Nationaal verkeerskundecongres 2014

Transcriptie

1 Nationaal verkeerskundecongres 2014 Tussenstappen op weg naar volledig duurzaam busvervoer Chris Verweijen Movares adviseurs & ingenieurs Jan Ploeger Provincie Zuid-Holland Samenvatting Er liggen stevige ambities bij de overheid om energiedoelen te bereiken. Voor de provincies die een belangrijke rol spelen bij het openbaar vervoer, speelt specifiek de vraag welke stappen zij verstandig kunnen zetten op het pad dat leidt tot transitie naar duurzame en schone bussen. Nul-emissie is daar het einddoel. Deze discussiebijdrage bespreekt een analyse van de huidige en toekomstige situatie en geeft op basis daarvan richting aan het transitiepad. Het meest kansrijk is een model waarbij, uitgaande van een hybride techniek, stapsgewijs wordt overgegaan naar een volledig elektrisch bereden netwerk met oplaadpunten voor de bussen. Opties daarbij zijn trolleyexploitatie voor de hoofdassen en batterijbussen voor korte binnenstedelijke lijnen. Een extender is een mogelijkheid om batterijbussen een vergrote range te geven. Trefwoorden Openbaar vervoer, schone bussen, energietransitie, nul emissie,

2 1. Achtergrond en probleemstelling Energietransitie bij mobiliteit, dat wil zeggen de overgang naar een situatie waarin mobiliteit minder afhankelijk is van fossiele brandstoffen, is een belangrijk nieuw beleidsaccent van de provincie Zuid- Holland. In de Visie Ruimte en Mobiliteit (VRM) en het bijbehorende Programma Mobiliteit is de ambitie hiervoor door Provinciale Staten vastgelegd. Energietransitie bij mobiliteit past in de brede energieagenda van de provincie. Verkeer en transport verbruiken 17% van de energie in Nederland. Daarvan is nu nog maar een klein deel hernieuwbaar. Traditionele brandstoffen als benzine en diesel hebben veel voordelen. De techniek van verbrandingsmotoren is zeer betrouwbaar, de verkrijgbaarheid van brandstoffen is groot en de energiedichtheid per volume is gunstig. Veel niet-fossiele energiebronnen leveren een wisselend en decentraal energieaanbod. Dit stelt eisen aan buffering, opslag en distributie. Het mobiele karakter van vervoer maakt gewicht van energieopslag van doorslaggevend belang in de economische afweging. Er is een breed gedragen overtuiging dat innovatie hard nodig is om energietransitie van de grond te krijgen, niet alleen vanuit technologisch perspectief maar ook om bedrijfseconomisch concurrerend te worden met traditionele brandstoffen. Daarnaast moet energietransitie bijdragen aan het terugverdienen van de investering (Life Cycle Costs). Dat betekent op termijn minder energiekosten en een verlenging van de levensduur van voertuigen en infrastructuur. Er liggen stevige ambities bij de overheid om energiedoelen te bereiken. Voor de provincies die een belangrijke rol spelen bij het openbaar vervoer, speelt specifiek de vraag welke stappen zij verstandig kunnen zetten op het pad dat leidt tot transitie naar duurzame en schone bussen. Nul-emissie is daar het einddoel. Deze discussiebijdrage bespreekt een analyse van de huidige en toekomstige situatie en geeft op basis daarvan richting aan het transitiepad. 2. Ambitie. De oorspronkelijke opgave bij Nul-emissie bussen was de zorg voor lokale luchtkwaliteit (NO x, CO, fijn stof en roet). Met de voortschrijdende EU bemoeienis bij voertuigeisen is hier grote vooruitgang geboekt. Euro VI bussen maken nu deel uit van het aanbod van elke gerenommeerde bussenbouwer. Deze ambitie kan worden verbreed met de ambitie om geen fossiele brandstof te gebruiken. Bij deze ambitie hoort de afspraak uit het SER akkoord om well to wheel (van de bron tot aan de aandrijving) te meten. Dat betekent dat ook de energie die aan de pomp getankt wordt schoon moet zijn. Naast de Nul-emissie is er nog de ambitie om de kosten van materieel en energie te beheersen en zo mogelijk naar beneden te krijgen. Energie vormt ongeveer 10% van kosten van een dienstregeling uur (DRU). De steeds zwaarder wordende emissie-eisen hebben er de afgelopen jaren voor gezorgd dat bus in steeds kortere tijd worden afgeschreven (en daarmee de afschrijvingskosten gestegen). Ook hier moet kostenreductie mogelijk zijn omdat de technische levensduur van bussen veel langer is dan de duur van concessies in Nederland. In het SER-akkoord omarmen partijen de ambitie om in 2050 de broeikasgasemissie van de mobiliteiten transportsector met minimaal 60 procent te reduceren ten opzichte van Als tussendoel hanteren partijen een vermindering van de uitstoot van de sector in 2030 tot maximaal 25 Mton CO 2 - equivalent (circa -17% ten opzichte van 1990). Een voorwaarde voor een succesvolle transitie naar duurzame energie is dat de tussenstappen leiden naar het eindbeeld van duurzame energie in Verschillende studies van onder meer TNO, PBL en ECN 1 geven het volgende beeld van de toekomst: Groene energie zal uit verschillende bronnen komen. Er is niet één bron dominant. Alle bronnen moeten benut worden. De aandrijving van bussen (aandrijflijn of drivetrain) zal naar verwachting elektrisch zijn. Ook voor personenauto s is de verwachting dat de elektromotor de verbrandingsmotor zal vervangen. 1 Ruud Verbeek et al. (2012) Schone en duurzame bussen in het openbaar vervoer: wat is de route? Delft: TNO. Jan Ros et al. (2011) Naar een schone economie: routes verkend. Den Haag: Planbureau voor de Leefomgeving i.s.m. ECN.

3 Hybride heeft bij bussen en personenauto s hebben voorlopig de toekomst vanwege de hoge betrouwbaarheid en de lage kosten van verbrandingsmotoren en de beperkte accucapaciteit. De wijze waarop elektriciteit zal worden opgewekt zal variëren maar moet in het kader van transitie wel uit groene bronnen komen. Het produceren van waterstof kost veel energie. Maar waterstof is zinvol als medium voor opslag van duurzaam opgewekte energie. 3. Vertaling transitievraagstuk naar mobiliteit Een belangrijke les uit het begin van de automobiel periode is dat distributie en opslag van energie de doorslag gaf bij het succes van de verbrandingsmotor ten opzichte van elektrische aandrijving. Alle taxi s in Amsterdam in 1919 waren elektrisch, maar benzine kocht je bij de drogist in elk dorp. Een ander succes van benzine is de gunstige energiedichtheid per liter. Het mobiele karakter van vervoer maakt gewicht doorslaggevend in de economische afweging. Of zoals dat beeldend wordt uitgedrukt: anders vervoeren we accu s in plaats van passagiers. Ook op het punt van betrouwbaarheid zijn de huidige verbrandingsmotoren nog superieur. En dieselmotoren worden onder druk van Europese regelgeving steeds schoner. Vanaf 2013 zijn er Euro VI bussen waarvan de emissie-eisen weer een stuk strenger zijn en is tevens de typekeuring testprocedure sterk verbeterd. Veel duurzame energiebronnen leveren een wisselend en decentraal energieaanbod. Maar flexibel aanbod leidt ook tot prijsdaling op momenten dat het aanbod van bijvoorbeeld wind en zon hoog is en de energievraag laag. Dan kan leiden tot omzetting in goedkope stroom of waterstofgas. Voor mobiliteit liggen kansen bij waterstofgas (brandstofcel), groen gas en elektriciteit (uit duurzame bronnen). Elektriciteit is belangrijk omdat Zuid Holland waarschijnlijk groene energie moet importeren. De zorg voor regionaal openbaar vervoer is een belangrijke wettelijke taak van de provincie. Hier is positie en rol zeer zichtbaar en biedt mogelijkheden om niet alleen ambitie te tonen maar ook waar te maken. In heel Europa blijken publieke opdrachtgevers voorop te lopen bij vernieuwing en bij het aanjagen van marktontwikkeling. Deze launching customers hebben een uitstraling naar de totale markt van voertuigen en voertuigtechniek. Dat betekent dat de maatschappelijke baten van een provinciale investering een groter rendement heeft voor het bereiken van energiedoelstellingen dan alleen het effect van het project zelf. Daarbij blijft het uitgangspunt wel dat de provincie zal sturen op doelbereiking en niet op de keuze van techniek.. 4. Aangrijpingspunten voor transitie de ontwikkeling van een groeimodel Bij het realiseren van energietransitie in een OV-concessie gaat het om het samenspel tussen de ontwikkelfunctie van de vervoerder en de sturing op hoofdlijnen door de provincie. De provincie kan bij het verlenen van de concessie een ontwikkelbudget ter beschikking stellen maar er moet wel zicht zijn op een eindbeeld waarbij energietransitie ook daadwerkelijk wordt bereikt. De concessie zal een groeimodel moeten beschrijven. Hoe kan je dat slim managen, niet alleen bij de concessieverlening maar ook gedurende de looptijd? Daarbij gaat het om het hele stelsel van investeringen: de voertuigen maar ook de infrastructuur en oplaad- en vulpunten. Wie wordt verantwoordelijk voor de oplaadpunten in de straat? Wie maakt daar dan de keuzes? Hoe voorkom je dat er een versnipperd palet ontstaan omdat marktpartijen allerlei deelbeslissingen nemen zonder het grote geheel te zien? Daling van prijzen ontstaat alleen als grote marktpartijen achter ontwikkelingen gaan staan. De participatie van de provincie Zuid-Holland in het EU project voor waterstofbussen illustreert dit. Van veel vernieuwingen bestaat nog te weinig (langdurige) gebruiksinformatie. Door te leren van pilots kunnen de totale kosten tijdens de levensduur vooraf beter worden ingeschat. Dit is belangrijke informatie voor een aanbesteding op prestaties. Er zijn uitstekende modellen voor het berekenen van Life Cycle Costs (LCC, vooral gebruikt bij infraprojecten) of Total Cost of Ownership (TCO, vooral gebruikt bij OV concessies), maar die moeten wel met goede informatie worden gevoed. In ontwikkeling is het TCO model van de stichting Zero Emission. De provincie Zuid-Holland heeft toegezegd gegevens uit pilots ter beschikking te stellen aan deze stichting. Ook zijn de gezamenlijke provincies aangesloten bij de kennisdelingsactiviteiten van de stichting.

4 De eerste concessie die op de rol staat om vernieuwd te worden is de concessie Hoekse Waard/ Goeree Overflakkee (HWGO). Hier zal het hiervoor beschreven groeimodel worden toegepast om zoveel mogelijk ambitie te realiseren. Een tweede spoor zal ingezet worden om kansrijke techniek via pilots verder te ontwikkelen. Hiervoor wordt ruimte binnen concessies benut. Daarbij wordt voortgebouwd op de ervaring die is opgedaan met de introductie van hybride bussen in de stadsdienst van Dordrecht en Leiden. Bij nieuwe pilots gaat het om ervaring op te doen en inzicht te vergroten ten aanzien van kosten en gebruiksaspecten. Toepassing van nieuwe technologie kan bijdragen aan versnelling van de transitie naar duurzame mobiliteit in brede zin. Daarmee kan een publieke investering in innovatie een groot maatschappelijk rendement opleveren. Er zijn in de provincie genoeg partijen (kennisinstituten, innovatieve bedrijven/ ondernemers, gemeenten) die betrokken kunnen en willen worden bij deze aanpak. De provincie Zuid-Holland heeft de ambitie om met partijen via pilots ook stappen te zetten in het ontwikkelen van een pad dat uiteindelijk leidt tot een fundamentele energietransitie in mobiliteit. Om hier invulling te geven heeft de provincie opdracht gegeven aan Movares om een integrale studie uit te voeren naar de mogelijkheden die er zijn om deze ambitie waar te maken. De belangrijkste vraagpunten van dit onderzoek waren: 1. Welke verschillende alternatieven bestaan er op dit moment in de internationale busmarkt en in welke mate sluiten deze aan op de hierboven geformuleerde doelstelling. Op voorhand wordt hierbij geen systeem uitgesloten. 2. Hoe ontwikkelen zich de verschillende alternatieven (ondermeer gas, waterstof, hybride en elektrische bussen) op dit moment als energiedrager bij bussen en welke betrouwbaarheid hebben de verschillende systemen in de dagelijkse praktijk. Dit met een visie op de korte en lange termijn van de inzetbaarheid van de systemen en de effecten daarvan op de energietransitie en andere relevante milieudoelstellingen. 5. De indeling van de busmarkt nu Om inzicht te krijgen in de busmarkt en de mogelijkheden voor de langere termijn is een indeling gemaakt van de diverse verschillende aandrijfvormen die op dit moment op de markt te vinden zijn. In het hierna volgende overzichtsschema worden deze aandrijfvormen afgezet tegen de mogelijke stappen naar de emissievrije bus. De hier weergegeven kennis is afkomstig van geraadpleegde literatuur en het bezoek aan de beurzen in Kortrijk, Hannover en Parijs. Daarnaast is nog een aantal gesprekken gevoerd. De aandrijfvormen worden in dit schema verticaal uitgezet, van boven naar beneden worden de bussen schoner qua uitstoot. Deze technieken zijn vervolgens horizontaal afgezet tegen een indeling in benadering: hoe nu de stap te zetten naar de duurzame bus: welke tussenstappen zijn mogelijk. In de zo ontstane cellen zijn verschillende varianten van de technieken ondergebracht. Daarnaast is aan de rechterzijde een kolom toegevoegd met technieken die bij een eindbeeld zouden kunnen horen. Uitgangspunt bij het schema is dat er uiteindelijk geen uitstoot meer is. De te onderscheiden stappen van af nu naar een duurzame bus zijn als volgt te karakteriseren: 1. Duurzamer doorgaan op bekende wegen: dit zijn de Euro VI bussen, de gasbussen, de bussen op een alternatieve brandstof en de lichte bussen. 2. De tussenoplossing - dit zijn de hybride bussen. Deze bussen kunnen een emissiebesparing bereiken van 20 30% en zijn afhankelijk van het type in staat delen volledig elektrisch te rijden. 3. De nu al volledig emissievrije bus: dit zijn de bussen die nu al volledig elektrisch rijden zoals de huidige batterijbus, de waterstof bus en de good-old trolley. 4. De stapsgewijs zonder emissie bussen: dit zijn bussen die onderweg hun batterijen op een of andere manier opladen.

5 6. De trends en ontwikkelingen Per categorie zijn de volgende trends en ontwikkelingen waarneembaar: 1. Duurzamer doorgaan op bekende wegen: Door de Euro VI verplichting is er nu grote hoeveelheid nieuwe Euro-VI bussen van vrijwel elke fabrikant. De gasbus loopt terug in de belangstelling. Dat komt omdat de uitstoot niet zoveel meer afwijkt van een Euro VI bus. Daarnaast is een gasbus pas echt duurzaam (CO 2 neutraal) als hij gebruik maakt van biogas. In deze categorie is de lichtgewicht bus en de GasToLiquid bus een goede ontwikkeling. 2. Tussenoplossing in duurzaamheid: Er is een toenemende vraag naar hybride bussen. Niet verwonderlijk gezien het rendement dat met deze uitontwikkelde techniek kan worden behaald. Een score van 20 30% besparing op diesel is goed haalbaar. Er zijn twee verschillende technieken, serieel en parallel. Beide scoren vrijwel even goed maar de seriële hybride bus is eenvoudiger door te ontwikkelen naar een volledig elektrische bus. 3. Volledig Elektrisch Nu: De huidige elektrische bussen hebben nog een te kleine range op dagbasis. Meer dan 250 kilometer is niet of nauwelijks haalbaar. Daarmee kan een binnenstedelijke lijn een dienst van uur worden gereden. Voor langere lijnen of langere diensten is deze bus nu nog geen optie. Meer batterijen betekent een groter gewicht en dat betekent al snel dat er minder ruimte komt voor de reiziger. De waterstofbus is een techniek in ontwikkeling. Deze bussen zijn nu nog te duur voor een gewone exploitatie. Maar voor de toekomst is dit zeker interessant. Ten slotte valt in deze categorie de trolley. Deze is duur door de kosten van de bouw en het onderhoud aan de infrastructuur. Toch kiezen weer meer steden voor deze techniek omdat het de opstap kan zijn naar een volledig emissievrij netwerk: zie categorie 4.

6 4. Stapsgewijs emissievrij: Deze categorie bevat veel kansen voor de toekomst. Strategisch interessant is dat zo een duurzaam systeem stap voor stap kan worden ontwikkeld. Als uitgangspunt kunnen alle bussen onder punt 2 en 3 worden gebruikt. Er zijn vier varianten te onderkennen: de inductief of conductief bij te laden bus, de supercapsbus en de bus met range-extender. Qua bijladen (variant 1) is er nu op de markt een zekere strijd gaande tussen inductief en conductief laden. Op dit moment lijkt conductief laden licht in het voordeel te zijn; deze systemen met bijvoorbeeld een pantograaf op de bus zijn volop in ontwikkeling en zijn gebaseerd op meer bekende technologie. De inductieve markt maakt gebruik van (in deze branche) wat minder gebruikelijke technieken en er zijn minder spelers op de markt. Het lijkt daarbij wat duurder dan conductief laden en er is een energieverlies van 10-15%. Maar inductief laden heeft uiteraard wel de charme van het ondergronds laden waardoor geen laadstructuur te zien is. Als basis voor inductief of conductief laden kunnen de batterijbussen dienen. Een variant is de trolley met een batterij om zo delen zonder bovenleiding te overbruggen. Een interessante tussenstap is de plug-in hybride bus. Dit biedt de kans om met hybride bussen te beginnen en langzamer hand het hele net te elektrificeren. Het extender-systeem (gas, diesel of waterstof) ten slotte biedt een prima kans om een elektrische bus een wat grotere range te geven. Dit is feitelijk daardoor een seriële hybride bus waarbij de extender zo nu en dan bijspringt. Daarnaast zijn fabrikanten met een modulaire opzet bezig waarbij in een extender diverse aandrijfvormen kunnen worden ondergebracht, waaronder ook een kleine waterstofbrandstofcel. 7. Opties voor een stapsgewijze omschakeling Op grond van de ontwikkelingen in de vier segmenten zijn een aantal toekomstmodellen geschetst. Het meest kansrijk is een model waarbij, uitgaande van een hybride techniek, stapsgewijs wordt overgegaan naar een volledig elektrisch bereden netwerk met oplaadpunten voor de bussen. Opties daarbij zijn trolleyexploitatie voor de hoofdassen (de trolley daarbij als laadvorm voor de bus) en batterijbussen (al dan niet met diesel-extender) voor korte binnenstedelijke lijnen. De extender kan een mogelijkheid zijn om batterijbussen een vergrote range te geven. Uit de marktverkenning volgt dat er een duurzame manier is om tot een groeipad te komen. Om dit te realiseren is daarnaast extra onderzoek gewenst. Dit betreft de volgende elementen: - De techniek van brandstofcel en waterstof als opslagmedium 2.Dit is een techniek voor de langere termijn waar nu onderzoek naar moet worden verricht. Hierbij is de vraagstelling of waterstof vooral nuttig is bij het opladen van de elektrische bussen vanuit een opslag (opladen van gewone elektrische bus). Daarnaast is het zinvol om het rijden met waterstofbussen zelf te onderzoeken. Daarbij is de vervolgvraag of dit volledige waterstofbussen zijn of elektrische bussen met een waterstofextender. - De techniek van snel opladen van elektrische bussen, waarbij vooral de vergelijking tussen inductief en conductief opladen van belang is. 2 Zowel TNO als GVB ondersteunen het beeld dat elektrificatie van de aandrijflijn van bussen de toekomst heeft, zie ook rapport in opdracht FCH-JU: McKinsey and Company (2012). Urban buses: alternative powertrains for Europe