Klima-, Energi- og Bygningsudvalget KEB alm. del Bilag 187 Offentligt Elektrificering af togdriften - køreledninger vs.

Transkript

1 Klima-, Energi- og Bygningsudvalget KEB alm. del Bilag 187 Offentligt Elektrificering af togdriften - køreledninger vs. batterier Møde d. 1. april 2009 Torben V. Holm tovho@dongenergy.dk

2 Baggrunden Trafikpolitisk forlig af 29/ ("En grøn transportpolitik") Udsagn 1 (p ): c. Strategisk analyse af elektrificering af banenettet Parterne er enige om, at målet er, at jernbanen på sigt skal gøres uafhængig af fossile brændstoffer. En yderligere elektrificering af jernbanenettet vil kunne medføre lavere CO2-udledning fra togtrafikken, bedre adgang til indkøb af mere standardiseret togmateriel og mindre afhængighed af olieleverancer. Elektrificeringen bør afvente signalprojektet, som vil billiggøre investeringerne, fordi man sparer tilpasning af de nuværende signalanlæg. En elektrificering vil således blive markant fordyret, hvis den gennemføres, før Banedanmarks signaler er udskiftet. Det betyder, at yderligere elektrificering vil være aktuel fra omkring Parterne er enige om at afsætte 10 mio.kr. til udarbejdelse af en samlet strategisk analy-se af en yderligere elektrificering af jernbanenettet, herunder de økonomiske konsekven-ser, sammenhæng med materielanskaffelser og en mulig gennemførelsesplan. På strækningen Lunderskov-Esbjerg er de nuværende signalanlæg tilpasset gennem en såkaldt immunisering. Mulighederne for at fremrykke en elektrificering af denne stræk-ning vil derfor indgå i den strategiske analyse. Den strategiske analyse fremlægges i Udsagn 2 (p. 15): 7. Modernisering af Nørreport Station Nørreport Station er den mest benyttede station i Danmark målt i antal daglige passage-rer. I samarbejde med Københavns kommune er der gennemført undersøgelser af en modernisering af selve stationen og forholdene på gadeplan. Parterne er enige om at afsætte en ramme på 210 mio. kr. til gennemførelse af en moder-nisering af Nørreport Station. Projektet omfatter modernisering af Nørreport station med henblik på at sikre bedre luftkvalitet på S-bane- og fjernbaneperronerne, opfriskning af interiøret og koordinering med modernisering over jorden, som Københavns Kommune har ansvaret for, samt ko-ordinering med Banedanmarks renoveringsprojekt for bl.a. topmembranen for tunnelen ved Nørreport station. Parterne har noteret sig, at Københavns Kommune er opmærksom på en håndtering af flere cykelparkeringsfaciliteter. Moderniseringen af Nørreport Station forventes afsluttet ved udgangen af Udsagn 3 (p10): 1. Nyt signalsystem på Banedanmarks net Parterne er enige om at etablere et nyt moderne signalsystem på Banedanmarks net, der lever op til de fælleseuropæiske standarder. En udskiftning af de gamle signaler er en helt nødvendig investering for at sikre en effek-tiv og pålidelig jernbanedrift fremover. Udskiftningen er endvidere en forudsætning for realiseringen af en Timemodel for togtrafikken mellem de store byer og vil billiggøre yderligere elektrificering. 2

3 Hypotesen Batteridrift har de samme miljø- og energimæssige fordele for jernbaner som konventionel elektrificering Batterificering kan betyde elektrisk drift overalt i Landet Rentabiliteten i batteridrift er bedre end ved konventionel elektrificering Konvertering til batteridrift kan gennemføres ved ombygning eller tillempning af eksisterende materiel Idriftsættelse kan ske inden for snævre tidshorisonter og uden binding til tidshorisonten for skift af signalsystemer 3

4 Batterierne er ikke længere Akilles-hælen Den hidtil anvendte teknologi har ikke leveret et optimalt produkt Både bly-syre og NiMH (nikkel-metalhydrid) batterier er tunge pr. kwh NiMH er miljømæssigt problematisk Til transport behøves stor batterikapacitet Batterierne skal være tilstrækkeligt små pr. kwh (høj energitæthed) og fysisk håndterlige Acceptabel pris og levetid Sikkerhed Miljømæssigt forsvarlige Ny batteriteknologi er både mere kompakt og mere sikker Lithium-cobolt-oxid anvendes i PC'er, men er sikkerhedsmæssigt problematisk Lithium-jern-fosfat har bedre egenskaber og er det aktuelle valg for de fleste kendte elbilsprojekter Lithium-mangan-oxid er muligvis næste generation Energitætheden på batterier er historisk fordoblet ca. hvert 10. år Energitætheden er p.t. omkring 150 Wh/kg. 4

5 Batteri-teknologier og egenskaber 5

6 Nøgletal fra bilsektoren 1 kg batteri yder på celleniveau 150 Wh => 1 kwh vejer 6,7 kg + "overhead" (forpakning, wiring og BMS til ladningstyring) 1 kwh batteri-kapacitet koster p.t. ca. USD 500 I bilsektoren arbejdes med energiforbrug svarende til en rækkevidde på 6-7 km/kwh Krav til rækkevidde: 100 miles eller 150 km Dette medfører Batteristørrelse 25 kwh Vægt 167 kg + overhead, i alt op mod 200 kg Volumen ca. 200 liter Batteripris (ab fabrik) USD ~ DKK Garanteret levetid for batterierne (dvs. degradering til 80 pct. kapacitet) er min cycles, men forventet 3500 cycles, svarende til km. Højere cycle-tal kan fås, men til højere priser (degressivt stigende) 6

7 Bil-nøgletal anvendt i jernbanesammenhæng Som målestok defineres "et togbatteri" som et batteri, der har kapacitet til at drive et togsæt 1 km. Enhedens energi-indhold er 7kWh, svarende til forbruget i et IR4-togsæt. Et IR4, et S-togsæt og et tysk ICE TD-togsæt har næsten samme energiforbrug Et Li-Ion togbatteri vil veje ca. 56 kg, fylde ca. 56 liter og koste omkring DKK (ab fabrik). Batterificering af 1 togsæt til kørsel Lunderskov-Esbjerg, retur (2X56 km) vil kræve 112 batterier + en margen på f. eks. 25 pct. = 140 batterier Vægt: 7,8 tons. Volumen: 7,8 m3 Pris: 2,8 mio DKK (ab fabrik) + BMS og montagearbejde. 7

8 Esbjerg-Lunderskov eksemplet videreudviklet Strækningen dækkes af IC4-tog fra København, som udbygges med batterier til at klare de yderste 56 km uden køreledninger Der regnes med en service-frekvens på 1 tog hvert 40. minut Køretid København-Esbjerg sættes til 3 timer (=180 minutter) Samlet materiel-indsat bliver dermed 5 tog i hver retning, i alt 10 stk. Til udbygning af IC4-tog til hybriddrift (pentograf + batterier) til denne strækning vil altså i alt skulle bruges 56 mio DKK. Sammenligningstallet er ca. 10 mio pr. km for elektrificering med køreledninger, i alt mio DKK 8

9 Det ekstreme eksempel: Fredericia-Frederikshavn Distancen er 333 km (normalt overvejes kun elektrificering til Ålborg) Batteribehovet er dermed 333 togbatterier + 25 pct. overhead = 416 stk pr. tog vægt: 23,3 tons volumen: 23,3 m3 Pris: 8,4 mio DKK pr. tog (ab fabrik) plus BMS og ombygningsomkostninger. Udfordringerne i dette eksempel er både vægt og volumen samt (navnlig) tid til genopladning Alle udfordringer kan imødekommes ved etablering af korte, køreledningsdækkede "accelerationsbaner" ud af visse eller alle stationer Tog vil herved kunne lade under stop Stort energiforbrug ved acceleration af tog dækkes fra nettet Lavt energiforbrug til vedligeholdelse af hastighed dækkes fra batterier 9

10 Den sjællandske regionaltrafik Er p.t. dækket af dieselelektriske ME-lokomotiver, som trækker enten gamle Bnvogne eller nye dobbeltdækkervogne Strækninger uden køreledninger er Roskilde-Kalundborg: 73 km Ringsted-Nykøbing F: 87 km. Et helt tog, bestående af ME-lokomotiv + 8 dobbeltdækkervogne vejer 515 tons til sammenligning vejer et IR4-togsæt 133 tons. => Et sjællandsk regionaltog skal dermed bruge 3,8 togbatterier pr. km => Til bestykning til 87 km + 25 pct margen skal dermed bruges 413 togbatterier vægt : 23,1 tons volumen: 23,1 m3 pris: 8,3 mio DKK (ab fabrik) + BMS og ombygningsomkostninger Sidegevinst: Forureningsproblemet på Nørreport Station er løst. 10

11 Forslag Der planlægges et demonstrationsprojekt, indeholdende ombygning af et eller to eksisterende lokomotiv eller togsæt deltagelse af DSB, Banedanmark, en tog-leverandør (Bombardier?), en eller to batterileverandører, en BMS-leverandør samt DONG Energy til verifikation af konceptets tekniske duelighed driftsøkonomi, og driftsmæssige anvendelighed. Til forprojektering afsættes 1 måned med rapporteringsfrist 1. maj. 11