Energie besparen door innovatief aanbesteden. Het ideale pompsysteem voor Gemaal Leemans

Transcriptie

1 Energie besparen door innovatief aanbesteden Het ideale pompsysteem voor Gemaal Leemans

2 Tot halverwege de jaren negentig sloegen twee gemalen al het overtollige water van de Wieringermeer uit op het IJsselmeer. Dit zorgde voor zo n grote zoutlast, dat besloten werd het water voortaan in principe nog maar via één gemaal en een afvoerleiding naar de Waddenzee te voeren. Het ontwerp is zo energiezuinig mogelijk uitgevoerd om de kosten van het project tot een minimum te beperken, gerekend over de totale afschrijvingsduur van het project (30 jaar). Dit was alleen mogelijk dankzij een zeer innovatieve manier van aanbesteden: de pompenleverancier werd verantwoordelijk gemaakt voor het totale rendement van het gemaal, dus inclusief de civieltechnische werken. Toch was de pompenleverancier slechts onderaannemer van de hoofdaannemer. De Wieringermeer is één van diepste polders van Nederland, tot 6,60 meter onder NAP. De hoeveelheid water die hieruit gepompt moet worden om droge voeten te houden, is aanzienlijk: 150 miljoen m 3 per jaar. Tot halverwege de jaren negentig gebeurde dit door twee gemalen: een elektrisch gemaal bij Medemblik, dat zo n 80 procent van het water uitsloeg, en een dieselgemaal bij Den Oever, dat de resterende 20 procent van het water voor zijn rekening nam. Beide loosden het water op het IJsselmeer. Het lozen van het zoute kwelwater uit de Wieringermeer betekende voor het IJsselmeer een aanzienlijke extra zoutlast, van ton zout per jaar. Voor de waterbedrijven PWN en WRK, die bij Andijk water uit het IJsselmeer innemen, leidde het hoge zoutgehalte van dit meer in toenemende mate tot problemen. Zij hadden er dan ook belang bij als het Waterschap het polderwater voortaan naar de Waddenzee zou afvoeren. Die maatregel bleek kostentechnisch mogelijk omdat een financiële bijdrage kon worden verkregen uit het internationale Rijn-Zoutverdrag. Eén van de onderwerpen daarin is het verlagen van het zoutgehalte van het IJsselmeer. Planvoorbereiding Het maken van een plan voor de nieuwe situatie startte met het modelleren van de waterhuishouding. Daaruit kwam naar voren dat de waterlopen in de polder breed genoeg waren. Er moesten wel twee nieuwe, kleine gemalen in de polder zelf komen. Deze zouden het water in het zuidwestelijke en het zuidoostelijke deel van de polder moeten oppompen naar het niveau in de rest van de polder. Verder zou de capaciteit van het Gemaal Leemans, in het noorden, moeten worden vergroot. Natuurlijk moest er ook een afvoerleiding naar de Waddenzee komen. Na uitwerking van het plan en berekening van de kosten, die werden geraamd op 19 miljoen, sloten de deelnemende partijen in 1995 een samenwerkingsovereenkomst. Die partijen waren de twee genoemde waterbedrijven (PWN en WRK), Rijkswaterstaat, de Provincie Noord-Holland, het Waterschap Hollands Kroon (later opgegaan in het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier) en de gemeenten Wieringermeer en Wieringen. Een projectbureau onder leiding van Rijkswaterstaat verzorgde de uitvoering. De formele opdrachtgever was de Provincie Noord-Holland. De directievoering van de twee kleine gemalen en de telemetrie was in handen van Waterschap Hollands Kroon. De Bouwdienst van Rijkswaterstaat voerde de directie van de aan te leggen afvoerleiding en het uit te breiden gemaal bij Den Oever, het Gemaal Leemans. Financiële voorwaarde Voorwaarde voor het Waterschap Hollands Kroon om mee te werken aan het project was dat het geen extra kosten met zich mee zou brengen, ook op de lange termijn. Het project was immers niet of nauwelijks in het belang van de waterhuishouding in de polder. Daartoe werd afgesproken dat het Waterschap de meerkosten van de exploitatie voor Rendementverhoging pompen Hoofd projectbureau van de werken in de Wieringermeer was ir. Frans de Haan van ingenieursbureau De Marne. Hij was ingehuurd door Rijkswaterstaat: Uiteraard gaat de meeste energie van een gemaal in het verpompen van water zitten. Bij het Gemaal Leemans is het opgestelde vermogen van de vier pompen samen 1,3 MW. Met zo n vermogen levert een iets hoger rendement van de pompen op de lange termijn heel veel energie- en daarmee kostenbesparing op.

3 de komende dertig jaar vergoed zou krijgen, direct na oplevering van het project. Dit vormde de aanleiding voor het projectbureau om bij de planuitwerking te streven naar een minimale som van investerings- en exploitatiekosten over die periode. Aangezien het energieverbruik van een gemaal een aanzienlijk deel uitmaakt van de exploitatiekosten op lange termijn, heeft energie-efficiënt ontwerpen bij het projectbureau vanaf de eerste dag hoog op de agenda gestaan. Aanbesteding/inkoop Normaal gesproken worden werken van deze omvang in één geheel aanbesteed. De hoofdaannemer komt dan uit de civieltechnische hoek en schakelt later een pompen- en een elektroleverancier in. Nadeel van deze constructie is dat de hoofdaannemer niet of nauwelijks aanspreekbaar is op de energie-efficiency van het systeem. Hij zal die verantwoording ook niet gauw op zich durven nemen, en zeker niet als een opdrachtgever tot het uiterste wil gaan, omdat hij geen expert is op het gebied van hydraulica. Daarom heeft het projectbureau in het geval van Gemaal Leemans de zaken omgedraaid. Eerst is, via onderhandse inschrijving, een pompenleverancier gezocht. Deze is geselecteerd op basis van prijs en kwaliteit. De pompenleverancier diende zowel de pompen als de aandrijflijn te leveren en te realiseren. Dat betekende dat hij de aandrijflijn onderhands moest onderaanbesteden. Ook daarbij golden prijs en kwaliteit als selectiecriteria. Vervolgens is het totale leveringspakket van de pompenleverancier als niet-onderhandelbaar onderdeel opgenomen in het hoofdbestek. De hoofdaannemer werd op deze manier dus verplicht de pompenleverancier die het projectbureau had uitgekozen, bij de uitvoering van de totale opdracht te betrekken. Op zich is dit al bijzonder, maar nóg opvallender is dat de pompenleverancier een garantie moest geven voor het rendement van het gemaal als geheel. Dit omvatte dus ook de civieltechnische werken! Op deze manier werd pompenleverancier verplicht om toe te zien op een goed detailontwerp en een goede uitvoering van de civieltechnische constructies. Het zoeken naar een hoofdaannemer is gebeurd op basis van openbare aanbesteding met voorselectie. Daarbij geldt slechts de laagste prijs als selectiecriterium. Binnen het RAWhoofdbestek zijn de pompen, stalen leidingwerken met appendages en de aandrijflijn gezamenlijk ingekocht op stelpost, als design and construct-contract. Optimalisatie Om het onderste uit de kan halen voor wat betreft de energie-efficiency van het systeem, heeft het projectbureau een systematische aanpak gehanteerd, die stapsgewijs tot het beste resultaat zou leiden. Eerst heeft het bureau aan het Waterloopkundig Laboratorium opdracht gegeven om alle gegevens over de te verwerken debieten in een rekenmodel (Wanda) te zetten. Aan de hand hiervan is een ontwerp gemaakt van een optimaal en stabiel pomp- en leidingsysteem, inclusief een bijbehorende optimale pompkarakteristiek. Deze pompkarakteristiek werd gebaseerd op een bestaande pomp uit het leveringsprogramma van een potentiële leverancier, zonder dat direct een keuze voor deze leverancier werd gemaakt. Deze exercitie gaf het projectbureau een goed beeld van wat mogelijk was. Vervolgens is het ontwerp gedimensioneerd op de hydrodynamische belastingen die uit het rekenmodel voortkomen. Voor het gehele pomp- en leidingsysteem is tot slot een kental bepaald voor het minimaal te eisen rendement, dat de leverancier van de pompen zou moeten garanderen. Deze zou dat ook met praktijkmetingen moeten onderbouwen (bij een gegeven statische opvoerhoogte). Mocht blijken dat het systeem het gestelde rendement niet zou halen, dan zou de leverancier de extra energiekosten als gevolg daarvan als boete moeten betalen, gekapitaliseerd over een periode van dertig jaar en rekening houdend met inflatie. Bij de onderhandse aanbesteding van de pompen durfden twee van de vier aangeschreven pompenleveranciers deze uitdaging niet aan. Zoals de bedoeling was, heeft de gekozen pompleverancier voorafgaand aan de oplevering rendementsmetingen verricht. Het debiet is hierbij vastgesteld per pomp, met behulp van permanent ingebouwde ultrasone debietmeters. Daaruit bleek dat het voorgeschreven rendement inderdaad werd gehaald. In de hoger gelegen polderafdeling, met een statische opvoerhoogte van 4,75 meter, ligt het energetische rendement rond de 72 procent. In de lager gelegen polderafdeling, met een statische opvoerhoogte van 6,25 meter, is het rendement circa 75 procent. Een vergelijkbare aanpak werd gehanteerd bij de aandrijflijn. Toen de specificaties van de pompen bekend waren, konden de motor, de regelbare aandrijving en de transformator worden gedimensioneerd. Vervolgens werd van de leverancier een aantoonbaar overall rendement geëist, op basis van realistisch haalbare waarden van kwalitatief hoogwaardige aandrijvingen. Daarbij ging het om het rendement van ingaande kilowatturen tot koppel/toeren aan de uitgaande as. Op basis van de gegeven uitgangspunten mochten leveranciers zelf een optimale aandrijflijn ontwerpen en aanbieden. Deze aanpak heeft geleid tot een geheel integraal ontworpen en geteste aandrijving, die uiteindelijk een beter rendement leverde dan vereist. Dat deze aandrijving duurder was dan standaard, is afgedekt met een bonus-malusregeling in het aanbestedingsdocument. Die maakte het mogelijk om eventuele meerkosten te verrekenen met de lagere energiekosten over de levensduur van de aandrijflijn.

4 Aandachtspunten bij innovatief aanbesteden 1 Stel energiebesparing in de plannen voorop. Hanteer eventueel een regeling, waarbij een leverancier een duurder apparaat of systeem mag leveren mits de meerkosten worden terugverdiend door de besparing op energiekosten over de afschrijvingsperiode. 2 Haal onderdelen waarop energiebesparing mogelijk is uit het hoofdbestek. Besteed deze onderhands aan en selecteer ze op basis van prijs èn kwaliteit. Neem deze voorzieningen vervolgens als stelpost op in het hoofdbestek. 3 Stel rendementseisen voor het totale systeem en zorg dat de leverancier deze onomstotelijk aantoont. 4 Zorg voor een boeteregeling voor het overschrijden van het minimaal vereiste rendement van een apparaat of systeem. Deze regeling heeft dus geleid dat ontwerpers geprikkeld worden om tot het uiterste te gaan. Ook bij de onderhandse aanbesteding van de aandrijflijn durfden enkele leveranciers de uitdaging niet aan: drie van de zeven inschrijvers trokken zich terug. Tot slot De uitvoering van het project was gereed in Het budget van 19 miljoen is niet overschreden. Uit de rentewinst gedurende het project konden enkele onverwachte meerkosten ruimschoots worden betaald. Nu is het zaak voor het Hoogheemraadschap om het energiegebruik en de energiekosten in de praktijk blijvend te minimaliseren. Dat gebeurt ook, rekening houdend met de waterstanden in de polder en in de Waddenzee, rekening houdend met regen(verwachtingen) en optimaal gebruik makend van nachtstroom. Meer informatie kunt u verkrijgen bij Ingenieursbureau De Marne, ir. Frans de Haan, tel. (0517) , f.dehaan@marne-management.com Raakvlakken afdekken Frans de Haan: Waar je in deze constructie vooral op moet letten is dat alle raakvlakken goed worden afgedekt. De pompenleverancier maakt bijvoorbeeld gebruik van de bekisting die de hoofdaannemer aanlegt. De eisen die de leverancier daaraan stelt, moeten dus goed in het bestek staan. Hetzelfde geldt voor de afstemming tussen de pompenleverancier en de leveranciers van de motoren, frequentieomvormers en dergelijke. Je moet geen stukjes overslaan, anders heb je een gat in het contract, met alle gevolgen van dien.

5 Technische details Op basis van een zoutbalans voor de Wieringermeer en een statistische risicobeschouwing, heeft het projectbureau eerst vastgesteld hoeveel bemalingscapaciteit nodig was. Deze is uiteindelijk bepaald op 12,2 m 3 /s. Daarnaast zijn gegevens verzameld over de getijden in de Waddenzee, leidingverliezen, de kosten van het gebruik van diesel en/of elektriciteit, de gevolgen van het al dan niet toepassen van tandwielkasten of frequentieomvormers en de investeringsen exploitatiekosten van verschillende typen buizen (glasvezelversterkt kunststof, staal of beton). Op basis van al deze informatie is een ontwerp voor het hele systeem gemaakt, met de beste prijs/prestatieverhouding over een periode van dertig jaar. In het ontwerp zijn uiteindelijk de directe elektrische aandrijving, frequentieomvormers en betonnen buizen terechtgekomen. Het Gemaal Leemans was hiermee het eerste gemaal in Nederland dat gebruik maakte van frequentieomvormers. Vier pompen realiseren de waterafvoer: twee van 250 en twee van 450 kw. Voor calamiteiten is een noodstroomaggregaat van 1 MW in het ontwerp opgenomen. Deze staat altijd stand-by. De afvoerleiding naar de Waddenzee heeft een lengte van meter en een dwarsdoorsnede van 3 x 4,25 m. Tussen gemaal en afvoerleiding is een overgangsbak gemaakt. Mochten de pompen abrupt uitvallen, dan daalt het niveau in deze bak razendsnel, maar toch beheerst omdat het waterpeil dan automatisch op hoogte wordt gehouden door overstort vanuit het IJsselmeer. Een serie afsluiters, kleppen en betonnen droogzetschotten zorgt er verder voor dat het hele systeem in delen kan worden drooggelegd voor inspectie en onderhoud. Projectgegevens Naam Gemaal Leemans Regio Wieringermeer, Provincie Noord-Holland Type project Ombouw en capaciteitsuitbreiding van een gemaal Opleveringsjaar 1997 Pompen twee van 250 kw en twee van 450 kw Bemalingscapaciteit 12,2 m 3 /s Afvoerleiding naar de Waddenzee x 3 x 4,25 meter Noodstroomaggregaat 1 MW (staat altijd stand-by) Noodvoorziening Overgangsbak met overstort vanuit IJsselmeer Onderhoudsvoorzieningen Afsluiters, kleppen en betonnen droogzetschotten om het systeem in delen droog te kunnen leggen Budget 19 miljoen

6 Uitgave Projectbureau Energiebesparing GWW Samenstelling Novem, Sittard Redactie Videm Communicatie, Utrecht Vormgeving Bobbert van Wezel Ontwerpers, Luyksgestel Fotografie Hans Pattist / Novem / Rijkswaterstaat Drukwerk Drukkerij Huntjens, Stein Aan deze brochure kunnnen geen rechten worden ontleend. Ofschoon deze brochure met de grootst mogelijke zorg is samengesteld, kan het Projectbureau Energiebesparing GWW geen enkele aansprakelijkheid aanvaarden voor eventuele fouten. Het Projectbureau Energiebesparing GWW is een samenwerkingsverband van Rijkswaterstaat en Novem. T W 1GWW-04.01