CO2-Beleid Ketenanalyse Energie Efficient BUP

Energie Efficiënt Basis Uur Patroon

Keteninitiatief Scope 3 emissies

Energie efficiënte spoorinfrastructuur

17 november 2014- Versie 1.0

A40-AWE-KA-1400078 / Proj.nr. RM002653 / Vrijgegeven / Versie 1.0 / 17 november 2014

Divisie Ruimte, Mobiliteit en Infra/ Afdeling Regio: Regio Noordoost

1/16

Inhoudsopgave

1 Scope en afbakening 4

2 Beschrijving keten 7

3 Ketenpartners 8

4 Analyse (van energie effecten) 9 4.1 Huidige verdeling van rijtijdspeling 9 4.2 Het effect van de huidige spelingsverdeling 10

4.2.1. Effect op uitvoerbaarheid 10 4.2.2. Effect op energieverbruik 11 4.2.3. Effect op veiligheid 12

5 Reductie maatregelen 14 5.1 Planning 14

5.1.1. Tools: DONNA naar delen van minuten 14 5.1.2. Tools: tractie-tool 14 5.1.3. Beheersing 14 5.1.4. STS passages 14

5.2 Samenvatting maatregelen 14

Colofon 16



2/16

Inleiding

Per 1 december 2009 is door ProRail de CO2-prestatieladder ingevoerd, een instrument

om de CO2-uitstoot van opdrachtnemers terug te dringen en de uitstoot van de sector te

verminderen. Zelf wil ProRail ook invulling geven aan de eisen van deze

prestatieladder. Als onderdeel van de eisen voor het bereiken van niveau 4 en 5 van

deze CO2-prestatieladder dient ProRail scope 3 emissies in kaart te brengen (eis 4A

handboek SKAO1) en dient uit deze scope 3 emissies tenminste 2 analyses van GHG-

genererende ketens van activiteiten te maken (eis 4A11). Scope 3 emissies zijn emissies

van andere ketenpartners waar ProRail met haar activiteiten invloed op heeft.

Movares is een erkend en onafhankelijk kennisinstituut (eis 4A31) en heeft een

ketenanalyse “Energie efficiënt Basis Uur Patroon” samen met ProRail uitgevoerd voor

scope 3 CO2 emissies. Een Basis Uur Patroon bepaalt voor een groot deel de trein

efficiëntie. Trein efficiëntie is de grootste CO2 emissiebron van ProRail2.

Deze analyse is gericht op de keten van processen en activiteiten die leiden tot een

energie zuinig BUP (Basis Uur Patroon) met gereduceerde CO2 uitstoot. Het BUP

vormt de basis voor de dienstregeling die de treinen iedere dag rijden. Dit document

beschrijft de ketenanalyse conform de eisen van het GHG protocol3. De uitgevoerde

stappen in de analyse zijn:

• In kaart brengen van de keten

• Identificeren partners in de keten

• Kwantificeren van de CO2-emissie van de keten

• Formuleren van reductiemaatregelen (eis 4B)

Bij het ontwerp van een BUP wordt speling opgenomen bovenop de kale (minimale)

rijtijd. Door deze rijtijdspeling kunnen variaties worden opvangen en daarmee

vertragingen worden beperkt. Als tijdens een treinrit de beschikbare speling niet nodig

is voor punctualiteit, kan de speling worden benut voor energiezuinig rijden (EZR): het

laten uitrollen van de trein. EZR is een programma van de vervoerder NSR waarmee

machinisten door het uitrollen van de treinen het tractie-energie verbruik verminderen.

Een energie efficiënt BUP heeft de rijtijdspeling zoveel mogelijk verspreid zodat

zoveel mogelijk uitgerold kan worden. Deze keten analyse streeft naar rijtijdspeling die

dusdanig is verdeeld in het BUP dat deze zowel uitvoerbaarheid, punctualiteit als

energiezuinig rijden faciliteert en daarmee de CO2 uitstoot reduceert.

Leeswijzer

Eerst bakenen we de keten af die we analyseren (hoofdstuk 1) waarna we de schakels

van de keten beschrijven (hoofdstuk 2) met de bijbehorende ketenpartners (hoofdstuk

3). Daarna analyseren we de energie en CO2 effecten in de keten (hoofdstuk 4) en de

mogelijke energie reductie maatregelen (hoofdstuk 5).

1 Handboek CO2-Prestatieladder 2.2, stichting SKAO, 4 april 2014 2 Dominantie analyse scope 3 ProRail, Juli 2014. 3 Corporate Value Chain (Scope 3) Accounting and Reporting Standard, World Resources Institute and World Business Council of Sustainable Development, September 2011



3/16

Verantwoording

De beschrijving van de keten voor een energie efficiënt BUP en de bijbehorende

kengetallen zijn opgesteld met medewerking van Wouter Ludwig en Vincent Weeda

(ProRail/VL PAB), Klaas Hofstra en Michiel Vromans (ProRail V&D),Gerben

Scheepmaker (NS Logistiek Nieuwbouw), Ralph Luijt en Freddy Franke (NSR), Paul

van der Voort en Jelle van Luipen (ProRail/innovatie).

Naast consultatie van bovengenoemde experts binnen en buiten ProRail is gebruik

gemaakt van verschillende interne documenten van ProRail. De exacte

bronvermeldingen kunnen worden teruggevonden in de rapportage. Alle informatie is

direct van belanghebbenden verkregen behalve als dit anders staat aangegeven in de

bronvermelding.

De hele analyse is gereviewd volgens het vier ogen principe door Diederik Verheul

(Manager duurzaamheid Movares).



4/16

1 Scope en afbakening

ProRail heeft in haar Meerjarenplan Duurzaamheid van 2013 concrete CO2

reductiedoelstellingen gesteld.

‘ProRail wil jaarlijks 65 kton CO2 in de spoorketen besparen ten opzichte van 2010.

Hiervan betreft 15 kton aan CO2 reductie maatregelen in de keten tussen 2010 en

2020, door middel van invloed op het tractie-energieverbruik en materiaalverbruik in

de spoorketen.’

(Meerjarenplan Duurzaamheid, 2013).

Uit de CO2 voetafdruk van het Nederlandse spoor (zie grafiek hieronder) blijkt dat het

energieverbruik van de trein verreweg de grootste CO2 veroorzaker (75%) is van het

spoorsysteem.

Bron: CO2 voetafdruk Nederlandse spoorketen, Railforum, 3 februari 2011

Figuur 1.1, CO2 veroorzakers spoorsysteem (gram CO2 per reizigerskilometer)

In 2014 heeft ProRail een dominantie analyse laten uitvoeren welke systemen en

processen van ProRail de bron zijn van de grootste emissies van het spoorsysteem4.

Hieronder volgt een top 20 van de meest dominante emissiebronnen voor ProRail. Het

treinverkeer is de grootste verbruiker van energie in het spoorsysteem en zorgt daarmee

voor de grootste CO2 emissie. In de top 20 wordt onderscheid gemaakt in de

transportverliezen van de elektriciteit die aan treinen wordt geleverd (netverlies) en het

verbruik van de trein zelf (energieverbruik trein). Bovenaan staat de trein efficiency

met een bijdrage van 18,54% . Trein efficiency is hierbij de hoeveelheid energie die

gemiddeld nodig is om 1 ton over 1 km spoor te verplaatsen.

4 Dominantie analyse scope 3 ProRail, juli 2014, EDMS-#3642180



5/16

Tabel 1.1, Top 20 dominante emissiebronnen

ProRail heeft invloed op het energieverbruik en de bijbehorende efficiency van de

treinen via verschillende lagen van het spoorsysteem. Op basis van de huidige

infrastructuur, treinen en dienstregeling hoort bij elke laag een ketenproces:

Infrastructuur De wijze waarop de infrastructuur wordt ontworpen. Via bijvoorbeeld het

ontwerp van wissels en bogen ontstaan snelheidsbeperkingen, die effect

hebben op het energieverbruik van de trein.

Planning De wijze waarop (gegeven de aanwezige infrastructuur) de treinbewegingen

worden gepland. Dit heeft invloed op energieverbruik, bijvoorbeeld via de

ruimte die de dienstregeling biedt voor uitrollen.

Be- en bijsturing De wijze waarop, gegeven de infrastructuur en de dienstregeling, be- en

bijsturing plaatsvindt. Bijvoorbeeld het inleggen van conflictvrije treinpaden

heeft invloed op het wel/niet remmen en dus op het energieverbruik.

Informatie voor machinist De wijze waarop informatie wordt verschaft aan machinisten en informatie-

uitwisseling plaatsvindt tussen machinist en verkeersleiding. Bijvoorbeeld

contextinformatie en snelheidsadviezen aan de machinist faciliteren

energiezuinig rijden.

Deze ketenanalyse richt zich op de invloed die ProRail heeft op het tractie-

energieverbruik via de planning (de tweede laag). Het energieverbruik van de trein



6/16

wordt onderverdeeld in tractieverbruik en hulpverbruik. Met tractie wordt het

aandrijfmechanisme van de trein bedoeld en met hulpverbruik wordt bijvoorbeeld

verwarming en airconditioning bedoeld. ProRail heeft geen invloed op het

hulpverbruik van de trein, hulpverbruik valt daarom buiten de scope van deze keten

analyse.

De meeste tractie-energie is nodig voor het op het snelheid brengen van een trein

(“aanzetten”), het overwinnen van de rijweerstand en energie transportverlies. Een

grove schatting geeft aan dat ca. 60% van de tractie-energie naar de rijweerstand gaat,

30% nodig is voor het aanzetten en 10% verloren gaat bij het transport van de energie5.

Het planningproces heeft de grootste impact op de tractie-energie via de geplande

rijtijdspeling in het Basis Uur Patroon (BUP) volgens welke de treinen rijden.

Rijtijdspeling maakt het mogelijk dat treinen kunnen uitrollen en daardoor meer

energie efficiënt kunnen rijden. Deze ketenanalyse richt zich daarom op het inzetten

van rijtijdspeling zodat deze zo goed mogelijk voor energie efficiënt rijden gebruikt

kan worden.

Bij het ontwerp van een BUP wordt speling opgenomen, bovenop kale rijtijd. Door

deze rijtijdspeling kunnen variaties in treinrijtijden worden opvangen en daarmee

vertragingen worden beperkt. Het achterliggende doel is om tot een uitvoerbare

planning te komen en de punctualiteit te verhogen. Als tijdens een treinrit de

beschikbare speling niet nodig is voor punctualiteit, kan de speling worden benut voor

energiezuinig rijden: het laten uitrollen van de trein.

5 Energieverbruik Treinen, inzicht en maatregelen, LRRE MV/AH/002/03-448120, versie 1.0, februari 2012.



7/16

2 Beschrijving keten

We beschrijven hier alle activiteiten die leiden tot een BUP met eventueel

rijtijdspeling.

Figuur 2.1, Scope rijtijdspeling

De rijtijden en speling voor het basisuurpatroon (BUP) worden momenteel als volgt

bepaald:

1. Vervoerders vragen treinpaden aan van A naar B voor een trein van een door de

vervoerder gespecificeerde materieelsamenstelling en materieeltype.

2. De planners bij ProRail gebruiken de opgegeven materieelsamenstelling om in het

softwaresysteem DONNA de minimaal benodigde rijtijd te berekenen van station

A naar B..

3. Vervolgens geeft DONNA op basis van de vertrektijd vanaf het startstation voor

ieder dienstregelpunt de (onafgeronde) doorkomsttijd, inclusief 5% speling. De

planner rondt deze doorkomsttijden af: in principe onderweg altijd naar beneden en

bij een blokpunt naar boven.

4. Om conflicten in de dienstregeling op te lossen, voegt een planner soms speling toe

of haalt speling weg.

Figuur 2.2, ketenstappen planning proces

Het planningproces vraagt zelf nauwelijks energieverbruik. Dit energieverbruik met

bijbehorende emissies valt bovendien onder de scope 1 en 2 emissies die buiten deze

ketenanalyse vallen.

Het energieverbruik met emissies scope 3 vindt vooral plaats als treinen van een

vervoerder gaan rijden. De planning kan grote invloed hebben op dit energieverbruik

als de treinen de dienstregeling niet energie efficiënt kunnen rijden.

ProRail

Infrastructuur ProRail

Planning Vervoerder

Treinen rijden

Planning:

Rijtijdspeling

ProRail

Be- en

bijsturing

ProRail

Informatievoorziening

machinist Scopegrens

Vervoerder

Aanvraag

treinpad

(1)

Planner ProRail

Rijtijd berekenen

met DONNA

(2)

Planner ProRail

Rijtijden

afronden

(3)

Planner ProRail

Rijtijdspeling

toevoegen/weghalen

(4)

Opdrachtgever

Vervoersproduct



8/16

3 Ketenpartners

In onderstaande tabel staan de belangrijkste ketenpartners van ProRail met betrekking

tot rijtijdspeling in het BUP.

Ketenschakels Ketenpartner

Opdrachtgever Ministerie IenM

Provincies

Gemeentes

Planning BUP ProRail/ V&D

ProRail/ VL PAB

NS Logistiek Nieuwbouw

Treinen rijden Vervoerders (NSR, Arriva, Veolia, Connexxion)



9/16

4 Analyse (van energie effecten)

Hieronder beschrijven we per ketenschakel de belangrijkste energie effecten.

Bij het ontwerp van een dienstregeling wordt speling opgenomen, bovenop kale rijtijd.

Door deze rijtijdspeling kunnen variaties worden opvangen en daarmee vertragingen

worden beperkt. Het achterliggende doel is om tot een uitvoerbare planning te komen

en de punctualiteit te verhogen. Als tijdens een treinrit de beschikbare speling niet

nodig is voor punctualiteit, kan de speling worden benut voor energiezuinig rijden

(EZR): het laten uitrollen van de trein.

Onderstaande grafiek toont de aankomstspeling van de huidige werkwijze (BUP2013)

op de blokpunten (knooppuntstations), tussengelegen stations en doorkomstpunten

(dienstregelpunten die geen halteringen zijn).

Figuur 4.1, Aankomstspeling in BUP 2013

Uit deze grafiek blijkt:

De speling is gemiddeld 11% (hiervan is 5% nodig volgens netverklaring, ca.

2% om conflicten op te lossen en ca. 4% afronding).

De spreiding van de speling is groot. Bij tussenhaltes en doorkomstpunten ligt

de speling in minder dan 50% van de gevallen tussen de 0 en 15%.

De speling is negatief (<0%) bij ca. 21% van op tussengelegen stations, en bij

30% van de doorkomstpunten.

De belangrijkste reden voor deze grote spreiding en de negatieve speling, is de

afronding op hele minuten die wordt toegepast in het planningproces. De rijtijden die

de planners berekenen tussen station A en B zijn op de seconde nauwkeurig. De

rijtijden worden daarom meestal naar boven afgerond op hele minuten. Soms ronden

de planners ook de rijtijden naar beneden af op hele minuten. De afronding naar boven

zorgt voor extra speling, de afronding naar beneden zorgt juist voor verlies aan speling

of zelfs negatieve speling. Dit wordt geïllustreerd middels onderstaande figuur waaruit

4.1 Huidige verdeling van rijtijdspeling



10/16

blijkt dat de spreiding in de speling het grootst is op korte stukken. Daar heeft de

afronding op hele minuten de grootste impact.

Figuur 4.2, procentuele rijtijdspeling per station

De huidige spelingsverdeling heeft negatieve effecten op de uitvoerbaarheid van de

dienstregeling, energieverbruik en veiligheid/punctualiteit.

De afronding van dienstregelpunten leidt ertoe dat de dienstregelpunten niet altijd in

een vloeiende lijn liggen. ‘Trein op de lijn’ betekent in de praktijk dus ‘trein op de

zaag’. In onderstaande figuur is voor treinserie 1700 tussen Amersfoort en Utrecht

weergegeven welke snelheden gereden moeten worden om de plantijden van de

verschillende dienstregelpunten exact te realiseren. De betreffende rode lijn laat een

zaagtandpatroon zien met snelheden boven de 140 km/u en onder de 40 km/u: een lijn

die onmogelijk uitvoerbaar is6.

6 memo ‘TOL visie en achtergrond’, nov 2013, Ralph Luijt (NSR)

4.2 Het effect van de huidige spelingsverdeling

4.2.1. Effect op uitvoerbaarheid

-100%

-80%

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 5 10 15 20

Spel

ingp

erce

ntag

e

Kale rijtijd tov vorig drgp

Speling Korte stop drglpt per treinserie (zonder blokpunten)

Lineair (5%)

Lineair (11%)

Procentuele speling naar kale

rijtijd, per tussengelegen station



11/16

Figuur 4.3, geplande en te realiseren snelheidsprofielen

Als treinen op tijd rijden kan speling gebruikt worden om (voor een haltering) uit te

rollen met energiewinsten tot gevolg. Uitrollen betekent dat de machinist geen energie

gebruikt voor zijn trein, maar deze laat rollen zonder te remmen. Omdat de spoorstaven

en de trein beperkte weerstanden hebben kan hiermee grote afstanden op hoge snelheid

afgelegd worden zonder tractie-energieverbruik van de trein.

Simulaties tonen aan dat ongeacht de lengte van het traject, de eerste 20 seconden

speling voor het uitrollen de grootste energiebesparing opleveren. Daarna vlakt de

curve af. Bij de start van het uitrollen kan een trein nog relatief een grote afstand

afleggen voordat de speling is verbruikt, waardoor bij de start de meeste energie

bespaard kan worden.

Figuur 4.4, extra energie opbrengst per extra seconde uitrollen

Voor energiezuinig rijden is dus wenselijk dat voor zoveel mogelijk tussenhaltes

tenminste 20 seconden rijtijdspeling beschikbaar is. Dit wordt door de afronding op

hele minuten nu op een groot deel van de tussenhaltes niet gerealiseerd.

Een grove eerste inschatting van de mogelijke energiebesparing indien deze negatieve

speling wordt omgezet in tenminste 20 sec. speling:

4.2.2. Effect op energieverbruik



12/16

Aantal halteringen per uur met negatieve speling (BUP2013) 412 Halteringen

Aantal halteringen per jaar met negatieve speling

(ca. 16u per dag, 365 dg per jaar)

2.406.080 Halteringen

Halvering van de negatieve speling

(hypothese dat door aanpassen systematiek 50% van de halteringen met

negatieve speling kan worden omgezet naar min. 20 sec. speling)

1.203.040 Halteringen

Potentiele energiebesparing als deze speling volledig wordt benut (ca. 20 kWh

per haltering)

24.060.800 kWh

Gedeelte dat hiervan geïncasseerd kan worden

(20% van de ritten waarbij EZR wordt toegepast)

4.812.160 kWh

Tabel 4.1, Schatting energiebesparing

Voor de conversie van de energiebesparing naar de CO2 besparing gebruiken we de

conversiefactor voor grijze stroom (455 gr CO2 eq. /kWh stroom) zoals aangegeven in

het handboek CO2 prestatieladder versie 2.2.

De 4.812.160 kWh energiebesparing bij tenminste 20 sec. speling per halte zorgt dan

voor een besparing van 2,2 kton CO2.

Een belangrijke graadmeter voor veiligheid is het aantal rood sein passages (STS-

passages) per jaar. Recent is onderzocht wat de belangrijkste oorzaken zijn voor rood

sein passages, zie onderstaande figuur.

Figuur 4.5, oorzaken STS passages

Een groot deel van de oorzaken voor STS-passages zijn gerelateerd aan treinen die te

vroeg of vertraagd zijn. In het betreffende rapport wordt gesteld: ‘Geaccepteerde

kraptes hebben niet alleen een negatieve invloed op punctualiteit in uitvoerbaarheid,

4.2.3. Effect op veiligheid



13/16

maar zijn direct gerelateerd aan veiligheid’. (Rood seinnaderingen, PAB, november

2013)

Het voorkomen van negatieve speling (kraptes) in een BUP zorgt voor een

vermindering van het aantal vertraagde treinen. Het voorkomen van zeer ruime speling

zorgt voor een vermindering van het aantal treinen dat te vroeg is. Het terugdringen

van een brede spreiding in de rijtijdspeling, kan dus een positieve invloed hebben op de

vermindering van het aantal STS-passages. Deze keten-analyse beveelt aan om de

relatie tussen rijtijdspeling in een BUP en STS-passages verder te onderzoeken.



14/16

5 Reductie maatregelen

We streven naar rijtijdspeling die dusdanig is verdeeld dat deze zowel uitvoerbaarheid,

punctualiteit als energiezuinig rijden faciliteert. Een dergelijke rijtijdspeling kenmerkt

zich door een minder grote spreiding van de speling, waaronder het (vrijwel) niet meer

voorkomen van negatieve speling.

Een cruciale eerste stap om te komen tot een betere verdeling van de rijtijdspeling is

het plannen op delen van minuten. Een groot deel van het planningsproces verloopt al

in tienden van minuten. Alleen de laatste stap moet nog genomen worden: de plantijd

in delen van minuten. Hierbij is het planningsysteem DONNA een bottleneck.

Om te komen tot een beter verdeelde rijtijdspeling adviseren wij om DONNA geschikt

te maken voor plantijden in tienden van minuten. Laat onderzoeken wat hiervoor nodig

is, en neem in de besluitvorming punctualiteit, uitvoerbaarheid en energieverbruik mee.

Onderstaande tabel geeft aan welk CO2 effect aanpassing van DONNA heeft (zie ook

paragraaf 4.2.2.).

Type situatie / Case Energie-

besparing

(gWh p. jr)

CO2 effect

(Kton)

Aard maatregel Schaalbaarheid 2020 Totale

CO2

potentie

(Kton)

Rijtijdspeling

Halvering van aantal

tussengelegen haltes met

negatieve rijtijdspeling

4,8

2,2

Plansysteem

DONNA geschikt

maken voor plannen

op delen van

minuten.

Totale potentie van

elimineren negatieve

speling (ook op

doorkomstpunten) wordt

ingeschat op het

drievoudige

7

Tabel 5.1, CO2 effect aanpassing DONNA

Daarnaast kan de tractie-tool geschikt gemaakt worden om een dienstregeling (BUP) te

toetsen op energie-efficiency. Hiervoor moet de tractie-energie uitgebreid worden met

formules voor uitrollen. Input voor de tool zou dan zijn: de speling (in seconden) voor

alle halteringen in het BUP. Output kan zijn: het energie besparingspotentieel bij het

benutten van deze speling voor uitrollen.

Om te sturen op een energie-efficiënte dienstregeling is als KPI mogelijk:

% halteringen in het BUP met negatieve speling

Hiermee kan jaarlijks een nieuwe dienstregeling op energie-efficiency getoetst worden.

Dit zou één van de ‘lagging KPI’s’ kunnen zijn die invulling geven aan de doelstelling

‘CO2 reductie in de keten’.

Analyse opstarten wat de samenhang is tussen STS passages, de rijtijdspeling in een

BUP en energieverbruik van de trein.

Hier volgt een samenvatting van de maatregelen

5.1 Planning

5.1.1. Tools: DONNA naar delen van minuten

5.1.2. Tools: tractie-tool

5.1.3. Beheersing

5.1.4. STS passages

5.2 Samenvatting maatregelen



15/16

Maatregel

nummer

Beschrijving maatregel

1 Tools: DONNA naar delen van minuten

DONNA geschikt maken voor plantijden in

tienden van minuten.

2 Tools: tractie-tool

De tractie-tool geschikt maken om een

dienstregeling (BUP) te toetsen op energie-

efficiency

3 Beheersing

Voer KPI in: “% halteringen in het BUP met

negatieve speling”.

4 STS-Passages

Relatie bepalen tussen STS-passages en

rijtijdspeling in een BUP met eventuele energie

effecten.

Tabel 5.2, Maatregelen voor energiebesparing



16/16

Colofon

Opdrachtgever ProRail B.V.

M. Ubink

Uitgave Movares Nederland B.V.

Utrecht

Telefoon 030-2653462

Ondertekenaar A. van Weert

Adviseur Duurzaamheid

Projectnummer RM002653

Opgesteld door A. van Weert

2014, Movares Nederland B.V.

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar

gemaakt in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enige andere manier, zonder voorafgaande

schriftelijke toestemming van Movares Nederland B.V.

Documents

CO2-Beleid Ketenanalyse Energie Efficient BUP