Klima-, Energi- og Bygningsudvalget 2011-12
KEB Alm.del Bilag 187
Offentligt
Elektrificering af togdriften- køreledninger vs. batterierMøde d. 1. april 2009Torben V. Holm[email protected]
Baggrunden
Trafikpolitisk forlig af 29/1 2009 ("En grøn transportpolitik")
Udsagn 1 (p. 28-29):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 mindreafhængighed af olieleverancer.Elektrificeringen bør afvente signalprojektet, som vil billiggøre investeringerne, fordi man sparer tilpasning af de nuværende signalanlæg. En elektrificering vil således blivemarkant fordyret, hvis den gennemføres, før Banedanmarks signaler er udskiftet. Det betyder, at yderligere elektrificering vil være aktuel fra omkring 2020.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 økonomiskekonsekven-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 dennestræk-ning vil derfor indgå i den strategiske analyse.Den strategiske analyse fremlægges i 2011
.
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 enmodernisering 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 koordineringmed modernisering over jorden, som Københavns Kommune har ansvaret for, samt ko-ordinering med Banedanmarks renoveringsprojekt for bl.a. topmembranen for tunnelenved 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 2014.
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 forrealiseringen af en Timemodel for togtrafikken mellem de store byer og vil billiggøre yderligere elektrificering.
2
Hypotesen
Batteridrift har de samme miljø- og energimæssige fordele for jernbaner somkonventionel elektrificeringBatterificering kan betyde elektrisk drift overalt i LandetRentabiliteten i batteridrift er bedre end ved konventionel elektrificeringKonvertering til batteridrift kan gennemføres ved ombygning eller tillempning afeksisterende materielIdriftsættelse kan ske inden for snævre tidshorisonter og uden binding tiltidshorisonten for skift af signalsystemer
3
Batterierne er ikke længere Akilles-hælenDen hidtil anvendte teknologi har ikke leveret et optimaltproduktBåde bly-syre og NiMH (nikkel-metalhydrid) batterier ertunge pr. kWhNiMH er miljømæssigt problematiskTil transport behøves stor batterikapacitetBatterierne skal være tilstrækkeligt små pr. kWh (højenergitæthed) og fysisk håndterligeAcceptabel pris og levetidSikkerhedMiljømæssigt forsvarligeNy batteriteknologi er både mere kompakt og mere sikkerLithium-cobolt-oxid anvendes i PC'er, men ersikkerhedsmæssigt problematiskLithium-jern-fosfat har bedre egenskaber og er detaktuelle valg for de fleste kendte elbilsprojekterLithium-mangan-oxid er muligvis næste generation
Energitætheden på batterier erhistorisk fordoblet ca. hvert 10. år
Energitætheden er p.t. omkring150 Wh/kg.
4
Batteri-teknologier og –egenskaber
5
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 500I bilsektoren arbejdes med
energiforbrug svarende til en rækkevidde på 6-7 km/kwhKrav til rækkevidde: 100 miles eller 150 kmBatteristørrelse 25 kWhVægt 167 kg + overhead, i alt op mod 200 kgVolumen ca. 200 literBatteripris (ab fabrik) 12.500 USD ~ 75.000 DKK
Dette medfører
Garanteret levetid for batterierne (dvs. degradering til 80 pct. kapacitet) er min. 2000cycles, men forventet 3500 cycles, svarende til 300.000 – 525.000 km.Højere cycle-tal kan fås, men til højere priser (degressivt stigende)
6
Bil-nøgletal anvendt i jernbanesammenhæng
Som målestok defineres "et togbatteri" som et batteri, der har kapacitet til at drive ettogsæt 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 20.000 DKK(ab fabrik).Batterificering af 1 togsæt til kørsel Lunderskov-Esbjerg, retur (2X56 km) vil kræve112 batterier + en margen på f. eks. 25 pct. = 140 batterierVægt: 7,8 tons.Volumen: 7,8 m3Pris: 2,8 mio DKK (ab fabrik) + BMS og montagearbejde.
7
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 5-600 mio DKK
8
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 tonsvolumen: 23,3 m3Pris: 8,4 mio DKK pr. tog (ab fabrik) plus BMS og ombygningsomkostninger.
Udfordringerne i dette eksempel er både vægt og volumen samt (navnlig) tid tilgenopladningAlle udfordringer kan imødekommes ved etablering af korte,køreledningsdækkede "accelerationsbaner" ud af visse eller alle stationer
Tog vil herved kunne lade under stopStort energiforbrug ved acceleration af tog dækkes fra nettetLavt energiforbrug til vedligeholdelse af hastighed dækkes fra batterier
9
Den sjællandske regionaltrafik
Er p.t. dækket af dieselelektriske ME-lokomotiver, som trækker enten gamle Bn-vogne eller nye dobbeltdækkervogneStrækninger uden køreledninger er
Roskilde-Kalundborg: 73 kmRingsted-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 tonsvolumen: 23,1 m3pris: 8,3 mio DKK (ab fabrik) + BMS og ombygningsomkostninger
Sidegevinst: Forureningsproblemet på Nørreport Station er løst.
10
Forslag
Der planlægges et demonstrationsprojekt, indeholdende
ombygning af et eller to eksisterende lokomotiv eller togsætdeltagelse af DSB, Banedanmark, en tog-leverandør (Bombardier?), en eller to batteri-leverandører, en BMS-leverandør samt DONG Energy
til verifikation af
konceptets tekniske dueligheddriftsøkonomi, ogdriftsmæssige anvendelighed.
Til forprojektering afsættes 1 måned med rapporteringsfrist 1. maj.
11
