Blogillustration Tog til tiden

Vejsektoren kan ikke udnytte den grønne el godt nok – jernbanen har fysikkens love med sig

Medierne omtaler jævnligt projekter, der skal gøre vejtrafikken grøn og et af dem er en elektrificering af vores motorveje, så nye elektriske lastbiler kan køre på grøn el. Men fysikkens love viser tydeligt, at en stor del af den eftertragtede grønne energi vil forsvinde i tab.

Niels Hausgaard sang en gang, at når vi får bygget nogle A-værker, nej hvor skal vi da så fråse i billig energi! Nu satser vi på vedvarende energi primært fra sol og vind, så har vi så råd til at elektrificere vores motorveje i stedet for at udbygge vores jernbaners mulighed for at transportere de stadigt stigende godsmængder?

Både Ingeniøren og denne blog har påpeget, at regeringen fuldstændig har tabt jernbanen af syne, når det drejer sig om at nedbringe transportsektorens udledning af drivhusgasser. Hvad der sker efter Folketingsvalget 1. november skal være usagt, men også tidligere regeringer har behandlet jernbanen stedmoderligt, selvom den har nøglen til effektiv udnyttelse af den grønne energi til transport.

Man har valgt at prioritere en elektrificering af motorvejsnettet i stedet for at færdiggøre elektrificeringen af jernbanen. Her ofrer man strækningerne Vejle – Struer og Aalborg – Hirtshals/Frederikshavn, fordi man hellere vil bruge kræfterne på at elektrificere motorvejen mellem Øresundsbroen og den kommende Femern-forbindelse.

Er det nu så klogt? Nej, siger vi. Der vil gå for meget grøn energi tabt, foruden en række andre uhensigtsmæssige forhold, som vi senere kommer ind på. Det er ikke særlig gennemtænkt, fordi man har glemt naturlovene.

Jernbanerne er elektrificeret med højspænding. I vores nabolande med 15 kV AC og i Danmark med 25 kV AC. De nye strækninger elektrificeres med et 2 x 25 kV AC-system (autotransformer), som nedbringer overføringstabene og muliggør større afstand mellem forsyningsstationerne, som er en dyr anlægsdel. I autotransformer-systemet drives toget forsat ved 25 kV på køreledningen.

Da Danmark valgte at elektrificere med 25 kV/50 Hz var det fremsynet, fordi det er et optimalt system, hvad angår anlægsinvesteringer og effektivitet. Men når man hænger køreledninger op over offentlig vej, bliver det med 750 V DC af hensyn til sikkerhedsafstande og manglende plads til transformering i lastbilerne.

Når vi sammenligner et 25 kV AC-systems effektivitet med et 750 V DC-system, siger elektrofysikken, at vi får problemer med tab. Spændingen ved jernbanen er 33 gange højere end ude på motorvejen, hvorfor strømmen skal være tilsvarende større for at kunne overføre den samme effekt. Tabseffekten i et elektrisk overføringssystem kan simpelt betragtet bestemmes ved at multiplicere kvadratet på strømmen med impedansen. Større strøm betyder altså også større effekttab i systemet.

Ledningstabene, det vil sige tab i kabler og køreledning – i hele strømkredsen – er som nævnt givet ved kvadratet på strømmen. Overføringstabene i de tænkte køreledningsanlæg på motorvejene vil altså være cirka 1100 gange så store, som hvis den samme energi skulle overføres i jernbanens køreledningsanlæg.

Med et tab i den størrelsesorden er det umiddelbart svært at forestille sig, i hvilke andre sammenhænge man overhovedet vil indlade sig i en diskussion om de forskellige tekniske løsningers effektivitet. Den umiddelbare konklusion bør selvfølgelig være, at lastbiler udelukkende bruges til lokaldistribution, mens jernbanen tager sig af al øvrig transport.

Investeringerne i ny infrastruktur er ikke store. Der er alene tale om at bruge de tekniske muligheder mest energieffektivt. Brug dog de elektriske lastbiler (batteri) til at stå for distributionen ud fra godsterminalerne. Her kan jernbanen ikke levere varen. I vores nabolande transporteres der store godsmængder på jernbane og det er årtier siden, at man i Tyskland indførte ”Rollende Landstrasse”, hvor lastbilstrailere køres på jernbane. I Danmark lever vi med, at gods ankommer til terminaler tæt ved grænsen og omlæsses til lastbil. Det er i al fald ikke fornuftigt, hvis vi skal udnytte den tilgængelige energi mest effektivt. Og her har vi slet ikke talt om arealbehov, støj, trængsel, forurening med mikrofibre fra dæk, et ikke uvæsentligt slid på vejene og den høje ulykkesfrekvens i vejtrafikken. Og i en tid, hvor vi mangler arbejdskraft, er det også værd at tænke på, at der sidder en lokomotivfører og transporterer samme godsmængde som over 40 lastbiler med hver sin chauffør ville kræve.

For at underbygge argumentet med at udnytte den elektrificerede jernbane til godstransport, kan vi som eksempel se på et godstog på 2000 tons, der kører de 192 km mellem Padborg og Nyborg. Et godstog med et 6 MW el-lokomotiv og 20 containervogne vejer cirka 500 tons. Hver containervogn kan lastes med cirka 70 tons, hvilket giver en nyttelast på 1400 tons. Forholdet netto/brutto er 0,74.

En femakslet lastbil har en totalvægt på 44 tons og en nyttelast på 30 tons. Det giver et netto-brutto forhold på 0,68. Lastbilen vil bruge 2,3 gange mere energi end hvis transporten var foregået på bane (tallet kommer fra CER- / UIC-rapporten fra 2015 Rail Transport and Environment FACTS & FIGURES).

Hvis godstoget kører på et standardkøreledningsanlæg, som eksempelvis det danske Bane 160 system, så kan der regnes med følgende elektriske data: R = 0,172 Ω/km, X= 0,355 Ω/km, Z = 0,394 Ω/km. I 50 Hz systemet vil jævnstrømsmodstanden i selve køreledningsanlægget bestående af bæretov og køretråd være 0,1357 Ω/km. Forenklet regner vi med samme data for et køreledningsanlæg over en motorvej, så hvis det samme system anvendes til vejtrafikken, vil den resulterende modstand være 0,2714 Ω/km, fordi anlægget her har to køreledninger for både at kunne håndtere frem- og tilbageløb af strømmen.

Forbruget for et 2000 t godstog mellem Padborg og Nyborg er målt til at ligge på cirka 3490 kWh. Hvis vi i de videre udregninger benytter en ”enhedtime”, vil det ved en køretrådsspænding på 25 kV give en strøm på 139,4 A. Lastbilen skal bruge en strøm, der er 33 gange højere fordi spændingen kun er 750 V. Tallene ser herefter således ud:

Tabbane = Zbane x Ibane2 = 0,394 x 139,42 = 7 kW Tabvej = 2,3 x Rvej x (33 x Ibane)2 = 2,3 x 0,2714 x (33 x 139,4)2 = 13200 kW

Hver gang et 2000 t godstog mellem Padborg og Nyborg erstattes af lastbiler under køreledninger, tabes der bare i overføringssystemet ”unødvendigt” cirka 13200 kW. Hertil skal så lægges lastbilernes 2,3 gange højere energiforbrug i forbindelse med det egentlige transportarbejde. Hvis vi regner konservativt og sætter lastbilernes forhold mellem tara og netto lig godstogenes fås: 2,3 x 3,5 MW = 8000 kW.

For at sætte denne udregning i perspektiv, så er vi i gang med at bruge den grønne energi helt forkert, hvis vi forestiller os, at elektriske lastbiler under køretråde på motorvejene giver os den optimale klimagevinst. I nærværende eksempel med transport mellem Padborg og Nyborg har vi som nævnt ved omregningen mellem energi og effekt for nemheds skyld regnet med en time. Den reelle tid for både tog og lastbil kan sættes til cirka 2,5 timer. Effekten, der tabes over denne tid, bliver derfor 8,5 MW.

En typisk havvindmølle er i dag på 10 MW. Det vil sige at der skal reserveres næsten en hel mølle til at holde gang i de elektriske lastbiler sammenlignet med, hvad tilfældet ville have været ved banetransport - altså for hver gang et enkelt godstog mellem Padborg og Nyborg erstattes af lastbiler. Særligt interesserede kan jo stille sig op på en motorvejsbro og tælle lastbiler og derefter gange op i antallet af møller.

Jørgen Gade har 25 års erfaring med elektrificeringsopgaver i Skandinavien og Nordamerika fra ansættelse i DSB, Banedanmark og Atkins.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Har man i Danmark vedtaget at der skal køreledninger over vores motorveje?

Håber godt at jeg læser forkert eller at det bare er planer på et skrivebord.

Det burde ikke komme som en overraskelse for nogen i 2022 at den tunge lastbiltransport er dækket ind af batterier. Hvem kunne overhovedet finde på at gå i gang med et så stort anlægsarbejde at elektrificere vores motorveje inden alternativerne er kommet i masseproduktion?

Daimler, MAN, Tesla, Volvo osv... er i disse år ved at sætte ellastbiler i masseproduktion med op til 800 km rækkevidde.

Jeg troede vi var færdige med rækkevidde angst for elbiler eller er det nu noget for lastbiler?

Ellers fint budskab jernbanen har sine fordele.

  • 31
  • 0

Så valget står mellem elektriske tog og elektriske lastbiler mellem Padborg og Nyborg, for AL godstransport i Danmark foregår mellem disse destinationer? (undskyld spørgsmålstegnet, for det er ikke et spørgsmål!)

  • 5
  • 8

Naturligvis skal man ikke overføre så meget strøm i et system over motorvejene...

I stedet vil man lave mange flere indfødningspunkter langs motorvejen og så fordele energien til disse via 150 kV og 60 kV nettet...

Det giver stadig mere tab end at overføre den samme energi i 25 kV systemet som fjerntogene bruger, men slet ikke i denne størrelsesorden... Årsagen til det større tab er at fjerntogene bruger AC, så der skal der bare en 2-faset transformer imellem 150 kV og køreledningen... Hvor der er behov for mange flere ensrettere for at lave de 750 V DC til motorvejens køreledninger...

Men jeg er helt enig med de øvrige... Jeg håber ikke at Danmark begynder at elektrificere motorvejene, i hvert fald ikke før der er en europæisk standard... Lige nu tester Tyskland og Sverige to vidt forskellige systemer...

  • 14
  • 1

Kan ikke helt se hvorledes man kan sammenligne transport med tog ift. transport med lastbil? Hvorfor dette ikke er tilfældet bør være indlysende, dog ikke for Jørgen Gade åbenbart.. F.eks Tesla Semi - fin rækkevidde ved fuld last og vores køre/hviletids regler gør det jo nærmest til en no-brainer ift. evt. ladning.

  • 5
  • 4

Hvor bliver Palle Jensen af? ?

Jeg er til elbils messe i Bella Centeret :-)

Jeg går helt ind for at tage hensyn til naturlovene. Det er derfor det er så vigtigt at RUF køretøjernes bremseevne IKKE er begrænset af bærehjulenes friktion, men at drivhjulene kan klemmes mere eller mindre kraftigt mod toppen af den trekantede monorail. Ved nødbremsning kan der klemmes direkte om toppen af skinnen. Derved kommer der ingen slidflader på skinnehjulene.

Med en kraftigere skinne kan man sagtens forestille sig at køre RUF-boogies på skinnen og dermed køre standard containere. Der kan køres tættere, da bremseevnen er suveræn.

Den kollektive enhed (maxi-ruf) har udskiftelig kabine, så småt gods kan transporteres meget fleksibelt.

  • 3
  • 19
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten