Rijtijdspeling in Treindienstregelingen: Energiezuinig Rijden Versus Robuustheid
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Rijtijdspeling in treindienstregelingen: EZR vs. robuustheid MSc thesis Civiele Techniek Rijtijdspeling in treindienstregelingen: energiezuinig rijden versus robuustheid Onderzoek naar het ontwikkelen van een model dat de energieoptimale rijstrategie van een trein bepaalt G.M. Scheepmaker, BSc (4102061) i Rijtijdspeling in treindienstregelingen: EZR vs. robuustheid ii Rijtijdspeling in treindienstregelingen: EZR vs. robuustheid MSc thesis Civiele Techniek Rijtijdspeling in treindienstregelingen: energiezuinig rijden versus robuustheid Onderzoek naar het ontwikkelen van een model dat de energieoptimale rijstrategie van een trein bepaalt G.M. Scheepmaker, BSc (4102061) Nederlandse Spoorwegen (NS) Reizigers, afdeling Materieel & Energie Utrecht, 24-1-2013 Afstudeercommissie: Prof. Dr. Ir. B. van Arem (TU Delft afdeling Transport & Planning) Em. Prof. Dr.-Ing. I.A. Hansen (TU Delft afdeling Transport & Planning) Dr. R.M.P. Goverde (TU Delft afdeling Transport & Planning) Ir. P.B.L. Wiggenraad (TU Delft afdeling Transport & Planning) Ir. R.S. Luijt (NS Reizigers afdeling Materieel & Energie) Dr. R.R.P. van Nooyen (TU Delft afdeling Watermanagement) iii Rijtijdspeling in treindienstregelingen: EZR vs. robuustheid (Adkins & Davidson, 2009; T. Albrecht, 2008; ATOC, 2008; Bai, Mao, Zhou, Ding, & Dong, 2009; Coleman, Howlett, Pudney, Vu, & Yee, 2010; Davies, Hinton, Thorley, & Buse, 2007; Desprez, 2011; Howard, 2007; Howlett, Pudney, & Vu, 2009; Kent, 2009; Lukaszewicz & Andersson, 2009; Lüthi, 2009; Mathews & Fink, 2004; McClave, Benson, & Sincich, 2007; Meyer & Lerjen, 2007, 2009a, 2009b; Meyer, Lerjen, Menth, Lüthi, & Tuchschmid, 2009; Meyer & Menth, 2009; Meyer, Menth, & Lerjen, 2007; ÖBB, 2006; Olofsson, Leander, Gustafsson, & Lagos, 2007; Ostermann, Kalivoda, Oberhauser, & Bukovnik, 2004; Papworth, 2012; Potuijt, 2008; Pudney, Albrecht, Stolz, Ghys, & Coleman, 2012; Shampine, Gladwell, & Thompson, 2003; Shampine, Kierzenka, & Reichelt, 2000; Su, Li, Tang, & Gao, 2012; TRAINER, 2008; TTG, 2012; Van den Boom & De Schutter, 2012; Van Til, Westerhuis, & Stap, 2009; Vastel, 2009; Wikipedia, 2012; Zwier, 2008) iv Rijtijdspeling in treindienstregelingen: EZR vs. robuustheid Voorwoord Deze masterscriptie is opgesteld als afsluiting van de Master (MSc) Civiele Techniek aan de Technische Universiteit (TU) Delft. Dit rapport vormt de verslaglegging van het onderzoek naar de optimalisatie van de verdeling van de rijtijdspeling voor treinen bij de Nederlandse Spoorwegen (NS) Reizigers. De reden voor dit onderzoek is dat op dit moment niet expliciet rekening wordt gehouden met energiezuinig rijden (EZR) in de dienstregeling. Het onderzoek is uitgevoerd van 1 april 2012 tot en met 4 februari 2013. Tijdens mijn stage bij ProRail, waar ik mij bezig hield met het ontwerpen van de basisuurpatronen (BUP) van de dienstregeling 2013, merkte ik heel sterk dat het dienstregelingontwerpproces en de -analyse mij erg aanspraken. Daarnaast heeft het treinmaterieel van kleins af aan mijn interesse. De afstudeeropdracht bij NS Reizigers voorziet in beide onderwerpen, vandaar dat deze afstudeeropdracht mij heel erg aanspreekt. Het mooie van deze opdracht is bovendien dat er een prachtige koppeling zit tussen de theorie en de praktijk. Al met al had deze masterscriptie niet tot stand kunnen komen zonder de hulp van vele personen. Allereerst wil ik mijn beide dagelijkse begeleiders ontzettend bedanken. Dr. Rob Goverde, vanuit de TU Delft, wil ik heel erg bedanken voor het geduld en de tijd die hij altijd vrij maakte om mij te helpen als ik vragen had of vast liep met mijn onderzoek. Daarnaast wil ik Ir. Ralph Luijt, vanuit NS Reizigers, ontzettend bedanken voor de mogelijkheden die ik binnen NS Reizigers heb gekregen om mijn onderzoek uit te kunnen voeren. Dankzij Ralph Luijt is tevens een grote jongensdroom van mij realiteit geworden, namelijk meegaan met de machinisten op de bok. Ten tweede wil ik de overige leden van de afstudeercommissie bedanken voor de hulp, tijd en inspanning om mij te helpen met het afstuderen. Ook vanuit het bedrijfsleven zijn er veel mensen die mij hebben geholpen. Allereerst wil ik de machinisten van NS Reizigers bedanken voor de vele ritten die ik met hen mee heb mogen maken. Tevens wil ik ook de andere mensen binnen Lloyd’s Register Rail Europe B.V., Movares, NS Reizigers, ProRail, Royal HaskoningDHV, TTG Europe, TU Delft, TU Dresden en de Universiteit van Zuid-Australië bedanken voor hun hulp en informatie. Ten derde wil ik de vele vrijwilligers bedanken voor het uitvoeren van de GPS metingen. Hoewel ik zelf de data (nog) niet heb gebruikt, zijn ze heel erg van belang voor vervolgonderzoek. Daarbij wil ik specifiek mijn moeder en Jonathan van den Helder bedanken, vanwege de vele metingen die zij hebben gedaan. Ten vierde wil ik ook mijn verloofde (Kim Pilon), mijn familie en mijn vrienden ontzettend bedanken. Zij hebben mij heel erg geholpen tijdens het afstuderen met wijze raad, advies en feedback op mijn geleverde werk. Ten slotte wil ik bovendien God heel erg bedanken en Hem de eer geven met mijn afstudeerverslag, want zonder Hem was dit alles niets geworden (Joh. 15:5). Delft, 24-1-2013 Gerben Scheepmaker v Rijtijdspeling in treindienstregelingen: EZR vs. robuustheid Samenvatting Aanleiding In opdracht van de Nederlandse Spoorwegen (NS) Reizigers is onderzoek verricht naar de mogelijkheden om energiezuinig rijden (EZR) beter in de treindienstregeling te integreren. De aanleiding voor dit onderzoek is het feit dat energiezuinig rijden op dit moment nog niet optimaal in de dienstregeling wordt meegenomen. De reden hiervan is dat de rijtijdspeling niet optimaal verdeeld is. De rijtijdspeling is de extra rijtijd boven op de minimale rijtijd tussen twee dienstregelpunten. Doel- en vraagstelling Het doel van het onderzoek is het ontwikkelen van een model waarmee het optimale uitrolmoment en de optimale kruissnelheid voor treinen en de daarbij behorende rijtijdspelingverdeling bepaald kunnen worden; rekening houdend met de gewenste robuustheid, de mogelijkheden om energiezuinig te rijden en de gewenste punctualiteit in de dienstuitvoering. De doelstelling is vertaald naar de volgende hoofdvraag van het onderzoek: welke stappen moeten worden gezet zodat er een model ontstaat waarmee het uitrolmoment en de kruissnelheid bepaald worden en daarmee de rijtijdspeling zo goed mogelijk verdeeld wordt? Theoretisch kader en praktische achtergronden Energiezuinig rijden wordt pas door een machinist uitgevoerd als het veilig is op het spoor, de trein op tijd rijdt en er rijtijdspeling is. EZR is sterk gewenst, omdat het verschillende voordelen met zich mee brengt. Zo verminderen door EZR de CO2 uitstoot en de kosten voor het energieverbruik. Daarnaast worden er kosten bespaard voor het beheer en onderhoud van materieel en infrastructuur, doordat de snelheid van de trein over het algemeen lager is waardoor er minder slijtage optreedt. Tevens is daardoor de geluidshinder minder. Ten slotte verbetert EZR het comfort van de treinreizigers en de conducteurs, bijvoorbeeld als de trein minder vaak met de maximumsnelheid door afbuigende wissels heen rijdt. EZR is een thema dat in de spoorgeschiedenis in Nederland een aantal keren sterk naar voren is gekomen. Op dit moment wordt door NS Reizigers de UZI-methode (Universeel Zuinig rijden Idee) geleerd aan machinisten bij de opleiding en bij de herinstructie. Deze methode stelt dat de machinist zo vlot mogelijk versnelt tot de gewenste snelheid en vervolgens op het juiste moment de tractie uitschakelt. Daarnaast is onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om beter anticiperend te rijden door middel van RouteLint, waarmee informatie over de locatie en vertraging van omliggende treinen wordt getoond. Tevens heeft ProRail in Nederland samen met TU Dresden onderzoek gedaan naar een ‘Driver Advisory System’ (DAS) genaamd BEA (‘Basic Energy Analysis’). BEA bepaalt de energieoptimale rijstrategie en probeert daarmee het tractie energieverbruik te minimaliseren. Zowel het project RouteLint als BEA zijn uiteindelijk niet verder gekomen dan een pilot, doordat partijen binnen de projecten niet verder wilden gaan met de ontwikkeling van de systemen. Ook in het buitenland wordt veel onderzoek gedaan naar het energiezuinig rijden van treinen, waarbij het zich sterk richt op het ‘Driver Information System’ (DIS) en het DAS. Australië is op dit gebied de koploper. Daar is inmiddels al een concreet DAS ontwikkeld dat verkrijgbaar is als commercieel product onder de naam ‘Freightmiser’ of ‘Energymiser’. Het systeem berekent de energieoptimale rijstrategie en is gebaseerd op de optimale besturingstheorie. Daarnaast vindt in Zweden en Zwitserland onderzoek plaats naar ‘Traffic Management System’ (TMS), waarmee getracht wordt om op netwerk niveau het energieverbruik bij treinen te minimaliseren. Ten slotte is het toepassen van elektrodynamische (ED) remmen een onderwerp waar veel aandacht aan wordt besteed in het buitenland. Hiermee wordt energie terug gewonnen tijdens de remfase vi Rijtijdspeling in treindienstregelingen: EZR vs. robuustheid van een trein. De voordelen hiervan zijn groter naarmate er sprake is van een hogere bovenleidingspanning en heuvelachtig gebied. Niet alleen de railsector doet onderzoek naar EZR, ook bij andere vervoersmodaliteiten als wegverkeer, scheepvaart en luchtvaart wordt hier de nodige aandacht aan besteed. De verschillende modaliteiten schrijven allemaal een kruis- (constante snelheid) en uitrolfase voor om energie te kunnen besparen. Het verschil is echter dat de voordelen van uitrollen in