer gedetailleerd mee te nemen. De onderstations worden gevoed door een eigen ProRail 10 kV kabel tussen Leeuwarden en Vierverlaten (nabij Groningen). Er worden in deze variant minder maar duurdere onderstations toegepast van € 1,47 miljoen per stuk. De berekeningen zijn gebaseerd op een materieelbehoefte van 14 stuks GTW2/8 treinstellen. Dit aantal is bepaald door de praktijkinzet in de spits op te nemen plus een reservepercentage van 20%. In het model zijn de GTW 2/6 treinstellen omgerekend naar equivalente GTW 2/8 treinstellen op basis van de treinlengte. De overige uitgangspunten staan beschreven in bijlage 1 en bijlage 2. Het totaal aantal treinstelkilometers is geschat op: 2.000.000 per jaar. -
-
-
-
In figuur 5.1.1 is een beeld gegeven van welke delen geëlektrificeerd worden in de variant partiële bovenleiding. os Bp
Geen bovenleiding
Figuur 5.1.1. Configuratie variant partiële bovenleiding In tabel 5.1.1 zijn de resultaten van de business case weergegeven.
18
Strukton RailEvent
o4$nq
Onderstation Bovenleiding Materieel vast Materieel variabel Energie Diesel Energie Elektrisch Totaal Besparing t.o.v. huidig Besparing t.o.v. elektrificatie Investering mio (mc 1. mat) €
Dieseltractie mio €1 jaar 0,00 0,00 2,79 2,66 2,86 0,00 8,31
Elektrificatie mio €1 jaar 0,51 2,00 2,50 2,10 0,00 0,85 7,96 0,35
-
-
-
55,00
103,00
Partiële bovenleiding mio €1 jaar 0,51 0,77 2,91 2,13 0,00 0,63 6,95 1,36 1,01 77,0
Tabel 5.1.1 Jaarkosten per variant Groningen Leeuwarden -
In de studie is uitgegaan van een stijgende dieselprijs naar 1,30 €/liter. Zo was de stijging van de dieselprijs in de periode 2006-2013 gemiddeld 4,5% per jaar (broncijfers CBS). Als we uitgaan van de huidige dieselprijs voor grootverbruikers in de spoorsector (1,13 €/liter) dan wordt de huidige variant met dieseltractie goedkoper. De resultaten van deze gevoeligheidsanalyse staan in tabel 5.1.2.
Onderstation Bovenleiding Materieel vast Materieel variabel Energie Diesel Energie Elektrisch Totaal Besparing t.o.v. huidig Tabel 5.1.2
Dieseltractie mio €1 jaar 0,00 0,00 2,79 2,66 2,49 0,00 7,94
Elektrificatie mio €1 jaar 0,51 2,00 2,50 2,10 0,00 0,85 7,96 -0,02
-
Partiële bovenleiding mio €1 jaar 0,51 0,77 2,91 2,13 0,00 0,63 6,95 0,99
Jaarkosten per variant Groningen Leeuwarden, dieselprijs 1,13 €/liter -
Conclusies De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van de huidige dieseltractie is berekend op 1,36 miljoen € per jaar. Uitgaande van de huidige dieselprijs blijft de besparing nog steeds aanzienlijk met 1,0 miljoen €/jaar. De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van volledige elektrificatie is berekend op 1,0 miljoen € per jaar. Op de investering in de bovenleiding kan ca. 30 miljoen € worden bespaard. Hiertegenover staat een investering in het materieel van € 3 miljoen in de accumulatoren. Een interessante optie is uit te gaan van de ombouw van bestaand GTW-DMU-materieel. Deze variant kan op verzoek in een vervolg op financiële consequenties worden onderzocht. Uit tabel 5.1.1. en tabel 5.1.2 volgt verder dat bij de huidige dieselprijs volledige elektrificatie qua jaarkosten ongeveer gelijk is aan dieseltractie. Bij een verder stijgende dieselprijs ten opzichte van de elektriciteitsprijs is elektrificeren goedkoper.
19
h Strukton RailEvent
5.2
Strubon o(g 5qk
Zevenaar Doetinchem -
Als aanvulling op de studie, die in 2013 is uitgevoerd in opdracht van de provincie Gelderland, is onderzoek gedaan naar het trajectdeel Arnhem Zevenaar Doetinchem. Dit deel komt als eerste in aanmerking voor elektrificatie. Evenals in de voorgaande studie zijn berekeningen gebaseerd op een aanzetvermogen van 720 kW. Dit komt overeen met het aanzetvermogen van het huidige dieselmateneel. -
-
In figuur 5.2.1 is een beeld gegeven van welke delen van het baanvak Zevenaar Doetinchem geëlektrificeerd worden in de variant partiële bovenleiding. Evenals in de studie Groningen Leeuwarden wordt aangesloten bij de huidige ontwerpwijze; dit resulteert in een nieuw onderstation en een nieuw schakelstation. In het oorspronkelijke concept is uitgegaan van een innovatief onderstation met een laag aansluitvermogen. Dit is bijvoorbeeld te realiseren door aansluiting op het 380V net in combinatie met energiebuffers in het onderstation. -
-
os
os
Vpb
Zv
1
1500 V verbindingskabel
Ah
WI
Dtc Geen bovenleiding
Figuur 5.2.1. Configuratie variant partiële bovenleiding Voor de overige uitgangspunten wordt verwezen naar bijlage 1. Op verzoek van de provincie Gelderland is de materieelbehoefte op het baanvak Arnhem Winterswijk geverifieerd. Hiertoe is in de praktijk vastgesteld wat de treinlengtes in de spits zijn. Het betrof de avondspits op 6-12014. De BRENG-treinen die op werkdagen tussen Arnhem en Doetinchem pendelen, rijden in de spits op de maximale treinlengte van 3 treinstellen. Dit geldt voor alle 3 treincomposities die in omloop zijn. Aangenomen wordt dat er bovendien 1 reservetreinstel aanwezig is. Het totaal aantal GTW DMUZ/8 treinstellen van BRENG wordt daarmee 10 stuks. Het totaal aantal treinstelkilometers van de BRENG-treinen is geschat op: 559.000 per jaar. De treinen van Arriva blijven in deze variant ongewijzigd. Zij rijden door naar Winterswijk met dieseltractie. -
In tabel 5.2.1 zijn de resultaten van de business case weergegeven uitgaande van een stijgende dieselprijs. In tabel 5.2.2 zijn de resultaten weergegeven op basis van de huidige dieselprijs
20
Strukton RailEvent
Dieseltractie mia €1 jaar 0,00 0,00 1,99 1,41 0,80 0,00 4,20
Onderstation Bovenleiding Materieel vast Materieel variabel Energie Diesel Energie Elektrisch Totaal Besparing t.o.v. huidig Besparing t.o.v. elektrificatie
-
Investering mio €
-
-
39,00
47,00
Tabel 5.2.1 Jaarkosten per variant Arnhem
-
-
Tabel 5.2.2 Jaarkosten per variant Arnhem
-
Partiële boven’eiding mia €1 jaar 0,13 0,23 2,03 1,19 0,00 0,19 3,77 0,43 0,09 44,0
Doetinchem
Dieseltractie mio €/ jaar 0,00 0,00 1,99 1,41 0,70 0,00 4,10
Onderstation Bovenleiding Materieel vast Materieel variabel Energie Diesel Energie Elektrisch Totaal Besparing t.o.v. huidig
Elektrificatie mia €1 jaar 0,11 0,44 1,79 1,17 0,00 0,35 3,86 0,34
Elektrificatie mio €1 jaar 0,11 0,44 1,79 1,17 0,00 0,35 3,86 0,24
Partiële bovenleiding mio €1 jaar 0,13 0,23 2,03 1,19 0,00 0,19 3,77 0,33
Doetinchem, huidige dieselprijs 1,13 €/liter
Conclusies De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van de huidige dieseltractie is berekend op € 430.000 per jaar, respectievelijk € 330.000 per jaar bij de huidige dieselprijs. De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van volledige elektrificatie is beperkt en berekend op € 90.000 per jaar. Op de investering in de bovenleiding kan ca.€ 5 miljoen worden bespaard. Hiertegenover staat een investering in het materieel van ca. € 2 miljoen. Aanbevolen wordt zo snel mogelijk van de dure fossiele brandstoffen af te komen en te investeren in elektrificatie. Voor het baanvak Zevenaar Doetinchem zijn de netto baten per jaar van partiële bovenleiding gering t.o.v. volledige elektrificatie. Het voordeel van partiële bovenleiding is hier vooral het verlagen van de investeringsdrempel met ca. € 3 miljoen. De grootste winst van partiële bovenleiding wordt behaald op het trajectdeel Doetinchem Winterswijk [6]. Uit strategische overwegingen wordt aanbevolen het traject Zevenaar Doetinchem volledig te elektrificeren. -
-
-
5.3
Effect 3000 Volt i.p.v. 1500 Volt tractiespanning
ProRail onderzoekt de mogelijkheden om de huidige bovenleidingspanning van 1500 Volt te vervangen door een systeem met 3000 V bovenleidingspanning. De ombouw betreft het
21
StrLdcton RailEvent
Strukton 1dbng
gehele Nederlandse spoorwegnet, dat voorzien is van 1500 Volt bovenleidingspanning. Daartoe moeten alle treinen en onderstations worden aangepast. De genoemde voordelen van 3000V zijn: • het vermogen van de treinen kan worden opgevoerd, waardoor de rijtijd afneemt; • de energieverliezen in de bovenleiding verminderen (van ca. 5 % nu bij 1500V naar ca. 2% bij 3000 V); • de mogelijkheden van teruglevering van remenergie aan de bovenleiding nemen toe. Wel stellen we ons nu de vraag wat de consequenties zijn van deze transformatie voor het concept partiële bovenleiding. Op dit moment is nog niet duidelijk hoe het concept 3000 V er precies uit zal zien. Veel vragen zijn nog niet beantwoord: 1. Wordt gekozen voor een dunnere rijdraad of wordt de huidige rijdraad gehandhaafd en wordt de energiebesparing geïncasseerd? 2. Wordende huidige locaties van de onderstations gehandhaafd of wordt de afstand tussen onderstations langer? 3. Worden de onderstations van compleet nieuwe apparatuur voorzien of wordt de huidige apparatuur gemodificeerd? Gezien de scope van dit onderzoek en de onduidelijkheid over de invulling van het 3 kV concept, beperken we ons hier tot de energetische consequenties voor de case Groningen Leeuwarden. Dit vertaalt zich in de volgende uitgangspunten: 1. de koperdoorsnede van de bovenleiding wijzigt niet; 2. de onderstationsafstand wijzigt niet (handhaven huidige voorziene locaties); 3. de kosten van een 3000V en een 1500V onderstation zijn gelijk; 4. de kosten voor de ombouw van dieselmaterieel naar elektrisch materieel zijn voor zowel 1500V als 3000 V gelijk 5. handhaven topsnelheid 140 km/h en aanzetkarakteristiek. -
In tabel 5.3.1 is de energiebesparing van een 3000 V t.o.v. een 1500 V systeem in kaart gebracht voor zowel volledige als partiële bovenleiding.
BvI spanning
Elektrificatie
1500V 3000V 1500V 3000V
volledig volledig partieel partieel
Energievraag treinen Munt 1386 1249 986 986
Energieverlies bovenleiding Munt 38 12 27 8
Gemiddelde verbruik kWh/stelkm 4,27 3,85 3,16 3,11
Tabel 5.3.1 Effecten verhogen van systeemspanning naar 3000 V, case Groningen
Totale jaarkosten x €1000 7964 7916 6951 6945 —
Leeuwarden
Conclusies Aangezien er veel treinen gelijktijdig remmen en weer optrekken is de winst door het terugwinnen van remenergie beperkt. Dit is het geval bij de passeerstations Hurdegaryp, Zuidhorn en Buitenpost. De energiebesparing wordt met name gerealiseerd als een stoptrein een sneltrein tegemoet komt. Bij partiële bovenleiding wordt alle remenergie al gerecupereerd in de accu’s. Daar valt dus geen winst te behalen. Het energieverlies in de bovenleiding is in absolute zin beperkt. Daardoor valt de energiewinst die te behalen is met 3000V in beide varianten tegen, ook al is de relatieve winst hier groot. De positieve effecten in de jaarlasten van
22
Strukton RailEvent
partiële bovenleiding lopen een fractie terug van €1,01 mio naar €0,97 mio per jaar bij toepassing van 3000V bovenleidingspanning. 6
Elektrificatie- en vernieuwingsscenario III
6.1
Beschrijving van het scenario
De huidige bovenleiding in Nederland is voor het merendeel begin jaren vijftig in de vorige eeuw aangelegd. Vanuit het Platform RITS, Rail Innovatief Technologische Samenwerking, wordt onder meer nagedacht over hoe de bovenleiding op leeftijd innovatief en tegen zo laag mogelijke kosten vervangen kan worden. In het platform RITS werken ProRail, de spooraannemers en de ingenieursbureaus samen. Aan Strukton is gevraagd om in samenwerking met RailEvent een vernieuwingsscenario van de bovenleiding op te stellen, waarbij het concept partiele bovenleiding wordt toegepast. In het gevoerde overleg is dit aangeduid met scenario III. Het ProRail management stelde als voorwaarde, dat vervoerders en/of opdrachtgevende provincies mee participeren in het onderzoek naar dit scenario. Het bleek dat drie provincies hun interesse toonden voor dit onderzoeknaar partiële bovenleiding, terwijl NS weinig prioriteit gaf aan toepassingen van partiële bovenleiding op het hoofdrailnet. Vandaar dat de hier beschreven uitwerking zich concentreert op de regionale lijnen met relatief minder treinverkeer. De gedachtengang in scenario III was dat de vervanging van de bovenleiding van geëlektrificeerde regionale lijnen door partiële bovenleiding besparingen oplevert. De bespaarde investeringen worden weer aangewend om regionale diesellijnen partieel te elektrificeren. In paragraaf 6.2 wordt de business case en een indicatie van de ombouwkosten beschreven van scenario III. In paragraaf 6.3 volgt een implementatievoorstel. 6,2
Business case en ombouwkosten
In tabel 6.2.1 staan voor alle regionale diesellijnen de resultaten van de business case partiële bovenleiding. Het betreft de diesellijnen in scenario III. De financiële kengetallen zijn gebaseerd op de cases Apeldoorn Zutphen, Arnhem Wiriterswijk en Groningen Leeuwarden. De cases variëren m.b.t. frequentie, enkel spoor versus partieel dubbel spoor, halteafstanden, etc., waarmee een redelijk betrouwbaar gemiddeld kengetal ontstaat. Door te extrapoleren per km baan ontstaan schattingen per baanvak. Optelling per baanvak geeft een beeld van het gehele scenario III. In bijlage 4 zijn de gehanteerde kengetallen gegeven. De besparingen zijn spoorsector breed, waarbij geen onderscheid gemaakt is tussen vervoerder en infrabeheerder. Bij de invoering van partiële bovenleiding op alle diesellijnen kan ca. € 18 miljoen per jaar worden bespaard ten opzichte van de huidige dieseltractie. Hierbij is rekening gehouden met de investeringskosten in de elektrische energievoorziening (rente÷aflossing). Wordt uitgegaan van de huidige dieselprijs van 1,13 €/liter, dan bedraagt deze besparing € 13 miljoen per jaar. De gevraagde investering in de energievoorziening bedraagt bij invoering van partiële bovenleiding ca. 220 miljoen euro. Het gebruikelijke alternatief met volledige elektrificatie is veel duurder en de investering daarvan bedraagt ca. 500 miljoen euro. Ombouw van het bestaande dieselmaterieelpark naar elektrisch materieel vraagt een investering van ca. € 30 miljoen. De investering nodig voor het inbouwen van een accumulatoren is geschat op: €27 mio. Ook qua jaarlasten is de variant partiële elektrificatie ca. €9 miljoen goedkoper dan volledige elektrificatie. In beide elektrische varianten reduceert de uitstoot van C0 2 met ca. 65.000 ton -
-
-
23
%
Strukton
RailEvent
Sln*ton rIhn 9 Stoçk per jaar in scenario III. De terugverdientijd van partiële bovenleiding als alternatief voor diesekractie is becijferd op8 jaar, respectievelijk 10 jaar uitgaande van de huidige dieselprjs. Het is daarmee bij uitstek een oplossing voor de rode dieselproblematiek.
Traject
Leeuwarden Leeuwarden Leeuwarden Groningen Sauwerd Groningen Zuidbroek Zwolle Zwolle Almelo Zutphen Zutphen Zutphen Zevenaar Eist Nijmegen
Harlingen H. Stavoren Groningen 1) Deifzijl Roodeschool Nieuweschans Veendam Kampen Wierden Mariënberg Hengelo Apeldoorn Winterswijk Winterswijk Tiel Roermond Totaal
Tabel 6.2.1
Traject-
Besparing
Besparing
lengte [kmj
tov diesel per jaar
tov 100% bvl per jaar
[mio euro]
[mio eurol
26,0 50,0 54,1 37,8 26,9 46,3 7,4 13,4 39,8 18,9 45,0 17,7 43,5 50,2 31,7 84,5
593,2
2)
0,78 1,50 1,62 1,13 0,81 1,39 0,22 0,40 1,19 0,57 1,35 0,53 1,31 1,51 0,95 2,54 17,80
Investering part bvl [mio euroj
0,39 0,75 0,81 0,57 0,40 0,69 0,11 0,20 0,60 0,28 0,68 0,27 0,65 0,75 0,48 1,27 8,90
Investering
2 C0
100% bvl
reductie [ton/jaar]
[mio euro]
9,62 18,50 20,02 13,99 9,95 17,13 2,74 4,96 14,73 6,99 16,65 6,55 16,10 18,57 11,73 31,27 219,48
21,84 42,00 45,44 31,75 22,60 38,89 6,22 11,26 33,43 15,88 37,80 14,87 36,54 42,17 26,63 70,98 498,29
2834 5450 5897 4120 2932 5047 807 1461 4338 2060 4905 1929 4742 5472 3455 9211 64659
Resultaten business case vervangingsscenario III, diesellijnen 1) de extrapoleerde waarden in deze tabel kunnen tot 25% afwijken van de hiervoor berekende business case; bvl=boven leiding 2) Uitgaande van een dieselprijs van 1,13 €/liter wordt dit bedrag 13,05 miljoen €/jaa r
In tabel 6.2.2 is de business case gegeven voor de vervanging van geëlektrificeerde lijnen met weinig treinverkeer door partiële bovenleiding. Traject-
Traject
Besparing part. bvi.
Investering part. bvl. RIB
Investering part. bvl. vv
Investering 100% bvl
57,6 17,9 14,2 10,7 49,4 9,2
[mio euro] 0,71 0,22 0,17 0,13 0,61 0,11
[mio euro] 14,40 4,48 3,55 2,68 12,35 2,30
[mio euro] 2,30 0,72 0,57 0,43 1,98 0,37
[mio euro] 30,53 9,49 7,53 5,87 26,18 4,88
159,0
1,96
39,75
6,36
84,27
lengte
[km] Mariënberg Barneveld N. De Haar Den Dolder Geldermalsen Heerlen
Emmen Ede Rhenen Baarn Dordrecht Kerkrade Totaal
Tabel 6.2.2
Resultaten business case vervangingsscenario III, Geëlektrificeerde lijnen met weinig treinverkeer vervangen door partiële bovenleiding bvl bovenleiding; RIB = RaillnfraBeheerder (ProRail); w = vervoerder
In tabel 6.2.2 ontbreekt Schiedam Hoek van Holland, omdat deze lijn t.z.t. overgaat naar de RET. Omdat partiële bovenleiding zowel goedkoper is qua investering als qua netto jaarlasten, is de terugverdientijd gelijk nul. Uitvoering van dit plan betekent dat er in totaal: 84,27 39,75 -
-
24
d Strukton RailEvent
Süuktun Roffing Stuçk
6,36 = 38,16 mio euro minder behoeft te worden geïnvesteerd. Dit is niet voldoende om de gevraagde investering voor de partiële elektrificatie van diesellijnen af te dekken. Maar dat is ook niet nodig, omdat de business case daarvan toch al positief is. Voorgesteld wordt om in scenario III geen bestaande lijnen van partiële bovenleiding te voorzien. Manënberg Emmen valt af, omdat: • er ook goederenverkeer mogelijk moet zijn tussen Coevorden en Zwolle; • de treinfrequentie in de spits is toegenomen naar 4 treinen per uur per richting; • de huidige bovenleiding pas in 2067 vervangen behoeft te worden. Bameveld Ede valt af omdat deze lijn gebruikt wordt als omleidingsroute voor goederentreinen en ICE treinen. Heerlen Kerkrade valt af vanwege: • de zeer korte halte-afstanden; • de huidige bovenleiding pas in 2066 vervangen behoeft te worden. De baanvakken Den Dolder Baarn en Veenendaal Rhenen vallen af om logistieke redenen. Er zou dan een deelpark SLT stoptreinmaterieel ontstaan, dat voorzien is van Ii ion accu’s. -
-
-
-
-
6.3
-
Implementatievoorstel
In de opdracht is gevraagd naar een implementatievoorstel van scenario III. In tabel 6.3.1 is een implementatieplan (voorstel) voor scenario III gegeven.
25
•don RailEvent
Jaar 2014/2015 2015-2017 2016 2016-2017
tukon Rolbø Stok
Baanvak Mariënberg-Emmen Zevenaar-Doetinchem
2016-2019
Zwolle-Kampen Zwolle-Wierden Nijmegen-Roermond
2017-2020
Groningen-Leeuwarden
2017-2020
Doetinchem-Winterswijk
2018-2020
2030
Leeuwarden-Harlingen Leeuwarden-Stavoren Groningen-Delfzijl Groningen-Roodeschool Groningen-Zuidbroek Zuidbroek-Leer Zuidbroek-Veendam Zutphen-Apeldoorn Zutphen-Hengelo Zutphen-Winterswijk EIst-Tiel Almelo-Mariënberg
2030 2030
Groningen-Leeuwarden Nijmegen-Roermond
2021-2025
Tabel 6.3.1
Toelichting Proef gedurende twee weken zonder reizigers Volledige elektrificatie + proef part. bvl. 1 treinstel in reizigersdienst Go / No Go ogv praktijkervaringen Partiële elektrificatie. Gereed voor nieuwe concessie in 2017(?). Nieuwbouw GTW EMU’s met accumulator Partiële elektrificatie als tussenstap naar volledige elektrificatie op de lange termijn. Nieuwe concessie in 2017(?). Ombouw betreffende GTW DMU’s. Overgangsregeling afspreken. Partiële elektrificatie als tussenstap naar volledige elektrificatie op de lange termijn. Gereed voor nieuwe concessie in 2020. Ombouw betreffende GTW DMU’s Partiële elektrificatie. Gereed voor nieuwe concessie in 2020/2025. Ombouw betreffende GT\N DMU’s Partiële elektrificatie. Gereed voor nieuwe concessie in 2020. Ombouw betreffende GTW DMU’s.
Partiële elektrificatie. Gereed voor nieuwe concessie in 2025 (uitgangspunt hier: verlenging bestaande concessie met 5 jaar). Ombouw betreffende GTW DMU’s. Partiële elektrificatie. Nieuwbouw GTW EMU’s met accumulator. Verkoop/sloop Lint materieel Volledige elektrificatie, handhaven accumaterieel Volledige elektrificatie, handhaven accumaterieel
Implementatievoorstel scenario III
*) Geadviseerd wordt eerst met de kortste baanvakken te beginnen. Indien niet voldaan kan worden aan de gevraagde aanlegcapaciteit, dan kan de bouwperiode iets worden verlengd, waarbij een overgangsregeling moet worden afgesproken. Voordat begonnen wordt met het traject Groningen-Zuidbroek-Leer/Veendam aan te pakken, dient voor dit baanvak nog een afweging gemaakt te worden betreffende dieselhybride materieel versus partiële bovenleiding met een accutrein.
26
Strukton RaiI
RailEvent
9 Stoçk Suuton Ri4ha
7
Conclusies en aanbevelingen
7.1
Condusies
Aan de hand van dit rapport kunnen de navolgende conclusies worden getrokken. Partiële bovenleiding vervangt dieseltractie door elektrische tractie De netto winst van partiële bovenleiding ten opzichte van de huidige dieseltractie is in de case Groningen Leeuwarden berekend op 1,0 miljoen per jaar uitgaande van de huidige dieselprijs, respectievelijk 1,4 miljoen € per jaar bij een verder stijgende dieselprijs. De netto winst van partiële bovenleiding bedraagt ten opzichte van volledige elektrificatie in deze case € 1,0 miljoen per jaar. Op de investering in de bovenleiding van het baanvak Groningen Leeuwarden kan ca. € 30 miljoen worden bespaard. In een eerdere studie is berekend dat de netto winst op het baanvak Arnhem Winterswijk € 1,8 miljoen per jaar bedraagt t.o.v. dieseltractie en € 1,0 miljoen t.o.v. volledige elektrificatie. De winst op het deel Zevenaar Doetinchem t.o.v. volledige elektrificatie is beperkt. Aanbevolen wordt het deel Zevenaar Doetinchem volledig te elektrificeren en daarna het resterende deel Doetinchem Winterswijk partieel. -
-
-
-
-
-
Toepassing geëlektrificeerde lijnen met weinig treinverkeer Uit de uitgevoerde studies m.b.t. partiële bovenleiding volgt dat het rendabel is om dit concept ook toe te passen bij vernieuwing van de bovenleiding op bestaande geëlektrificeerde baanvakken met weinig treinverkeer. Deze optie kent echter nauwelijks toepassingen. Slechts 7 baanvakken komen in theorie hiervoor in aanmerking. Echter de meeste baanvakken vielen af, omdat de vernieuwing pas na 2060 plaatsvindt of omdat op het baanvak ook internationaal of goederenvervoer moet plaatsvinden. Toepassingen hoofdrailnet Mogelijke toepassingen van partiële bovenleiding op het hoofdrailnet zijn: • besparing op de infrastructuur in tunnels en bij beweegbare bruggen; • noodstroomvoorziening voor hulpverbruik en/of tractie; • gelijkmatige belasting van onderstations (kostenbesparing door peakshaving); • oplossing voor de problematiek van de open span inrichting; • het doorkruisen van een emplacement met een afwijkende bovenleidingspanning, bijvoorbeeld bij een toekomstig 3000Volt-systeem. Deze toepassingen zijn niet gekwantificeerd, omdat NS hier een lage prioriteit aan toekent. Risico’s partiële bovenleiding De belangrijkste risico’s en mitigerende maatregelen zijn: • kans op een lege accu; de accu’s zijn i.v.m. de vereiste levensduur overgedimensioneerd en steeds minimaal voor 70% gevuld; • lek raken van de accu’s bij een aanrijding; toepassing van Ii ijzerfosfaat accu’s levert geen gevaar op; • een te hoge laadstroom beschadigt bij stilstand de rijdraad; begrenzing van de laadstroom regelen in het batterijmanagementsysteem. Door de mitigerende maatregelen zijn de risico’s beheersbaar.
27
Struktan RaI1 RailEvent
tn
io#ng
Strategische tussenstap Ook kan partiële bovenleiding gezien worden als een strategische tussenstap naar volledige elektriticatie. Het risico op een des investering is dus nihil. Als het treinverkeer groeit naar meer dan 4 treinen per uur per richting, wordt het omslagpunt naar volledige elektrificatie bereikt. Hybride trein Partiële bovenleiding met de accumulatortrein blijkt meer rendabel te zijn dan partiéle bovenleiding in combinatie met de hybride trein (kan zowel op de bovenleiding als met diesel rijden). De hybride trein is technisch een stap verder dan de accumulatortrein en vereist geen praktijkproef. Scenario III In scenario III wordt op alle niet geëlektrificeerde baanvakken de dieseltractie vervangen door elektrische aangedreven treinen volgens het concept partiële bovenleiding. Scenario III kent de volgende voordelen: • de netto jaarlasten zijn € 13 miljoen lager dan bij dieseltractie, respectievelijk € 18 miljoen bij een stijgende dieselprijs; • investering van circa € 220 miljoen in de bovenleiding en onderstations, terwijl voor volledige elektrificatie een investering van circa € 500 miljoen nodig is; • 65.000 ton minder uitstoot van het broeikasgas C0 ; 2 • minder lokale milieuvervuiling m.b.t. stikstofoxiden,koolmonoxide en fijn stof. De eindconclusie is dat op basis van de uitgangspunten in dit rapport vervangingsscenario III een sterk positieve business case heeft. De realisatie strekt zich uit over een periode van 10 jaar (2015-2025) en vraagt een investering van gemiddeld € 22 miljoen per jaar. 7.2
Open einden
Doordat NS een lage prioriteit gaf aan dit onderzoek, zijn de toepassingen op het hoofdrailnet niet verder uitgewerkt, denk aan tunnels en beweegbare bruggen. In een mogelijk vervolg kan partiële bovenleiding voor beweegbare bruggen en tunnels technisch verder uitgewerkt worden en kan een business case worden opgesteld. 7.3
Go/No go issues
De Go/No go issues zijn de navolgende. Praktijkproef zonder reizigers Er dient op korte termijn een Go/No go besluit genomen te worden over het houden van een nachtelilke praktikproef met de accumulatortrein zonder dat er reizigers aan boord zijn f5]. Voorgesteld wordt om de kosten van deze proef te verdelen over de belanghebbende provincies: Groningen, Fryslân, Overijssel, Gelderland en Limburg. Daarna volgt een Go/No go besluit voor het doen van een praktijkproef in de reizigersdienst.
28
SfrLdton RailEvent
Sln,kwn IldIjø 9 Sxk
Praktijkproef in de reizigersdienst Indien de proef zonder reizigers goed verlopen is, kan een praktijkproef met reizigers plaatsvinden. Dit kan door 1 treinstel om te bouwen als accumulatortrein. De proef kan plaatsvinden op een geëlektrificeerd baanvak: Zwolle Emmen, Dordrecht Geldermalsen of Arnhem Doetinchem als deze op korte termijn geëlektrificeerd wordt. Daarna volgt een Go/No go besluit om het concept in te voeren op alle niet-geëlektrificeerde lijnen. -
-
-
7.4
Aanbevelingen m.b.t. vervoigstappen
De belangrijkste aanbeveling is om op korte termijn een nachtelijke praktijkproef met de accutrein te organiseren, waarbij het concept partiële bovenleiding in de praktijk wordt uitgetest. De overige aanbevelingen volgen uit de hiervoor beschreven Go/No go stappen en het im plementatievoorstel. Omdat de business case positief is, leent de financiering van scenario III zich voor publiek private financiering (PPS). De banken kunnen dan investeren, waarbij de overheid zich voor een deel garant stelt.
Referenties [11 [2] [3]
Haalbaarheidsonderzoek elektrische tractie met partiële bovenleiding, RailEvent, 23 oktober 2007. Draad loos groen, Strukton Rolling Stock, 9 maart 2010. Haalbaarheidsonderzoek elektrische tractie met partiële bovenleiding, update case Zutphen Apeldoorn, RailEvent, 28 oktober 2011. EV-vernieuwingsplan Mariënberg Emmen met partiële bovenleiding, RailEvent, 1 december 2011 Praktijkproef partiële bovenleiding met lithium accu’s en recuperatie, RailEvent i.s.m. Strukton, 16 mei 2012, versie 2.0 Verkennend onderzoek partiële elektrificatie, technische alternatieven niet geëlektrificeerde spoorlijnen casus Arnhem Winterswijk, RailEvent i.s.m. PTADC, 9 september 2013, versie 2.1 -
[4] [5] [6]
-
-
-
29
d
Strukton
RailEvent
Bijlage 1 a. b. c. d. e. f. g. h. i.
j. k.
Algemene uitgangspunten berekeningen partiële bovenleiding
Rentevoet: 3% Bovenleiding investering: € 590.000 per km enkel spoor. Bovenleiding onderhoud: € 2400 per jaar per km enkel spoor. Investering € in materieel per treinstel GTW2/8: diesel 3,9 mio; elektrische trein 3,5 mio; accumulatortrein 3,7 mio. Materieel onderhoud (repo) variabel € per jaar per treinstel: diesel 100.000; elektrisch 96.000; accumulatortrein 98.000. Materieel onderhoud (repo) variabel € per km per treinstel: diesel 0,57; elektrisch 0,38; accumulatortrein 038 Investering Ii ion accu’s per treinstel: 720 kW: 72.000 €; 1100 kW: 91.000, levensduur 4 jaar Investering Chopper per treinstel: 100.000 €, levensduur 30 jaar Energieprijzen: elektrisch 0,10 €/kWh; diesel 1,30 €/Iiter Massa GTW 2/8 DMU 104,5 ton; EMU 101,0 ton; Accumulatortrein: 103,0 ton Hulpverbruik 15% van het totale verbruik EMU (vaste waarde)
Bijlage 2
Specifieke uitgangspunten Groningen Leeuwarden -
huidig 10 kV-concept tractievoeding: twee 10 kV voedingspunten; 5 onderstations 4 MVA, 10 kV kabel met een lengte van 47,2 km. Kosten netbeheerder: • eenmalig per voeding punt: 170.000 € • € 1795 per aansluiting per jaar • € 2760 vast recht transport per aansluiting per jaar • Gecontracteerd vermogen 16,56 €1 kW per jaar • maandpiek 1,63 €/ kW Investering onderstation: • Elektrische apparatuur onderstation (trafo, gelijkrichters, HVI, GVI) 575.000 (30 jaar) • Gebouw: 150.000 (60 jaar) • 10kV-aansluiting: 72.000 €/km 10 kV kabel, lengte 9,4 km per onderstation; netbeheerder eenmalig: 68.000 per onderstation; Totaal investering 10kV Per onderstation: € 748.000 Jaarlasten onderstation: • Onderhoud elektrische apparatuur en gebouw per jaar: 1% van de investering. • Onderhoud 10 kV kabel per jaar per os: €6800 • Variabele kosten per jaar netbeheerder: € 19.600 Kostenmodel onderstation o.g.v. voorgaande gegevens: • investering: 1,47 mio (36 jaar) • variabele kosten per jaar: € 33.700 Logistieke input: • 14 treinstellen GTW 2/8; • 2 mio stelkms per jaar.
30
Strukton RailEvent
Bijlage 3
SuuLton Rofln.j Stok,
Specifieke uitgangspunten Zevenaar Doetinchem -
huidig 10 kV-concept tractievoeding: één 10kV voedingspunt; 1 onderstations 4 MVA, 10 kV kabel met een lengte van 2,7 km. Kosten netbeheerder gebaseerd op de tarieven van Enexis. Investering onderstation: • Elektrische apparatuur onderstation (trafo, gelijkrichters, HVI, GVI) 575.000 (30 jaar) • Gebouw: 150.000(60 jaar) • 10kV-aansluiting: 72.000 €/km 10 kV kabel; netbeheerder eenmalig: 68.000 per onderstation; Totaal investering 10kV Per onderstation: €748.000 Investering schakelstation: • Elektrische apparatuur onderstation (GVI) 125.000 (30 jaar) • Gebouw: 125.000 (60 jaar) • 1500 V-kabel: 72.000 €/km lengte: 4,7 km. Jaarlasten onderstation: • Onderhoud elektrische apparatuur en gebouw per jaar: 1% van de investering. • Onderhoud 10 kV kabel per jaar per os: € 1900 • Variabele kosten per jaar netbeheerder: € 19.200 Jaarlasten schakelstation: • Onderhoud elektrische apparatuur en gebouw per jaar: 1% van de investering. • Onderhoud 1500V kabel per jaar per km: €720, lengte 4,7 km. Kostenmodel onderstation o.g.v. voorgaande gegevens: • investering: 1,09 mio (36 jaar) • variabele kosten per jaar: €28.300 Kostenmodel schakelstation o.g.v. voorgaande gegevens: • investering: 0,60 mio (36 jaar) • variabele kosten per jaar: €5900 Logistieke input: • 10 treinstellen G1W 2/8; • 559.000 stelkms per jaar.
31
Strukton RaiI
RailEvent
9 Stoçk suwtn 4un
Bijlage 4
Uitgangspunten business case Bovenleidingsvervangingsscenano III
De volgende kengetallen zijn afgeleid uit drie cases: Zutphen Apeldoorn, Arnhem Winterswijk, Groningen Leeuwarden. Het betreffen cijfers per kilometer baan: • Netto besparing partiële bovenleiding t.o.v. dieseltractie per jaar per km: €30.000 bij een dieselprijs van 1,30 €/liter, respectievelijk € 22.000 per jaar per km bij een dieselprijs van 1,13 €1 liter • Netto besparing partiële bovenleiding t.o.v. volledige elektrificatie per jaar per km: € 15.000 • Investering onderstation partiële en volledige bovenleiding per km: € 140.000 • Investering bovenleiding partieel per km: € 230.000 • Investering bovenleiding 100% per km: € 700.000 -
-
32
-
