1 Konklusjoner Nordlandsbanen Trafikk Framdriftsformer Demonstrasjonspotensialet... 7

Transkript

1

2 Innholdsfortegnelse 1 Konklusjoner Bakgrunn, forutsetninger og fokus for dette notatet Bakgrunn for oppdraget Problemstillingens aktualitet i et internasjonalt perspektiv Tidligere arbeid, avgrensninger og fokus for dette notatet Nordlandsbanen Trafikk Framdriftsformer Demonstrasjonspotensialet Hydrogen som drivstoff Hydrogentog/hybridløsning Passasjertog Godstog Infrastruktur Pilot Elektrifisering med konvensjonell Kontaktledning (KL) Kostnader Implikasjoner ifm konvensjonell elektrifisering Potensielle kostnadsbesparelser ved full implementering av hydrogengodstog Investeringer i og driftskostnader for rullende materiell og infrastruktur Kostnader for hydrogenteknologi Full implementering av hydrogen som drivstoff på Nordlandsbanen... 13

3 1 Konklusjoner Dette avsnittet sammenfatter konklusjoner fra oppdraget. Generelle konklusjoner/oppdatering av faktagrunnlag for 0-utslippsløsninger: Hydrogen er et drivstoff som nå tas i bruk i stadig flere segmenter av transportsektoren. Sammenliknet med batterier, egner hydrogen seg best for lengre strekninger og tunge farkoster. Konvensjonell elektrifisering av banestrekninger er kun lønnsomt når trafikktettheten er (svært) høy. Godstransport er dimensjonerende for togstrekninger, hvilket betyr at hvis en driftsform er egnet for godstog, vil den ikke møte utfordringer mht å tas i bruk innen persontog. Det første hydrogendrevne passasjertog med brenselceller er nylig satt i kommersiell drift i Tyskland. Da godstog typisk har effektbehov på i størrelsesorden 5-6 MW (~10 ganger høyere enn passasjertog), forventes det ikke at hydrogendrevne godstog blir tilgjengelig for uttesting før tidligst i år For banestrekninger med høydeforskjeller og hyppige start/stopp vil en hydrogen/batteri hybridløsning være attraktiv, da bremseenergi kan akkumuleres i batterier og benyttes ved akselerasjon/stigning og drivstofforbruket dermed reduseres. Spesifikke konklusjoner for Nordlandsbanen: Nordlandsbanen er den av de gjenværende dieseldrevne togstrekning i Norge som best vil dra nytte av hydrogens egenskaper som 0-utslippsløsning, grunnet sin lengde og lave trafikktetthet. Eventuell bruk av hydrogen som drivstoff på Nordlandsbanen vil komme gunstigst ut økonomisk sett hvis den over tid både omfatter gods- og passasjertransport. Et konservativt estimat for investeringskostnaden ved konvensjonell elektrifisering av Nordlandsbanen er 11 mrdnok, og årlige (annualiserte) driftskostnader på 112 millnok. Andre kostnader knyttet til oppgradering av kraftnett osv. er da ikke medregnet. En slik investering er ikke samfunnsøkonomisk lønnsom i forhold til dieseldrevne- eller hydrogendrevne tog, selv ikke innen KL-anleggets forventede levetid på 75 år. Full implementering av hydrogengodstog med tilhørende infrastruktur for hydrogen er om få år forventet å ha en investeringskostnad på om lag 700 millnok, og årlige (annualiserte) driftskostnader på om lag 140 millnok. Et hydrogendrevet godstog vil bruke om lag 1 tonn hydrogen per tur på strekningen fra Trondheim til Bodø, mens forbruket for et persontog er anslått til i overkant av 150 kg per tur. Pilot-testing av ett hydrogen-drevet passasjertog på Nordlandsbanen anslås å koste 75 millnok i innkjøp (dvs. innkjøp av selve togsettet), mens de årlige drivstoffkostnader anslås mellom 18 og 37 millnok. Drivstoffkostnadene er da estimert med en pris på hydrogenet på mellom 50 og 100 NOK per kg. Vedlikeholdskostnader og eventuelle andre driftskostnader må beregnes i tillegg. Sikkerheten knyttet til håndtering av hydrogen som drivstoff vil måtte ivaretas gjennom å etablere sikkerhetstiltak og rutiner i henhold til hydrogenets egenskaper. Per i dag finnes det ikke generelt regelverk for bruk av hydrogen som drivstoff for tog. Tyske myndigheter har imidlertid godkjent Alstoms hydrogentog for kommersiell drift på strekninger med tunneler på inntil 5km lengde.

4 2 Bakgrunn, forutsetninger og fokus for dette notatet 2.1 Bakgrunn for oppdraget Oppdragsgiver Nordland Fylkeskommune har engasjert SINTEF til å utrede muligheten for å ta i bruk hydrogen som energibærer for tog på Nordlandsbanen. Dette har bakgrunn i Representantforslag 21 S 1 som ble fremmet av Sosialistisk Venstreparti (SV) i oktober 2018, der det foreslås et pilotprosjekt for hydrogendrevet tog på en av landets ikke-elektrifiserte jernbanestrekninger innen 1. januar Representatforslaget trekker frem SINTEFs presentasjon av rapport til Samferdselsdepartementet i mai 2016 der blant annet Nordlandsbanen ble pekt på som særlig egnet for hydrogendrevne tog. Representantforslaget 2 tar imidlertid ikke stilling til hvilken bane som skal være pilot, og Nordland Fylkeskommune ønsker å være godt forberedt på å jobbe fram Nordlandsbanen som den aktuelle piloten. Nordland Fylkeskommune ser i denne sammenhengen et behov for bakgrunnsinformasjon og et bedre faktagrunnlag på hvorfor Nordlandsbanen egner seg, inkludert hva kostnadsbesparelsen av hydrogenteknologi kan bli sammenliknet opp mot elektrifisering, da særlig med tanke på antall tuneller på Nordlandsbanen. Dette notatet representerer SINTEFs svar på oppdraget. 2.2 Problemstillingens aktualitet i et internasjonalt perspektiv Nordlandsbanen er et særtilfelle sammenliknet med Europa der godstog flest kjører på strøm. Den unike kombinasjonen av lange avstander og lav befolkningstetthet gjorde Nordlandsbanen til en av de få baner i Europa der godstrafikk fremdeles skjer vha. diesellokomotiver. På verdensbasis er dette derimot svært vanlig: Canada, USA, og flere utviklingsland har mange slike baner. Nordlandsbanen er derfor i den særstillingen til å kunne prøve ut ny 0-utslippsteknologi med stort markedspotensial som vil kunne få betydelig påvirkning på globalt nivå. Figur 1. Andelen ikke-elektrifiserte jernbanestrekninger i ulike land. 2.3 Tidligere arbeid, avgrensninger og fokus for dette notatet SINTEF har over en årrekke vært benyttet som støtte inn mot jernbanetekniske vurderinger, bla av Jernbaneverket. I Stortingsmelding Meld. St. 26 (Nasjonal Transportplan ) ba regjeringen om at Jernbaneverket gjennomfører en vurdering av konsekvenser av å elektrifisere gjenstående dieseltrekninger, dvs. Røros- og Solørbanen, Nordlandsbanen, Raumabanen og Bratsbergbanen (kort strekning)

5 Jernbaneverket engasjerte i 2014 SINTEF for å fremskaffe faktagrunnlaget, samt etablere modell og metode for sammenlikning av alternativene. SINTEFs rapport 3 ble dernest lagt til grunn for Jernbaneverkets Strategi for ikke-elektrifiserte baner. Sammendraget av SINTEFs rapport "Analyse av alternative driftsformer for ikkeelektrifiserte baner" lyder: Alternative drivstoffer og framdriftsteknologier er evaluert for ikke-elektrifiserte banestrekninger i Norge. Gjennom en grovanalyse ble fire mulige alternative konsepter (batteri, hydrogen, naturgass og biodiesel) evaluert med diesel-elektrisk framdrift som og konvensjonell elektrifisering som referansekonsepter. Grovanalysen (Fase I) var en kvalitativ ståstedsanalyse (2014) høsten Åtte sentrale parametere for jernbanedrift lå til grunn for sammenlikning av konseptene. Eksperter fra Jernbaneverket så vel som SINTEF ble involvert gjennom 2 arbeidsgrupper og har bidratt til at resultatene er konsistente og konklusjonene robuste. Resultatene fra grovanalysen viste at flere konsepter kan bli aktuelle for implementering. Fra grovanalysen konkluderte SINTEF med at det ikke er hensiktsmessig å gjennomføre konvensjonell elektrifisering for resterende (ikke-elektrifiserte) jernbanestrekninger før alternativene til 0-utslipp er utredet mer i detalj. Arbeidet ble videreført i en Fase II delt i to deler våren I del a) av Fase II ble forventninger til teknologiog kostnadsutvikling, samt innskjerping av miljøkrav og tilgjengelighet av teknologi og regelverk evaluert for utvalgte konsepter. Fem nøkkelfaktorer (Miljøkrav, Tilgjengelighet av teknologi, Tilgjengelighet av regelverk, Økonomi (inkl. effektivitet) og Fleksibilitet/Robusthet) ble lagt til grunn for evaluering av konseptenes aktualitet for implementering i det norske jernbanenettet i 2021, 2027 og I del b) av Fase 2 er tekniske muligheter og estimater for del-elektrifisering (kombinasjon av kontaktledning/batteri/hydrogen) evaluert. Resultatene fra prosjektet viser at flere alternative fremdriftskonsepter vil kunne bli aktuelle for implementering og gi 0-utslipp for ikke-elektrifiserte jernbanestrekninger i Norge allerede i Det er viktig å merke seg, at SINTEFs faktagrunnlag og rapport for Jernbaneverket hadde fokus på godstransport, mens den aktuelle trolig piloten vil dreie seg om passasjertog, da det er slike tog som nå er blitt tilgjengelige og nylig ble satt i drift i Tyskland. Gitt den korte fristen for oppdragets ferdigstillelse, er de resultater som her presenteres for passasjertog kun å regne som estimater. Det ble i SINTEFs rapport 3 bla konkludert med at trafikktettheten for godstog måtte 4-5 dobles på Nordlandsbanen før konvensjonell elektrifisering med KL lønner seg, og at dette trolig ikke vil være praktisk gjennomførbart uten å etablere svært mange flere kryssningsspor. Det er i dette notatet (grunnet begrenset budsjett og kort tidsfrist) ikke vurdert hvilke implikasjoner eventuelle økninger i trafikktetthet vil ha. SINTEF har i dette notatet lagt vekt på utdypning av hvilket potensial og hvilke muligheter bruk av hydrogen som drivstoff på Nordlandsbanen gir, og fokusert på nye momenter i forhold til den over nevnte SINTEFrapporten. Dette omfatter ny kunnskap rundt kostnader, den oppmerksomhet som vi har sett de siste årene i Norge og internasjonalt, bla mht tilgjengelighet av rullende materiell siden rapporten ble levert (juli 2015). 3

6 3 Nordlandsbanen Nordlandsbanen er Norges lengste jernbanestrekning med en 731 km avstand fra Trondheim til Bodø. Banen er enkeltsporet og ikke elektrifisert, med krysningsspor dimensjonert for tog på 600 m. Den sørligste delen av Nordlandsbanen mellom Trondheim og Steinkjer er også kjent som Trønderbanen, og er tidligere blitt vurdert for elektrifisering ved kontaktledning, selv om midler enda ikke er blitt bevilget. Høydeprofilen for Nordlandsbanen er oppført i Figur 2. Banens høyeste punkt er på knappe 700 m, og representerer en utfordrende passering av Saltfjellet mellom 420 og 520 km. Stigningsgraden på begge sider av Saltfjellet er 19, som i kombinasjon med isete spor om vinteren er kjent for å skape problemer med lav friksjon for tunge godstog. Figur 2: Høyde over havet langs Nordlandsbanen fra Trondheim til Bodø. Nordlandsbanen kjennetegnes av et stort antall tunneler (161 ifølge Bane NOR). Antallet varierer mellom ulike kilder, da dette avhenger av hvordan man definerer en tunnel; flere av tunnelene som Bane NOR teller er f.eks. kortere enn en standard jernbanevogn. Det er viktig å bemerke at tre av disse tunnelene er klassifisert som særskilte brannobjekter, dvs. hvor brann kan medføre tap av mange liv. 3.1 Trafikk Godstrafikk representerer den økonomisk viktigste aktiviteten på Nordlandsbanen, med cirka 3000 turer i året mellom Trondheim og Bodø. Togene er gjerne dimensjonert til 600 m for å passe inn i krysningssporene. Passasjertransport foregår også langs hele banen, men er mindre viktig økonomisk. Spesielt strekningen Trondheim-Steinkjer (såkalt Trønderbanen) har hyppige avganger der man ser en betydelig mengde passasjertrafikk. 3.2 Framdriftsformer Alle tog på Nordlandsbanen benytter i dag diesel som drivstoff. Det er tidligere utredet av SINTEF at elektrifisering med kontaktledning ikke lønner seg på grunn av høye infrastrukturkostnader, mens batteri, hydrogen eller hybrider av disse kan være konkurransedyktige alternativer. Det er viktig å merke at SINTEFs studie hovedsakelig omfattet godstog, men lignende konklusjoner forventes også for passasjertog, selv om kostnadsanslagene vil være forskjellige. For Nordlandsbanen skiller spesielt hydrogen seg ut som en fordelaktig 0-utslippsløsning da batterier er mer kostbare ved innkjøp, og bruks- og lademønsteret som er nødvendig for togdrift forkorter deres levetid betraktelig. Videre er det begrenset hvor mange lokasjoner langs Nordlandsbanen man kan hurtiglade så store batterier, og ladelogistikken er forventet å redusere fleksibiliteten på banen.

7 Et hydrogentog av typen Coradia ilint har ifølge Alstom en rekkevidde på km 4. Med en hensiktsmessig hybridisering som er tilpasset topografien, anser SINTEF det som sannsynlig at Coradia i Lint vil ha kapasitet til å kjøre hele Nordlandsbanen. Hydrogen kan fylles på kort tid, sammenlignbar med tid for fylling av diesel i dagens tog. Dette vil kreve utbygging av noen (1-3) hydrogenstasjoner, men da volumet av nødvendig hydrogen er høyt blir investeringskostnader beskjedne (ref. kapittel 5.4). Videre vil hydrogen til tog kunne kombineres med anvendelser i privat- og lastebiler på strategiske lokasjoner i Nordland, hvilket vil gi betydelige synergier (besparelser i investering). Det er i dag ikke utviklet hydrogenlokomotiver til godstog. Mens persontog av typen ilint har en installert effekt på 400 kw, krever godstog mye større effekt (3-6 MW). Brenselcellesystemer i denne størrelsen er imidlertid allerede nå foreslått for demonstrasjon i maritime applikasjoner i EU-systemet. Alstom har bekreftet overfor SINTEF de er interessert i å utvikle hydrogendrevne godstog, men har ikke antydet noen tidsramme for dette. På Nordlandsbanen kan (hydrogen-)elektriske lokomotiver utføre alle oppgaver diesellokomotiver utfører i dag. Det er ofte påpekt at elektriske lokomotiver yter lavere starttrekkraft, men dette er kun en konsekvens av at elektriske lokomotiver gjerne er lettere enn diesel-versjonene. Bedre feste kan oppnås ved å legge til ekstra vekt på lokomotivet, eller velge et tyngre elektrisk lokomotivmodell i utgangspunktet. SINTEF har beregnet at elektrisk lokomotiv av typen CE 119 kan trekke et standard godstog på 1000 tonn og 600 m langs hele Nordlandsbanen, også opp Saltfjellet. 3.3 Demonstrasjonspotensialet Nordlandsbanen egner seg spesielt bra for å teste hydrogentogets egnethet i Norge, da den byr på de mest relevante utfordringene med hensyn på rekkevidde, klimatiske forhold og krav til pålitelighet. Hvis et hydrogentog fungerer på denne strekningen vil dette kunne overføres til de fleste togstrekningene i Norge. Avstanden mellom Trondheim og Bodø er akkurat innenfor den oppgitte maksimale rekkevidden til Alstoms passasjertog Coradia ilint ( km), i dag det eneste hydrogentogsettet på markedet. 4 Foredrag v/carl Bjørgan, Alstom Norge, Jernbaneforum, Værnes, 30.november 2018 (se vedlegg).

8 4 Hydrogen som drivstoff Hydrogen er en energibærer som kan produseres fra ulike energikilder. I Norge er det mest aktuelt å produsere hydrogen fra strøm ved vannelektrolyse eller ved reformering av naturgass. Sistnevnte vil føre til utslipp av klimagassen karbondioksid (CO 2) dersom denne ikke fanges og lagres. Dersom strømmen til elektrolyse kommer fra fornybar energi kan vi si at hydrogenet er fornybart. En overgang fra tog drevet av fossile energikilder til hydrogen som drivstoff kan minske miljø- og klimautslipp betydelig. På samme måte som miljøpåvirkningene fra elektriske tog avhenger av hvordan strømmen er produsert, vil miljøpåvirkningene fra bruk av hydrogen som drivstoff avhenge av hvordan hydrogenet blir produsert og distribuert. Prisen på hydrogen solgt fra en hydrogenstasjon ligger i dag på omtrent 75 kroner per kg eksklusive moms. NEL, som er en norsk (og nå blitt verdens største) produsent av elektrolyseteknologi, har uttalt at det ved sentralisert hydrogenproduksjon over et visst volum (8 tonn per dag) vil være sannsynlig å levere fornybart hydrogen til sluttbruker for en pris på 50 kroner per kg. Hydrogen har (i likhet med andre drivstoff) en høy energitetthet. Sikkerheten knyttet til håndtering av hydrogen som drivstoff ivaretas gjennom å etablere sikkerhetstiltak og rutiner i henhold til hydrogens egenskaper. 5 : Energiinnholdet per vektenhet (33,3kWh per kg) er omtrent 3 ganger høyere enn bensin og diesel. Eksplosjonsgrense i luft: 4-75 vol %, hvilket er betydelig bredere enn f.eks. naturgass (5-15 vol%). Detonasjonsgrense i luft: 18,3 59,0 vol % Diffusjonskoeffisient 0.61 cm 2 /s (H 2 er letteste av alle gasser, hvilket betyr at den stiger rett opp). Minimums antennelsesenergi 0.02 mj (sammenliknet med naturgass 0.29 mj). H 2-flammer er lyseblå og knapt synlige i dagslys. Per i dag finnes det ikke generelt regelverk for bruk av hydrogen som drivstoff hverken for maritime applikasjoner eller innen jernbane. Tysklands jernbanetilsyn (EBA) har gjennom sikkerhetsvurdering av hydrogen og hydrogenlagringsystemer for Coradia ilint godkjent toget for trafikk i tunneler inntil 5 km. Selv om slike sikkerhetsvurderinger ikke kan overføres direkte til Norge, er det verdt å nevne at den lengste tunnelen på Nordlandsbanen er Gjevingåsentunnelen 6 på 4,5 km. 5 Hydrogentog/hybridløsning Hydrogentog er i likhet med elektriske tog drevet av en elektromotor. Ved bruk av brenselceller omgjøres den kjemiske energien i hydrogenet om til elektrisitet og varme med vann som restprodukt. Høy renhet på hydrogenet er nødvendig for å unngå skade på brenselcellen i form av redusert ytelse eller kortere levetid. Hydrogen og brenselceller er en modulær teknologi og kan lett settes sammen av mindre systemer. Brenselceller og hydrogenlagrinssystemer som utvikles på andre områder som for biler, lastebiler og busser kan også benyttes på tog, noe som betyr at det er sannsynlig med kostnadsreduksjoner etter hvert som produksjonsvolumene øker. Et tog som driftes med hydrogen som drivstoff vil typisk være hybrid bestående av hydrogen- og batteriteknologi. Under normal kjøring vil lokomotivet kun yte sin fulle effekt i korte perioder, ved akselerasjon og ved høy stigning. Med en batteripakke, vil brenselcellene kunne dimensjoneres mindre enn ved full effekt ved å hybridisere systemet med et bufferbatteri som bistår brenselcellene ved høy effekt, og lades med energioverskudd fra brenselcellene ved normal drift når toget har lavere effektbehov. Dette vil redusere 5 Basert på ulike kilder, deriblant Datablad, H2moves kompilert av LBST ( og HydrogenTools. 6

9 investeringene og bidra til at brenselcellene vil ha lengere levetid enn ved mye varierende last. Batteriet vil også muliggjøre regenerativ bremsing og redusere energiforbruket. 5.1 Passasjertog Alstom sitt første kommersielle passasjertog basert på hydrogenteknologi, har plass til 300 passasjerer og en rekkevidde på inntil km 7. De to første Coradia ilint togsettene ble satt i ordinær drift mellom Cuxhaven og Buxtehude i Tyskland i september Brenselcellene og hydrogentankene er plassert på taket av togsettene for å spare plass mens yteevnen og akselerasjon til toget støttes av buffer Litium-ion batterier. Det nye toget fyller hydrogen ved en mobil hydrogenstasjon, mens en stasjonær fyllestasjon forventes å stå klar i 2021 sammen med ytterligere 14 tog som er planlagt å settes i drift. En systemoversikt over Alstoms Coradia ilint hydrogen-tog er vist i Figur 3. Figur 3. Skjematisk representasjon av Alstoms Coradia ilint hydrogentog som har plass til inntil 300 passasjerer og har en rekkevidde på 1000 km (kilde: Alstom). 5.2 Godstog I SINTEF-studien ble det elektrisk drevne lokomotivet CE 119, som allerede er i bruk på det norske jernbanenettet, benyttet som referanse (vist i Figur 4) kombinert med bruk av en egen godsvogn der hydrogenlager, brenselceller og bufferbatteri plasseres (vist skjematisk i Figur 5). Fordelene med denne løsningen, er at utviklingskostnadene trolig vil bli lavere enn om de nødvendige komponentene plasseres inn i lokomotivet. En slik løsning vil også gjøre det mulig å skalere opp tankvolum for en rekkevidde som passer de lange strekningene på Nordlandsbanen. Figur 4. Elektrisk CE 119 lokomotiv som allerede er i bruk på det norske jernbanenettet og som er tilgjengelig for både vekselstrøm (AC) og likestrøm (DC), (kilde: Wikipedia; Eivindtoreid) 7

10 Figur 5. Skjematisk representasjon av hybrid vogn med hydrogenlager, brenselceller og bufferbatteri, som sammen med et konvensjonelt elektrisk lokomotiv (her Bombardier, Traxx (AC+DC) kan operere uten utslipp på Nordlandsbanen. (Kilder: SINTEF og Bombardier) På strekningen mellom Trondheim og Bodø frekventerer 2 godstog per dag i hver retning med et ekstra tog i hver retning én dag i uken. Godstogene består av et lokomotiv og 28 fraktvogner. For en trekkraft på 5,4 MW (dvs. dersom man antar kun hydrogendrift uten bruk av batterier) vil det behøves omtrent 30 brenselcelleenheter á 200 kw (til sammen 6 MW), med en totalvekt på 22 tonn. Disse brenselcellene vil kunne plasseres i én standard godsvogn (som i dag benyttes på strekningen) med ledig kapasitet til overs for å kunne plassere hydrogentanker på drøye 30 tonn. SINTEF-studien konkluderer med at hydrogentoget vil behøve kun én ekstra vogn der både brenselceller og hydrogen plasseres. 5.3 Infrastruktur I SINTEF-studien ble det for strekningen fra Trondheim til Bodø estimert at et godstog vil stå for et hydrogenforbruk på omtrent 1 tonn, tilsvarende et behov for 17 MWh ved utnyttelse av regenerativ energi. For å produsere nødvendig mengde hydrogen ved vannelektrolyse, vil det være behov for en elektrolysør i størrelsesorden 2,5 MW. Et passasjertog vil kreve et betydelig mindre forbruk av hydrogen, anslagsvis i overkant av 150 kg hydrogen per dag 8. Dette anslaget hensyntar imidlertid ikke høydeprofilen på Nordlandsbanen og mer nøyaktige beregninger er nødvendig for å kunne gi mer nøyaktige anslag. Et passasjertogsett vil kunne lagre omtrent 100 kg hydrogen i hver vogn. Dersom man ønsker å drifte hydrogentog på stekningen mellom Trondheim og Bodø, er det sannsynlig at det er behov for en fyllestasjon både i Trondheim og i Bodø. I tillegg bør det undersøkes om det er hensiktsmessig med ytterligere fylling, for eksempel i Mo i Rana. Dersom man velger å få hydrogenet tilkjørt i stedet for å produsere den på stedet, vil gasselskaper sannsynligvis ikke kunne levere i de kvanta som er nødvendig for togtransport på Nordlandsbanen og uansett ikke til konkurransedyktige priser mot f.eks. diesel. Tilkjøring av hydrogen fra gasselskaper foregår vanligvis i mindre kvanta der en betydelig del av prisen er flasketransport til kunden. Gassreforming er den billigste måten å fremstille hydrogen på, men da Norge ikke besitter et distribusjonsnettverk for naturgass, vil hydrogen fra reforming være betydelig dyrere enn i andre land. I tillegg vil produksjon av dette hydrogenet føre til økte klimagassutslipp. I Norge er enten lokal elektrolyseproduksjon eller sentralisert større elektrolyseproduksjon mer aktuelt så lenge CO 2- fangst og lagring ikke er på plass for reformert hydrogen. Hydrogendrift på Nordlandsbanen vil føre til en tilstrekkelig mengde hydrogen til sannsynligvis å forsvare en investering i hydrogenproduksjonsanlegg. Det kan også vurderes om det er muligheter for flerbruk i andre transport eller industri- segmenter. I Glomfjord (i Meløy kommune) er det planer om å etablere en hydrogenfabrikk med produksjon på opptil seks tonn hydrogen per dag. Anlegget har god tilgang på strøm og infrastruktur og har erfaring og kompetanse fra hydrogenproduksjon. Med lav nettleie og infrastruktur (transformatorer, linjenett, brytere etc.) på plass, forventes det å kunne produsere hydrogen til en lav kostnad. 8

11 Det kan også nevenes at det om kort tid sannsynligvis vil være hydrogen tilgjengelig fra Varanger som følge av at det gjennom EU Haeolus-prosjektet 9 installeres en 2,5 MW demo elektrolysør med kapasitet til å produsere opp mot kg hydrogen per dag med overskuddskraft fra vindmølleparken på Raggovidda. Avhengig av transportkostnadene, kan det være hensiktsmessige å hente hydrogen til Bodø, i hvert fall i en tidligfase med etablering av en pilot. 5.4 Pilot Pilottesting av et hydrogendrevet passasjertog på Nordlandsbanen er ansett som en mulig løsning, i konkurranse med noen andre alternative strekninger, deriblant Raumabanen som nylig ble utredet 10. Salten Regionråd 11, et politisk samarbeidsorgan mellom 10 kommuner i Salten 12, har nylig gitt innspill om at Saltpendelen, på den nordlige delen av Nordlandsbanen på strekningen Bodø-Fauske-Rognan, vil egne seg godt som teststrekning for et pilotprosjekt for hydrogendrevet tog. Distansen på 85 km vil kunne betjenes av et hydrogen passasjertog fem tur/retur på en tank-fylling og vil ha noe større kapasitet enn det toget som betjener strekningen i dag. Avstanden Bodø-Mo i Rana er 230 km, noe som betyr at et hydrogendrevet tog vil kunne kjøre distansen 2 ganger tur/retur uten å måtte fylle tanken. Det er imidlertid viktig å merke seg at dersom man ser for seg at hydrogenet til en pilot leveres fra hydrogenproduksjon i Glomfjord, avhenger denne løsningen av andre avtakere av hydrogen i regionen da produksjonskvanta antas å være mye høyere enn forbruket ved piloten. Det kan nevnes at det jobbes med å etablere en hydrogenstasjon i Bodø. I tillegg er det nylig besluttet av ENOVA 13 å gi støtte til etablering av to hydrogenstasjoner i Trondheim i NEL har på generelt grunnlag uttalt at kostnaden for en stasjonær hydrogenstasjon med lavtrykk mellomlager (300 kg), høytrykkslager og dispenser typisk vil ligge på omtrent 20 millnok. Dersom det antas en hydrogenpris mellom 50 og 100 NOK per kg ferdig levert, vil den årlige drivstoffkostnaden for en pilot passasjertog på strekningen mellom Trondheim og Bodø være mellom 2,7 millnok og 5,5 millnok, mens drivstoffkostnaden for en pilot godstog vil være mellom 18 millnok og 36.5 millnok per år. Alstom har antydet at innkjøpspris for 14 stk. hydrogendrevne hybrid passasjertog av typen Coradia ilint vil ligge på omtrent 81 M, noe som tilsvarer omtrent 56 millnok per tog 14. Ved kjøp av et enkelt togsett, vil det antagelig kostnaden være noe høyere, kanskje så høy som 75 millnok per passasjertog. Innkjøpsprisen for en pilot på godstog vil etter grove anslag fra SINTEF være betydelig høyere, anslagsvis 100 millnok per godstog av Nasjonalt Vindenergisenter AS som en del av Interreg North Sea Region G-PaTRA (Green Passenger Transport in Rural Areas). De andre norske partnerne i prosjektet er Møre og Romsdal Fylke, Smøla Næring- og Kultursenter. 11 Hydrogendrevet tog på Saltenpendelen, brev til Samferdselsdepartementet. Bodø 26. nov Beiarn, Bodø, Fauske, Gildeskål, Hamarøy, Meløy, Rødøy, Saltdal, Steigen og Sørfold

12 6 Elektrifisering med konvensjonell Kontaktledning (KL) 6.1 Kostnader Den tradisjonelle måten å elektrifisere baner på er installasjon av et kontaktledning(kl)-anlegg for å overføre strøm til og fra 15 lokomotivene. KL-anlegg krever store investeringer i en infrastruktur som så brukes av alle tog på strekningen; det er derfor slik at de fleste baner med høy trafikktetthet er elektrifisert, mens baner med færre togavganger typisk benytter diesel. Da KL-anlegget er felles for hele banen, gir det ingen mening å betrakte dette kun for passasjertransport, da det med marginal merkostnad (primært vedlikehold) også vil kunne benyttes for godstransport når anlegget først er der. I den tidligere nevnte SINTEF-rapporten for Jernbaneverket ble det påvist at KL-anlegg for godstog er uforholdsmessig dyrt i forhold til alle andre analyserte driftsformer. Energibehovet til passasjertog er langt lavere, og SINTEF mener derfor at konklusjonen i SINTEF-studien for godstog holder også om man omfatter passasjertrafikken. Kostnaden for KL-anlegg er estimert til 15 millioner NOK per km. Dette tallet har SINTEF kommet fram til etter mange runder med diskusjoner med jernbaneeksperter i daværende Jernbaneverket i 2015 og Kostnaden gjenspeiles i estimatene for elektrifisering av Trønder- og Meråkerbanene (3 milliarder NOK for 200 km). Elektrifisering av Nordlandsbanen på konvensjonelt vis (med KL-anlegg) vil derfor koste i størrelsesorden 11 milliarder NOK. Kostnadene fordeler seg slik 16 : Selve kontaktledningen, mastene osv. representerer omtrent 30% av installasjonskostnadene. Omtrent 35% utgjøres av tilpasning av broer og tunneler der det ikke er plass til KL-anlegget. Nødvendige nettforsterkninger, samt nye signalsystemer og andre tilpasninger omtrent 30%. 6.2 Implikasjoner ifm konvensjonell elektrifisering De finansielle utfordringene omtalt i avsnittet over, er langt ifra de eneste: De aller fleste tunneler på Nordlandsbanen er ikke dimensjonert for KL-anlegg: de vil måtte utvides for å gjøre plass til det. Da banen er enkeltsporet, vil det være uforholdsmessig vanskelig å utføre arbeidene uten å stanse gjennomgangstrafikken, trolig i flere år gitt at det er 161 tunneler på strekningen. For passasjertrafikken er det mulig å sette opp buss-for-tog, men for den økonomisk viktigere godstransport vil dette bety full stans og tap av kunder/marked og viktige inntekter. Nordlandsbanen kjører gjennom mange isolerte områder med lite befolkning og derfor svakt kraftnett. En utbygging av kraftnettet for å levere tilstrekkelig effekt langs banen vil kunne være svært kostbar. Flere deler av Nordlandsbanen er klimatisk svært utfordrende, spesielt Saltfjellet, og man må regne med kraftig isdannelse på kablene, som krever spesielt utstyr for å fjernes, hvilket øker kostnader knyttet til drift og vedlikehold. Basert på kostnadsestimater og de implikasjoner som er nevnt over, er SINTEF av den oppfatning at KLanlegg hverken er økonomisk forsvarlig eller teknisk gjennomførbart for Nordlandsbanen uten store forstyrrelser for togtransporten over lange perioder. 15 KL benyttes også til tilbakemating til nettet når lokomotivene bremser. Regenerering kan for enkelte strekninger (så som Ofotbanen) være betydelige. Også på Nordlandsbanen vil en vesentlig mengde bremseenergi kunne gjenvinnes. 16 ifølge en rapport av britiske Network Rail

13 7 Potensielle kostnadsbesparelser ved full implementering av hydrogengodstog 7.1 Investeringer i og driftskostnader for rullende materiell og infrastruktur En omstilling fra diesel til hydrogen- eller elektrisk tog (med KL-anlegg) vil ha kostnader knyttet til investering i nytt rullende materiell og ny infrastruktur, energiforsyning, samt vedlikehold. Kostnadene per person- og/eller tonnkilometer er spesielt sensitive for trafikktetthet, lengde på strekning og topografi. Spesifikke geografiske forhold som antall tunneler og broer, er spesielt kostnadsdrivende for KL-anlegg. Som beskrevet i avsnitt 6, er investering i KL-anlegg for Nordlandsbanen estimert til 15 millnok per km. Vedlikehold av KL-anlegg er derimot minimalt, og estimert til 50 NOK per m i året. Ved overgang fra diesel til elektrisk drift (måtte det være KL-anlegg eller hydrogen) vil man oppleve betydelig lavere drifts- og vedlikeholdskostnader (OPEX) knyttet til lokomotiver. Dette skyldes både straffeskatt på dieseldrift (20,72 NOK per km) og lavere vedlikeholdsutgifter for elektrisk maskineri (45,12 NOK per km mot 25,78 NOK per km). Energikostnader blir kraftig redusert med elektrifisering: med diesel er det cirka 5150 NOK per MWh, med KL-anlegg 383 NOK per MWh, og med hydrogen 1052 NOK per MWh; merk at disse MWh er ment "på hjulet", altså etter at alle virkningsgrader i den tekniske prosessen er hensyntatt. 7.2 Kostnader for hydrogenteknologi Prisen for brenselceller (BC) (som omdanner hydrogen til elektrisk energi) avhenger sterkt av produksjonsvolumet. I dag sammenstilles BC i betydelig grad for hånd av høykvalifiserte arbeidere, og prisen ligger mellom 1000 per kw til 2000 per kw basert på SINTEFs erfaringer gjennom en rekke prosjekter på området. Mange undersøkelser viser at prisen kan være mye lavere ved storskalaproduksjon (1/2 million enheter per år), med estimater helt ned til 40 $ per kw av US Department of Energy for systemer for personbiler. Med krav til adskillig lengre levetid for anvendelser innen jernbane, har SINTEF lagt til grunn en pris på 300 per kw som utgangspunkt for å treffe beslutninger mht implementering i storskala. Det er imidlertid viktig å påpeke at for en pilot-testing av hydrogentog i Norge bør benytte 1500 per kw. Brenselceller har allerede demonstrert levetid på timer i busser i London. I denne evalueringen for toganvendelser har vi (konservativt) antatt en levetid på timer med dagens teknologi. Hydrogentanker ved omtrent 350 bars trykk er det beste alternativet til lagring av hydrogen på tog. Slike tanker er kommersielt tilgjengelig til en pris på 300 NOK per kwh, tilsvarende 10 millnok per tonn hydrogen. Vi antar at alt hydrogen fremstilles ved elektrolyse og har dermed nullutslipp. En elektrolysør koster omtrent 20 millnok for hvert tonn hydrogen per dag i kapasitet, mens tilhørende kostnad for dispenserenhet med kompressor er omtrent 7,6 millnok; begge enheter har en estimert levetid på 15 år. Hydrogenteknologi er i rivende utvikling, og forskning rettes hovedsakelig mot økt levetid og lavere kostnader. Innen 2030, estimerer SINTEF at brenselceller for bruk i tog vil koste under 100 $/kw og ha en levetid på minst timer; elektrolysører forventes innen 2030 å koste en tredjedel av dagens pris, med dobbel levetid. 7.3 Full implementering av hydrogen som drivstoff på Nordlandsbanen SINTEF publiserte i 2015 en rapport under tittelen alternative driftsformer for ikke-elektrifiserte baner på oppdrag av Jernbaneverket. Denne rapporten omfatter en analyse av hydrogentog på Nordlandsbanen, men har (etter oppdragsgivers ønske) fokus på godstog, som da også utgjør den største økonomiske aktiviteten. SINTEF har siden fokusert på Nordlandsbanen og godstog i samarbeid med universitetene i California og Michigan for å videreutvikle SINTEFs modellverktøy, sammenligne norske og amerikanske forhold og

14 analysere hvilke faktorer begunstiger forskjellige tekniske nullutslippsløsninger. Resultatene for Nordlandsbanen er vist i Tabell 1. Tabell 1: Utdrag av SINTEFs økonomiske resultater for elektrifisering av godstransport på Nordlandsbanen sammenliknet med videre dieseldrift. Tall for hydrogen er presentert for 2020 og 2030, mens KL og diesel anses for å være modne teknologier og dermed ikke er gjenstand for tilsvarende kostnadsreduksjoner. Teknologi Annuitet Nytte-Kostnad- Tilbakebetalingstid CAPEX OPEX millnok/år Forhold År millnok millnok/år Diesel 335 1,00 N/A KL-Anlegg 589 0,57 Aldri Hydrogen ,61 3, Hydrogen ,30 1, Tabell 1 viser at en fremtidig omlegging til hydrogen som drivstoff på Nordlandsbanen kommer langt bedre ut kostnadsmessig sammenliknet med KL-anlegg. Sammenliknet med videre dieseldrift, vil hydrogen gi et gunstig nytte-kostnadsforhold og vil tilbakebetales innen få år. En hydrogenløsning forventes å føre til en enda høyere samfunnsøkonomisk lønnsomhet etter hvert som teknologien blir rimeligere. Til sammenlikning vil et KL-anlegg ikke være samfunnsøkonomisk lønnsom og vil ikke kunne betale seg tilbake over anleggets levetid. En vesentlig fordel for hydrogenalternativet framfor KL-anlegg er at man kan starte å rulle ut bare ett hydrogentog i første omgang for å redusere risikoen og samle erfaringer, og så erstatte resten av flåten ettersom eldre dieseltog avskrives, avhendes eller selges. Hydrogenstasjoner er i stor grad modulære og kan også bygges ut gradvis og øke i kapasitet etter hvert. På den måten unngår man å binde opp kapital (lock-in effekt) som etablering av KL representerer i lys av den rivende utviklingen vi nå ser på alternative 0-utslippsløsninger.

15

16 Teknologi for et bedre samfunn