Maatregelencatalogus voor energiereductie in tunnels

Participeren of contact opnemen?

Hieronder vindt u links naar formulieren om maatregelen en suggesties in te dienen:

>> Naar het formulier om maatregelen in te dienen
>> Naar het formulier om overige suggesties in te dienen

Wilt u bijdragen aan dit groeiboek? Heeft u een idee voor een nieuw onderwerp? Of heeft u een vraag? Neem dan contact op met het COB per mail info@cob.nl of telefonisch 085 – 4862 410. We horen graag van u!

Energiesysteem en noodstroomvoorziening

Het energiesysteem binnen een tunnel is het onderdeel dat de verbruikers (de verlichting, ventilatie, etc.) voorziet van de benodigde energie. Wanneer het energiesysteem wegvalt, dan nemen de noodstroomvoorzieningen zijn taak over. Dit hoofdstuk beschrijft maatregelen om het energieverbruik van zowel het energiesysteem als de noodstroomvoorzieningen te reduceren.
>> Achtegrondinformatie energiesysteem en noodstroomvoorzieningen

Maatregelen op deze pagina:

  1. Optimalisaties noodstroomvoorzieningen
  2. Verbeteren ‘power quality’
  3. Gebruik DC-netwerk
  4. Monitoring energieverbruik
DRUPS als mogelijk alternatief

DRUPS als mogelijk alternatief

Een ‘dynamic rotating uninterruptable power supply’ (DRUPS) combineert de functionaliteit van de UPS en de NSA, en mag als directe vervanging van de netaansluiting worden gezien. Het toepassen van DRUPS als noodstroomvoorziening zou als mogelijk alternatief in de LTS kunnen worden opgenomen.
>> Lees meer

Optimalisaties noodstroomvoorzieningen

De nu veelal toegepaste uninterruptible power supplies (UPS-en) hebben een laag rendement. De geëiste capaciteit (aangesloten vermogen en te realiseren stand-bytijd van ca. een uur) is relatief groot en moet door de UPS door het laden van de accu’s in stand gehouden worden. In de Beneluxtunnel stonden tot voor kort nog acht UPS-en met een verlies van ca. 40.000 kWh per stuk per jaar (die worden vervangen in het eerste kwartaal van 2017). Het laadproces kost energie, en bij het onttrekken van energie treden ook weer verliezen op. Deze verliezen worden omgezet in warmte die afgevoerd moet worden met de klimaatinstallaties (HVAC). Ook dat kost energie. De toegepaste noodstroomaggregaten (NSA) zijn bovendien veelal voorzien van motorblok (smeerolie) verwarming om een korte opstarttijd te kunnen garanderen, wat ook energie vraagt.

Reductie bij netuitval 
De noodstroomvoorziening wordt gedimensioneerd voor calamiteitbedrijf van de tunnel. Tijdens calamiteitbedrijf is de elektrische belasting het grootst, met name door de ingeschakelde ventilatie (maximale capaciteit), verlichting (maximale capaciteit) en brandbluspompen. Het is de vraag of bij netuitval mag worden volstaan met een gereduceerd ventilatievermogen en verlichtingscapaciteit. Immers, de frequentie van netuitval is in Nederland laag en betreft doorgaans een relatief korte periode. Feitelijk wordt zo aan de afweging tussen tunnelbeschikbaarheid en -veiligheid de component duurzaamheid (energieverbruik) toegevoegd.

Reductie autonomietijden 
Door de verschillende eisen met betrekking tot de autonomietijden voor verschillende verbruikers, worden met name de UPS-en overgedimensioneerd. En bij de combinatie UPS-NSA lijken de autonomietijden voor de UPS aan de hoge kant. Reduceren van de autonomietijden kan significante besparingen opleveren. Hiervoor moeten de eisen in de LTS worden herzien.

Optimalisatie tijdens netuitval 
Uitgaande van een gemiddelde netuitval van 0,5 tot 1 uur per jaar, is het optimaliseren van het rendement van de noodstroomvoorziening tijdens noodstroombedrijf weinig relevant. Optimalisatie kan wel worden gezocht in het reduceren van de verliezen tijdens stand-bybedrijf van de noodstroomvoorziening.

Verbeteren nutsvoorziening 
Als alternatief voor een tunnelspecifieke noodstroomvoorziening kan worden onderzocht in hoeverre de beschikbaarheid en betrouwbaarheid van de nutsvoorziening te vergroten is. Wordt de kans op uitval significant kleiner dan de beschikbaarheid van het tunnelsysteem zelf, kan de noodstroomvoorziening aanzienlijk worden gereduceerd.

Energie-efficiëntievoordelen

Optimalisatie van de noodstroomvoorziening zal slechts enkele procenten kunnen bijdragen aan energiereductie. Een grotere besparing kan worden verkregen wanneer de energievoorziening van de tunnel als geheel wordt geoptimaliseerd. Aanzienlijk meer winst is te behalen door het reduceren van het benodigde noodstroomvermogen. Het verhogen van de beschikbaarheid en betrouwbaarheid van de nutsvoorziening kan mogelijk resulteren in het grotendeels elimineren van een tunnelspecifieke noodstroomvoorziening.

Past deze maatregel in de wetgeving en de LTS?

De voorgestelde optimalisaties passen niet zonder meer binnen de LTS. Met name het minimaliseren van het noodstroomvermogen door onder andere het reduceren van de ventilatiecapaciteit tijdens een periode van netuitval past niet binnen de huidige kaders van de LTS.
>> Zie bijlage voor een specifieke toets door het KPT

Wat zijn de consequenties van deze maatregel mbt beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid?

Afhankelijk van de gekozen optimalisatie is er geen tot beperkte invloed op met name de beschikbaarheid van de tunnel in termen van doorstroming voor het wegverkeer.

Wat zijn de veiligheidsconsequenties?

De mogelijke optimalisaties zijn in principe niet van invloed op het veiligheidsniveau.

Wat zijn de consequenties voor de verkeersgebruiker?

Geen.

Technology readiness level (TRL)

6, wordt toegepast in objecten, maar niet in tunnels.

Kosten/baten

Economisch: 5.
Bijdrage energiedoelstelling: 3.

Referenties/links
Toepasbaar in spoortunnels?

Ja, deze maatregel is toepasbaar.

Klap uit Klap in

Verbeteren ‘power quality’

Het voorschrijven van eisen waardoor er bij het installatieontwerp aandacht besteed wordt aan het aspect ‘power quality’, inclusief het juist meten hiervan, kan voorkomen dat er onnodig energie wordt verbruikt. Een slechte power quality kenmerkt zich door de aanwezigheid van hoge harmonische- en blindstromen, asymmetrie en een onnodig hoge spanning (zie pdf ‘Harmonischen: gevolgen’). Deze aspecten veroorzaken vervuiling en/of onnodig hoog verbruik in de interne elektrotechnische infrastructuur, waardoor er storingen kunnen optreden, apparatuur schade kan ondervinden en de levensduur wordt verkort (zie hieronder bij referenties).

De belangrijkste bron van harmonische vervorming is vermogenselektronica, zoals voedingen van apparaten (closed-circuit television/CCTV, versterkers, computers etc.) en de frequentieomvormers van elektromotoren. Ook slecht ontworpen ledverlichting en omvormers voor zonnepanelen kunnen hogere harmonischen in het elektriciteitsnet veroorzaken. Het gevolg is onder andere extra energieverlies in verbruikers dat omgezet wordt in warmte.

Bij het ontwerpen van een elektrische installatie moet rekening worden gehouden met de diverse power quality onderwerpen. Er moet gekeken worden naar het spanningsniveau in de installatie, de bestandheid tegen (gevoeligheid voor) optredende dips, de mate van asymmetrie en harmonischen, en het optreden van snelle spanningsvariaties die hinder bij de verlichting kunnen geven.

Een goed ontwerp kan al veel problemen voorkomen. Desondanks is niet alles te voorspellen en kunnen nieuwe toestellen of aanpassingen van installaties achteraf toch nog tot problemen leiden. Het monitoren van de kwaliteit van spanningen en stromen van een installatie – en dit geldt zeker voor de grotere installaties – is geen overbodige luxe. Hierdoor kunnen problemen op tijd worden gesignaleerd en maatregelen worden genomen. Elk specifiek power quality probleem heeft eigen oplossingen.

Energie-efficiëntievoordelen

Deze maatregel leidt tot vermindering van energieverliezen in het energienetwerk en de verbruikers. Bij juist ontwerp van installaties en juist uitgevoerd onderhoud zal van energieverlies nagenoeg geen sprake zijn. In de praktijk blijkt echter dat dit onderwerp wordt onderschat en dat er snel 3-5% te veel energie wordt verbruikt, met uitschieters tot 10%. De maatregel beoogt dan ook vooral het voorkomen van onnodig energieverlies ná ontwerp en is minder een besparing. De energiereductie op tunnelniveau bedraagt minder dan 1%.

Past deze maatregel in de wetgeving en de LTS?

Ja, maatregelen ter verbetering van de power quality hebben geen relatie met de LTS.
>> Zie bijlage voor een specifieke toets door het KPT

Wat zijn de consequenties van deze maatregel mbt beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid?

Een slechte power quality verhoogt de onderhouds- en vervangingskosten. Het zorgt niet alleen voor schade aan apparatuur, maar genereert ook een hoger, onnodig verbruik. Verbetering van de kwaliteit zal zowel de beschikbaarheid als de betrouwbaarheid doen toenemen.

Wat zijn de veiligheidsconsequenties?

Geen.

Wat zijn de consequenties voor de verkeersgebruiker?

Geen.

Technology readiness level (TRL)

8, wordt toegepast in tunnels in Europa.

Kosten/baten

Economisch: onderzoek heeft uitgewezen dat het niet op orde hebben van de power quality kan leiden tot energieverlies in het energienetwerk en de verbruikers. De kosten voor het verbeteren van de power quality zijn momenteel nog lastig te bepalen omdat hier binnen de tunnelbouw onvoldoende referenties voor zijn en er vrij weinig ‘neutrale’ bronnen beschikbaar zijn. Recent is er meer bewustwording van de noodzaak en de voordelen van de verbetering van de power quality. Er bestaan in een aantal nieuwe contracten eisen om de power factor minimaal op 0,9 te stellen en de hiervoor noodzakelijke maatregelen bij de bron aan te pakken.

Bijdrage energiedoelstelling: 1 à 2.

Toepasbaar in spoortunnels?

Ja, deze maatregel is toepasbaar. De kwaliteit van spanning en stroom en de goede werking van toestellen en installaties is een verantwoordelijkheid van meerdere partijen, zoals de netbeheerders, de aangesloten klanten, de installateur en de fabrikant van de toestellen. Normen spelen een belangrijke maar nog niet afdoende rol in de toewijzing van de diverse verantwoordelijkheden.

Klap uit Klap in

Gebruik DC-netwerk

Gezien de ontwikkelingen in het type verbruikers in de tunnels van vandaag en morgen, is het interessant om ook te kijken of het energienetwerk in de tunnel nog voldoet. ICT, besturingssystemen en ledverlichting in tunnels zijn allemaal verbruikers die vragen om gelijkstroomvoedingen (direct current, DC). Dit rechtvaardigt het gebruik van specifiek DC-netwerk naast het conventionele AC-netwerk (alternating current, AC) voor de hoogvermogende verbruikers. Door gebruik van een DC-netwerk in de tunnel kan er niet alleen flink bespaard worden op het energieverbruik, maar wordt ook het gebruiken van alternatieve energieopwekking makkelijker. Sinds 2013 zijn al veel verbruikers intern geschikt voor gelijkstroom (door middel van permanente magneten), maar hun aansluiting zou nog wel aangepast moeten worden om ze direct op DC te kunnen aansluiten.

Energie-efficiëntievoordelen

De energievoordelen zijn te vinden in het verdwijnen van inductieverliezen in de kabels, lagere warmteverliezen in het netwerk, minder transformatieverliezen (5%-10%) en het direct aansluiten van verbruikers als ledverlichting. Daarnaast kan er een besparing van 15%-20% bereikt worden op het gebruik van spanningskabels (koper) en zal bij gebruik van alternatieve energiebronnen zoals zonnecellen geen transformatie nodig zijn van DC naar AC (zie hieronder bij referentie).

Past deze maatregel in de wetgeving en de LTS?

Ja, de LTS sluit een DC-netwerk niet uit.
>> Zie bijlage voor een specifieke toets door het KPT

Wat zijn de consequenties van deze maatregel mbt beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid?

Geen.

Wat zijn de veiligheidsconsequenties?

Een DC-netwerk kan gemakkelijk 1000V zijn en blijft daardoor gevaarlijk. De aansluiting naar de verbruikers kan lager zijn, bijvoorbeeld 12-24-48V; dit verhoogt de veiligheid voor onderhoudspersoneel.

Wat zijn de consequenties voor de verkeersgebruiker?

Geen.

Technology readiness level (TRL)

6, in andere industrieën worden DC-netwerken gebruikt. Ook wordt op dit moment veel onderzoek gedaan door energiebedrijven. De toepassing in tunnels zal mogelijk zijn voor verbruikers die direct op DC kunnen worden aangesloten, zoals ledverlichting. Andere verbruikers dienen door de fabrikanten nog aangepast te worden.

Kosten/baten

Economisch: er zijn geen referentieprojecten die volledig gebruik maken van een DC-netwerk. De besparing die verkregen kan worden, zal gerelateerd zijn aan de materiaalkosten en daarna aan de vermindering van transformatieverliezen. Hier is dus geen sprake van een terugverdientijd; de maatregel zal direct tot lagere kosten leiden.

Bijdrage energiedoelstelling: Nader te bepalen.

Toepasbaar in spoortunnels?

Ja, deze maatregel is toepasbaar. Hij wordt nog niet toegepast. Hij is alleen interessant bij 230-300V DC (dan zijn er geen dikkere kabels nodig). 24V DC is onmogelijk. ProRail denkt dat dit zeker een interessante optie is voor de verlichting van spoortunnels.

Klap uit Klap in

Monitoring energieverbruik

In de huidige objecten wordt het energieverbruik vaak alleen gemeten op het inkoppelpunt. Deze meters zijn ondertussen een stuk slimmer geworden en kunnen al veel informatie geven over het dagelijkse verbruik. De meters geven helaas geen inzicht in welke hoeveelheden energie naar welke installaties gaan. Een beter inzicht in het verbruik van in elk geval de grotere energieverbruikers is niet alleen prettig voor beheerders, maar kan met data-analysetechnieken ook leiden tot besparingen. Inzicht in energieverbruik over langere termijn kan daarnaast helpen bij storingsanalyse en voorspelbaar falen.


In huis kan het energieverbruik van een apparaat zichtbaar gemaakt worden met een energiemeter in het stopcontact. (Bron: Flickr/Niels Heidenreich)

Een netwerk van meters, bij grote voorkeur meters die ook de spanningskwaliteit bewaken (zie maatregel ‘Verbeteren power quality’), kan in vrijwel alle installaties zonder veel moeite ingebouwd worden. Netwerktechnologie maakt de data ook eenvoudig toegankelijk.

Energie-efficiëntievoordelen

Sec levert het aanbrengen van monitoring geen energiereductie op, het gaat erom dat er informatie beschikbaar komt om initiatieven voor energiebesparing te ontplooien.

Past deze maatregel in de wetgeving en de LTS?
Wat zijn de consequenties van deze maatregel mbt beschikbaarheid/betrouwbaarheid/onderhoudbaarheid?

Los van het inzicht geven in energieverbruik en het kunnen optimaliseren van de installaties, kan een goede monitoring ook goede informatie geven over aankomend falen en veroudering. Het is wel belangrijk om een goed programma op te zetten voor de betrouwbaarheid van de meetpunten. Juist in een tunnel hebben sensoren de neiging sneller te vervuilen en dus onbetrouwbare data te leveren.

Wat zijn de veiligheidsconsequenties?

Geen.

Wat zijn de consequenties voor de verkeersgebruiker?

Geen.

Technology readiness level (TRL)

10, de techniek is breeduit beschikbaar en in een enkel tunnelobject ook al toegepast.

Kosten/baten

Economisch: 5, de meerkosten bij nieuwbouw zijn marginaal en de kosten bij aanpassing in bestaande installaties zijn met de juiste vervolgacties snel terugverdiend.

Bijdrage energiedoelstelling: 2, als deze maatregel grote besparingen zou geven, is er elders al iets fout gegaan. Monitoring kan echter wel goed inzichtelijk maken waar de maatregelen uit dit document toepasbaar en rendabel kunnen zijn.

Referenties/links

Beneluxtunnel.

Toepasbaar in spoortunnels?

Ja, deze maatregel is toepasbaar.

Klap uit Klap in