Zuinige en schone stroomoplossing voor enorme piekvraag in binnenstad Utrecht

Sneltram 60 is een belangrijk onderdeel van de infrastructuur in Utrecht. Deze tram, die rijdt op stroom die door hoogspanningskabels wordt geleverd, vervoert dagelijks duizenden reizigers tussen Utrecht Centraal en Nieuwegein. Afgelopen zomer ontstonden hier echter problemen, toen een aantal hoogspanningskabels beschadigd raakte tijdens graafwerkzaamheden. Het herstel hiervan zou naar verwachting meerdere weken duren, waarbij de tram niet van stroom zou kunnen worden voorzien. Uiteraard is het niet wenselijk om een dusdanig belangrijke tramlijn stil te leggen, dus moest een alternatieve stroomoplossing worden gezocht. Hiervoor werd de hulp van Bredenoord ingeroepen.

De uitdaging: hoge piekvraag in de binnenstad

“We wisten vooraf al dat we een bijzondere oplossing zochten,” vertelt John Poulissen, Installatieverantwoordelijke Elektrotechniek voor de Provincie Utrecht afdeling Regiotram. “Door Bredenoord’s uitgebreide vloot hebben we vervolgens voor hen gekozen. Omdat het project in de bebouwde kom plaatsvindt, is het belangrijk dat de energieoplossing zo stil mogelijk is.”

De ligging van de projectlocatie zorgt daarnaast voor een andere uitdaging, namelijk strenge regels omtrent de uitstoot van stikstofoxiden (NOx). Een aggregaat met een Denox-installatie zou hieraan kunnen voldoen, maar dit brengt een ander probleem met zich mee. De Denox-installatie vereist namelijk een minimale uitlaatgastemperatuur van 180-200⁰C, wat behaald wordt als het aggregaat op minimaal 60% van het eigen vermogen wordt belast. Dit levert voor de tramlijn een probleem op, aangezien de stroombehoefte sterk varieert; alleen wanneer een tram passeert wordt er vermogen gevraagd, wat afhankelijk van de lengte van de tram kan oplopen tot 1600kW. Dit duurt slechts enkele seconden en komt zestien keer per uur voor, maar daarbuiten wordt er geen stroom afgenomen. Voor zowel het aggregaat als de Denox-installatie is dit zeer ongunstig.

Op het punt dat er meer trams gingen rijden, kon Bredenoord de benodigde energievoorziening zeer snel opschalen.

De oplossing: energieopslag in batterijen

De situatie in Utrecht is qua energievraag redelijk vergelijkbaar met een festival. Ook hier is namelijk sprake van veel variatie in stroombehoefte, waarbij bijvoorbeeld grote pieken ontstaan tijdens de hoofdoptredens. Door de nabijheid van publiek is het daarnaast wenselijk om uitstoot zo veel mogelijk te beperken. De energieoplossing die Bredenoord voor de tramlijn in Utrecht ontwierp neemt de ervaring uit de festivalbranche dan ook mee, met een combinatie van aggregaten en energieopslag in batterijen als resultaat.

Bredenoord’s Battery Box kan tot 600 kW aan energie opslaan uit een bron naar keuze en deze energie vervolgens volledig stil en zonder uitstoot afgeven. In Utrecht werd gekozen om drie parallel geschakelde Battery Boxes in te zetten, met een gezamenlijk vermogen van 1800 kW. De hoogspanningstransformator van het 10kV station van het trambeheer werd hierdoor gevoed. Wanneer de energie opgeslagen in de batterijen tot een bepaald niveau zakte, sloegen de aanwezige aggregaten automatisch aan om de batterijen weer op te laden. Hiervoor waren drie twinsets van 400kVA opgesteld met een gezamenlijk vermogen van 2400kVA, elk voorzien van een Denox-installatie. Deze aggregaten konden op 75% van hun vermogen draaien. Dit is niet alleen de meest efficiënte belasting qua emissie en brandstofverbruik, maar resulteert ook in de juiste uitlaatgastemperaturen om de Denox-installaties optimaal te laten werken. Met deze werkwijze kon de NOx-uitstoot worden teruggebracht tot 0,3-0,4 g/kWh, waarmee aan de eisen werd voldaan.

“Een bijkomend voordeel van de inzet van batterijen is dat deze volledig stil werken,” aldus Poulissen. “Overdag draaiden de aggregaten alleen om de batterijen op te laden, die de stroom vervolgens volledig stil afgeven. Door slim te plannen kon ook worden gezorgd dat de batterijen aan het begin van de avond vol waren. ’s Nachts rijden maar weinig trams, waardoor de batterijen volstonden bij het voldoen aan de stroomvraag en de aggregaten dan niet hoefden te draaien. Zo voorkwamen we geluidsoverlast voor de omwonenden.”

Het resultaat: de tram kon de gehele periode gewoon doorrijden

Gedurende de werkzaamheden aan de hoogspanningskabels heeft de tram gewoon door kunnen rijden, dankzij een slimme combinatie van batterijen, efficiënt draaiende aggregaten en zuiverende Denox-installaties. Hierdoor kon ook hier, in de binnenstad, aan een sterk wisselende energievraag worden voldaan.

“De samenwerking verliep vanaf het eerste contact al heel prettig,” vertelt Poulissen. “Ook toen op een gegeven moment meer materieel op de trambaan ging rijden, kon de energievoorziening zeer snel door Bredenoord worden opgeschaald.” Dit project, gestart in het najaar van 2020, is op het moment nog in volle gang.