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

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.

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.

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.

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.