Kvalitetssikring af Elektrificeringsstrategi for forsyning og effekt.

Transkript

1 Kvalitetssikring af Elektrificeringsstrategi for forsyning og effekt. Udgivelsesdato : Projekt :

2 Side 1 INDHOLDSFORTEGNELSE SIDE 1 INDLEDNING 2 2 SAMMENFATNING 2 3 BETYDENDE PARAMETRE 3 4 GRANSKNING AF ELEKTRIFICERINGSSTRATEGIEN Forudsætning for driftsoplæg, parameter Tekniske forudsætninger, parametre Vurdering 5 5 AFVIGELSER FRA RAMMEFORUDSÆTNINGER Togfonden DK Elektrificeringsprogrammet Vurdering 7 Bilag: Elektrificeringsstrategi for forsyning og effekt

3 Side 2 1 INDLEDNING Grontmij har tidligere gennemført uafhængige tredjepartsgranskninger af begrundede anlægsoverslag for elektrificering. De begrundede anlægsoverslag har alle været udført af Niras, og har som et vigtigt grundlag baseret sig på en overordnet strategi for forsyning og effekt, som blev udarbejdet til formålet af Atkins. Elektrificeringens elforsyningsanlæg tegner sig for en betydelig del af de samlede anlægsomkostninger, i størrelsesordenen %, og Banedanmark har derfor 27. august anmodet Grontmij om en uafhængig tredjepartsgranskning af grundlaget fra Atkins. Kommissoriet omfatter således gennemførelse af granskning og kommentering af Elektrificeringsstrategi for forsyning og effekt, Atkins powerpoint præsentation dateret (Atkins oplyser, at den korrekte datering er ). Præsentationen benævnes efterfølgende elektrificeringsstrategien eller blot strategien og er vedlagt som bilag til nærværende notat. Granskningen skal forholde sig kvalitativt til strategiens forudsætninger (tekniske og trafikale) samt til de konkrete forslag til udbygning af kørestrømsforsyningsanlæggene. Endelig skal granskningen kommentere strategien i forhold til de senere ændringer af rammeforudsætningerne som Togfonden.dk hhv. Banedanmarks Elektrificeringsprogram repræsenterer. Som indledning til granskningen har der 27. august været en telefonsamtale med Atkins v. Tommy O. Jensen for at afklare, på hvilket grundlag strategien er udarbejdet. 2 SAMMENFATNING Elektrificeringsstrategien vurderes sammenfattende som værende et realistisk bud på en elforsyningsinfrastruktur, der er nødvendig og tilstrækkelig. Banedanmarks Elektrificeringsprograms udbudsstrategi holder basale tekniske valg åbne for markedsafprøvning, og der er derfor ingen klarhed over, hvad der er de korrekte forudsætninger for de % af anlægsoverslaget, der udgøres af kørestrømsforsyningen. Elektrificeringsstrategien udmønter ét eksempel på en elforsyningsinfrastruktur, som kan være resultatet af Banedanmarks Elektrificeringsprogram. Andre signifikant anderledes udfald er mulige og sandsynlige. Strategiens eksempel vurderes som realistisk og retvisende med de opstillede forudsætninger. Banedanmarks Elektrificeringsprogram har overordnet ræsonneret, at den samlet set bedste pris opnås ved at lade leverandørerne foreslå optimale på landsplan - tekniske løsninger. Da elektrificeringsstrategien anses for at beskrive en realistisk løsning medfører ræsonnementet, at de samlede omkostninger til elforsyningsinfrastruktur til hele landet ikke vil overstige de samlede omkostninger til at realisere elektrificeringsstrategiens løsningseksempel. Derimod vil der på de enkelte strækninger være store afvigelser fra overslagene, hvis de løsninger der reelt bliver valgt afviger væsentligt fra de forudsætninger som strategien har anvendt.

4 Side 3 3 BETYDENDE PARAMETRE Et begrundet anlægsoverslag baseres på fysikestimater, hvorfor det er nødvendigt at gøre konkrete forudsætninger for at kunne udarbejde et begrunde anlægsoverslag. Elektrificeringsstrategien fastlægger implicit og eksplicit sådanne konkrete forudsætninger for kørestrømsforsyningens infrastruktur. En række parametre er af afgørende betydning for. De betydeligste parametre og de vigtigste valgmuligheder gennemgås her kortfattet og anvendes i efterfølgende afsnit som udgangspunkt for granskningen af elektrificeringsstrategien. 1. Driftsoplæg. Driftsoplægget der den vel nok vigtigste parameter vurderingen. Driftsoplægget, der kan ses som en sektorpolitisk målsætning for hvilken trafik, der skal kunne afvikles i et givet prognoseår, er helt afgørende for effektbehovet på de enkelte strækninger. Driftsoplægget i relation til elektrificeringsstrategien består primært af forudsætninger pr. delstrækning om: a. Valg af dimensionerende prognoseår b. Antal tog pr. time i spidsbelastning c. Fordeling af togtype passager/gods i spidsbelastning d. Maksimallængde for godstog e. Strækningshastighed for passagertog hhv. godstog f. Hvilke endestationer (regnet fra Kh) betjenes med gennemgående løb og hvilke som regionalbaner. 2. Valg af forsyningsprincip. Forsyningsprincippet kan vælges i mindst tre forskellige udformninger, som hver især medfører helt forskellige udfald med hensyn til nødvendigt antal, størrelse, placering og enhedspris for forsyningsstationer samt for resulterende skævbelastning af højspændingsnettet (se pkt. 5). Mulige valg: a. Direkte forsyning 1x25 kv (fordelingsstationer som det eksisterende system) b. Direkte forsyning 2x25 kv (autotransformersystem) c. Konverterforsyning 3. Valg af distributionssystem. Ved distributionssystem forstås køreledningsanlægget og øvrige ledere på 25 kv niveau samt returstrømssystemet, der består af skinnerne evt. forstærket elektrisk med ophængte returledere. Afstanden mellem forsyningsstationer afgøres dels af driftsoplæggets effektbehov og dels af spændingsfaldet mellem forsyningsstationerne. Sidstnævnte afhænger af det samlede elektriske tværsnit i 25 kv-systemet, dvs. et større tværsnit i 25 kv-systemet kan øge afstanden imellem forsyningsstationerne, forudsat at effekten er tilstrækkelig. Mulige valg: a. 25 kv alene i køreledningsanlæg (som eksisterende anlæg) b. 25 kv i køreledningsanlæg + forstærkningsleder; kombineret med en af følgende: c. Returstrøm kun i skinner d. Returstrøm i skinner + returleder (som Storkøbenhavn og Storebælt) e. Returstrøm i skinner + returleder med sugetransformere (som resten af det eksisterende anlæg)

5 Side 4 4. Valg af krav til oppetid; RAM-krav. Krav til oppetid er et politisk valg, der kan have store konsekvenser. F.eks. vil der være anlægsøkonomisk forskel, i form af behov for installation af redundant udstyr, på om man kræver 98,5 % eller 99,9 % oppetid på forsyningen for driftsoplægget. 5. Valg af kompenseringsprincip. Den énfasede kørestrøm skævbelaster Energinet.DK s trefasede netværk i tilslutningspunkterne ved direkte forsyning. I takt med at en stadigt større del af elproduktionen tilvejebringes af svage energikilder som decentrale kraftværker, vindmøller og solcelleanlæg, øges de tekniske krav til reduktion af skævbelastningen. Således er det nu nødvendigt at indbygge fasekompenseringsanlæg når 132/150 kv nettet skævbelastes over et vist niveau. Ethvert valg af direkte forsyningsprincip (2a og 2b) kan udløse behov for kompensering. Valg af antal, størrelse og placering af forsyningsstationer afgør om central (på 132/150 kv niveau) eller decentral (på 25 kv niveau) kompensering er mest optimal. Ikke alle konfigurationer af kompensering kan kombineres med alle forsyningsprincipper. Kompenseringsanlæg er meget omkostningstunge. Ændring af enhver af ovenstående parametre kan radikalt ændre vurderingen af behovet for forsyningsstationer, installeret effekt i forsyningsstationerne og kompenseringsudstyr. 4 GRANSKNING AF ELEKTRIFICERINGSSTRATEGIEN For at kunne opstille den konkrete elektrificeringsstrategi som grundlag for de begrundede anlægsoverslag, har Atkins måttet gøre konkrete forudsætninger for de betydende parametre. Elektrificeringsstrategiens forudsætninger for de betydende parametre og vurderingen heraf gennemgås i efterfølgende afsnit. 4.1 Forudsætning for driftsoplæg, parameter 1 De væsentligste trafikale forudsætninger, betydende parameter 1, fremgår direkte af elektrificeringsstrategien side 7-13 indeholdende konceptkøreplaner for øst og vest for henholdsvis år 2016 (efter elektrificering af Esbjerg-Lunderskov) og år 2023 (efter åbning af Femernforbindelsen). Prognoseårene er relevante fordi de i eldriftperspektiv markerer større omlægninger af landstrafikken. Atkins oplyser, at Køreplan K2023 er blevet til med udgangspunkt i en køreplan, der blev anvendt kravspecificerende i Signalprogrammet. Denne køreplan blev i samarbejde med Banedanmark reduceret til en realistisk konceptkøreplan K2023, som fremgår af strategiens side 10 og Tekniske forudsætninger, parametre 2-5 For de betydende parametre 2, 3 og antageligvis også 4, er der forudsat mere af det samme, altså direkte forsyning 1x25 kv uden forstærkningsleder og returstrømssystem med sugetransformere.

6 Side 5 Fasekompensering, parameter 5, er ny i forhold til den elektrificerings der blev gennemført i 80 erne og 90 erne. Da der i disse år pågår strukturelle ændringer i energiproduktionen, og da Energinet.DK s grænseværdier for tilladelige spændingsforstyrrelser fra forbrugsanlæg tilsluttet transmissionsnettet samtidigt skærpes (forår 2013), er der ikke noget relevant erfaringsgrundlag for vurdering af kompenseringsanlæg. Atkins oplyser, at der har været dialog med Energinet.DK om behov for kompensering og tekniske muligheder for kompensering på 132/150 kv niveau. Den resulterende strategi er baseret på en kombination af central kompensering på 132/150 kv niveau, hvor det er muligt og ellers decentral kompensering. 4.3 Vurdering Driftsoplægget i form af K2023 øst+vest vurderes at være et realistisk bud på en køreplan. Det kan diskuteres, om et 10-årigt planlægningsperspektiv er tilstrækkeligt ambitiøst til at være dimensionerende for så omfattende investeringer. Det vurderes dog forsvarligt fordi det er behæftet med stor usikkerhed at forudsige trafikbehovet i meget langsigtede driftsoplæg, og dermed risikeres fejlinvesteringer. Desuden kan der med forskellige overkommelige tiltag forberedes for fremtidig forstærkning af forsyningsinfrastrukturen. Fordelingsstationerne ligger i elektrificeringsstrategien placeret tættere end i det eksisterende anlæg. Dette kan forklares dels med den intensiverede eltogsdrift og dels med at flere fordelingsstationer i dag er (tæt på) overbelastede, og formodentlig ikke i stand til at håndtere spidslastdrift ved udfald af en banetransformer. Placeringsforslag for fordelingsstationer er baseret på forskellige grader af viden i de forskelige regioner. På Sjælland er der i de store projekter fortaget mange kvalitative og kvantitative vurderinger af forsyningen, og der vurderes således at være et godt grundlag for strategiens øst-forslag. Det samme kan siges at gælde for sydlige Jylland, hvor Esbjerg-Lunderskov projektet har gennemført flere undersøgelser. I midtog Nordjylland foreligger der ikke samme grad af grundlag, og strategien anses her for at være behæftet med større usikkerhed. Placeringerne forekommer realistiske, men kun en egentlig simulering af forsyningen med et givet driftsoplæg og en given elektrisk infrastruktur kan afgøre, om en eller flere fordelingsstationer kan udelades. Det anses for usandsynligt, at der er behov for flere fordelingsstationer nord for Aarhus end angivet.. Tilsvarende er forslag til fasekompensering baseret på forskellig grad af viden, samt dialog med Energinet.DK. Ud fra den viden, der via simuleringer i København- Ringsted projektet er opnået om skævbelastning på Sjælland, forekommer strategiens forslag realistisk, hvis forudsætningen om forsyningsprincip holder ellers ikke. Igen er det kun en egentlig simulering, der kan resultere i en sikker konklusion. Ud fra de trafikale og tekniske forudsætninger, der er valgt, vurderes elektrificeringsstrategien således at give et realistisk bud på en forsyningsinfrastruktur, der vil passe til driftsoplæg K2023. De afgørende spørgsmål er derfor 1) Om 2023 er et relevant dimensioneringsår og 2) Om de tekniske forudsætninger realistiske

7 Side 6 Ad 1) vurderes det som ikke-ambitiøst, men rimeligt udgangspunkt for de begrundede anlægsoverslag, hvis der i systemdesignet indtænkes fremtidige forstærkningsmuligheder. K2023 vurderes at imødekomme det forudseelige trafikbehov, og det anses ikke for relevant, at de begrundede anlægsoverslag skal inkludere forsyning til ethvert trafikalt scenarium der kan opstilles for f.eks F.eks. vil en beslutning om Kattegatbroen naturligt medføre helt andre forsyningsscenarier, der ikke kan indkalkuleres på nuværende tidspunkt. Ad 2) vurderes de tekniske forudsætninger som gennemførlige, men som værende et relativt usandsynligt udfald af Banedanmarks Elektrificeringsprograms udbud fordi forhåndsforventningen er, at der i dag kan gennemføres samlet set mere optimale løsninger teknisk og økonomisk. Se i øvrigt afsnit 5.2 og 5.3 herom. 5 AFVIGELSER FRA RAMMEFORUDSÆTNINGER Elektrificeringsstrategien er baseret på de rammeforudsætninger, der var kendte ved årsskiftet 2012/2013. Efterfølgende er de politiske rammer ændret med Togfonden DK og lov om elektrificering. Dette giver ændringer i forhold til elektrificeringsstrategien, hvorfor der i de efterfølgende afsnit er nærmere redegjort for dette. 5.1 Togfonden DK Den 1. marts 2013 præsenterede Regeringen Togfonden DK, en infrastrukturfond, der blandt andet supplerede den eksisterende og den allerede besluttede elektrificering med resten af hovedstrækningerne. Lunderskov Esbjerg, Køge Nord Næstved, Fredericia-Aarhus, Aarhus-Lindholm, og Roskilde-Kalundborg indgik oprindeligt i elektrificeringsstrategien. Med baggrund i Togfonden DK er elektrificeringen af strækningerne Vejle-Struer og Lindholm- Frederikshavn nu medtaget i elektrificeringen. 5.2 Elektrificeringsprogrammet Banedanmarks Elektrificeringsprogram (EP) blev oprettet som selvstændig enhed i 2012 og har med vedtagelsen af Lov om elektrificering af jernbanen (lov 609 af ) fået grundlag for organisationsopbygning samt for udbud og anlæg af elektrificeringsinfrastruktur. Det er EP s erklærede mål at opnå optimale priser ved i maksimal grad at lade markedet få indflydelse på de tekniske valg. Dette har som konsekvens, at EP opererer med en udbudsstrategi, hvor flere af de betydende parametre, se afsnit 3, først fastlægges efter modtagelse af tilbud. Det formodes parametrene 1 og 4 defineres af EP for at indgå som udbudskrav; Forventet udbud marts Derimod kan parametrene 2 og 3 tidligst fastlægges ved EP s modtagelse af første tilbud, og først ligge helt fast ved kontrakt; Forventeligt sommeren Først herefter kan der indgås endelige aftaler med Energinet.DK om parameter 5.

8 Side Vurdering Den væsentligste virkning af Togfonden DK ift. elektrificeringsstrategien vil være, at eventuelle gennemgående dieselløb fra København til Struer hhv. Frederikshavn, der måtte være tænkt parallelt med eltogene, erstattes af eltog, som derved merbelaster elforsyningsinfrastrukturen. Andre muligheder er, at sådanne gennemgående tog ligesom i dag vil blive kørt som blandede løb (eltogsæt og dieseltogsæt koblet) eller, at Vejle-Struer hhv. Lindholm-Frederikshavn køres som regionalbaner. Hvis elektrificeringen af de to strækning medfører mere eltogstrafik på resten af nettet til gennemgående tog, vurderes merbelastningen som beskeden, da det, der typisk vil være behov for, er 1-2 ekstra togsæt koblet på eksisterende løb. Strategien kan i teorien påvirkes ift. placering af forsyningsstation nær Aalborg og ligeledes kan det tænkes, at en mere optimal konfiguration af kompenseringsudstyr er mulig når disse strækninger inkluderes. Med de forventede beskedne driftsoplæg for de ekstra strækninger vurderes det dog som usandsynligt, at disse forhold vil ændre elektrificeringsstrategiens vurderinger. Konsekvensen af, at Togfonden DK inkluderede Vejle-Struer og Lindholm-Frederikshavn, vurderes således samlet set som begrænset, og med det aktuelle detaljeringsniveau ubetydeligt, i forhold til elektrificeringsstrategien. Elektrificeringsprogrammets udbudsstrategi betyder reelt, at de forudsætninger som elektrificeringsstrategien hviler afgørende på, er meget usikre, og kun kan betragtes som ét af mange mulige, og meget forskellige, eksempler på, hvordan den fremtidige forsyningsinfrastruktur ser ud. Derfor kan der på de enkelte strækninger forventes store afvigelser i både op- og nedadgående retning, hvis den fremtidige forsyningsinfrastruktur afviger fra elektrificeringsstrategien. Forudsat at den logik der ligger bag EP s udbudsstrategi holder, må man imidlertid på landsniveau forvente, at de samlede anlægsomkostninger til elforsyning bliver mindre end eller lig de omkostninger som elektrificeringsstrategien tilsiger.

9 Bilag Elektrificeringsstrategi for forsyning og effekt præsentation s dateret men reelt fra Side 8