1997-21_SwissMetro (hier klikken voor PDF artikel)
Swissmetro: Beam me down Scotty
De HSL als boemeltje
Dagelijks pendelen tussen pakweg een woonplaats in Zuid-Limburg en het werk in Den Haag? Geen zinnig mens die er over prakkizeert om elke dag zes uur in de trein of de auto te gaan zitten. Maar wat zou u doen, als het in eenvierde van die tijd zou kunnen? Dus: 45 minuten heen, 45 minuten terug, ondergronds: Beam me down Scotty!
Erwin van den Brink
De auteur is redacteur van De Ingenieur
Sommigen meenden dat de ijle berglucht de Zwitserse civiel-ingenieur Rodolphe Nieth naar het hoofd was gestegen toen hij in 1974 het concept Swissmetro bedacht. Nieth was slechts het treuzelige op-en-neer gependel met de trein meer dan zat. Een magnetisch door een bijna luchtledige buis voortgedreven ’trein’ die een snelheid kan halen van 500 kilometer per uur, twee keer zo snel als de HSL. Dat bestond niet. Nu, na ruim twintig jaar, is het concept echter grotendeels uit-ontwikkeld en ‘bouwrijp’.
Dezer dagen woedt in de boezem der Haagse bureaucratie een wat
zijdelingse discussie over ‘infrastructuur en nieuwe technologie’. Het gaat om de verdeling van de zogenoemde ICES-gelden. ICES staat voor Interdepartementale Commissie Economische Structuur die de regering adviseert over de toekomstige ruimtelijke inrichting van ons land. Infrastructuur is een belangrijk onderdeel van het beleidsterrein van deze commissie. Binnen de ICES is een werkgroep Kennisinfrastructuur (KIS) actief. Die ‘pleegt momenteel een verkenning naar additionele onderzoeksbehoefte’, zoals dat heet in Haagse nota-taal.
Het blijft nogal vaag om wat voor kennis het daarbij nu gaat. Wel is duidelijk dat het gaat om een ‘drieslag’: beproefde en betrouwbare technologie, nieuwe kennis die voor toepassing vatbaar kan worden gemaakt en ten derde kennis die nog helemaal moet worden ontwikkeld.
In welke categorie, rijp of niet rijp, de beleidsmakers de Swissmetro-technologie gaan onderbrengen is natuurlijk van belang voor de kans dat zo’n concept hier ooit wordt verwezenlijkt. Hetzelfde geldt voor het DTO-programma Buisleidingtransport voor Stedelijk Goederenvervoer, afgekort als BLT. DTO staat voor Interdepartementaal Onderzoekprogramma Duurzame Technologische Ontwikkeling.
BLT sluit nóg meer aan bij bestaande technologie dan Swissmetro, maar ook dit concept betekent een radicale breuk met het huidige systeem, in dit geval goederendistributie in de stad met vracht- en bestelauto’s.
TNO heeft als onderzoeksinstelling een vanzelfsprekend belang bij het verleggen van de grenzen van de kennis maar ook bij het verleggen van de grenzen van toepassing van reeds bestaande kennis. En dat laatste is waar het ook bij zeer snel ondergronds transport eigenlijk om gaat, zo zet professor ir. Francis-Luc Perret, hoogleraar aan de Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, uiteen. Perret heeft de leiding over Op uitnodiging van TNO Inro (het TNO-instituut voor transport en infrastructuur), dat onlangs zijn 25-jarige jubileum vierde, kwam Perret naar Nederland om tekst en uitleg te geven over Swissmetro.
In feite, stelt hij, is de kennis hiervoor op het niveau van de subtechnologie grotendeels beproefd. Als Swissmetro ook in Nederland gebouwd wordt, is het systeem alleen afwijkend wat betreft het boren in slappe grond. Maar ook dat is een beproefde techniek waar Japan al decennia ervaring in heeft.
Ook het (wrijvingsloos) vliegen met magnetische levitatie en voortbeweging door magnetische lineaire inductiemotoren is volgens Perret goed uitontwikkeld in bijvoorbeeld de Duitse Transrapid en de Japanse Maglev. Voor wat betreft de metro die de Zwitsers sinds medio jaren zeventig ontwikkelen komt daar luchtvaarttechniek bij: de Swissmetro krijgt net als het vliegtuig een drukcabine. Dat is omdat de tunnel waardoor hij vliegt (contactloze voortbeweging waarbij het voertuig twee centimeter boven de baan zweeft) bijna vacuüm wordt gezogen. Die ijle atmosfeer is nodig om Swissmetro met 500 kilometer per uur door de tunnel te kunnen laten vliegen.
Bij 500 kilometer ligt namelijk het kritische Mach-getal: dan beginnen lokale supersonische schokgolven op te treden tussen voertuig en tunnelwand.
Perret: ‘De technologie is in feite conventionele technologie. Wat we nog niet weten en wat nog niet is beproefd, is het aërodynamische gedrag op ware grootte, in het bijzonder daar waar de lucht moet wegstromen tussen de romp van de trein en de tunnelwand.’
Al met al valt de voor Swissmetro benodigde technologie met een beetje goede wil dus grotendeels binnen de eerste twee categorieën waarvan de werkgroep Kennisinfrastructuur gewag maakt: ‘bestaande’ en ‘nieuwe’ technologie. We hebben het hier in elk geval duidelijk niet over telekinese.
De onbekende factor is het beheersen (van tijd en kosten) van zo’n groot project. ‘Grote projecten mislukken vaak door inadequaat management en zelden of nooit door gebrek aan technische expertise’, zegt Perret die behalve civiel-ingenieur ook econoom is. Daarom heeft Swissmetro S.A. buitengewoon veel geïnvesteerd in kennis om het project ‘manageable’ te houden.
Niettemin heeft het ruim twintig jaar geduurd voordat het plan in Zwitserland politiek geaccepteerd was. Het kwam in een stroomversnelling toen de minister van Transport, A. Ogi, in 1991 een haalbaarheidsstudie gelastte waarvan de uitkomst positief was. Maar het zal naar verwachting nog zo’n vijftien jaar duren voordat het project daadwerkelijk is uitgevoerd. Pas enkele weken geleden kon het consortium Swissmetro S.A. na afronding van de studiefase een formeel verzoek indienen bij de federale overheid om een eerste traject aan te leggen van 60 kilometer tussen Lausanne en Genève.
Het betekent dat de Zwitsers nu al een enorme voorsprong hebben op Nederland in de ontwikkeling van een nieuw transportsysteem. Tot de gesprekspartners van Swissmetro S.A., waar full time 200 onderzoekers aan het werk zijn, behoren bedrijven als Swissair en Credit Suisse terwijl GEC-Alsthom zijn directielid dat verantwoordelijk is voor technologie, in het bestuur van Swissmetro heeft zitten. President-directeur is het voormalige parlementslid Sergio Salvioni.
De financiering is nog niet rond maar zal volgens Perret voor een aanzienlijk gedeelte particulier zijn. ‘We hebben het project doorgerekend op de veronderstelling dat de constructie en exploitatie geprivatiseerd zijn. Daarnaast hebben we de voordelen voor de gebruiker in termen van tijdwinst – dus minder fileschade – berekend. Vervolgens hebben we ook de inverdieneffecten van de grotere veiligheid – geen verkeersongelukken meer – meegerekend alsmede de inverdieneffecten van het vrijkomen van capaciteit op het conventionele spoor – meer vrachttreinen. In de meest conservatieve berekening is het rendement 3% maar naarmate je meer externe voordelen internaliseert stijgt het tot 17% maar neemt het aantal onzekere factoren toe en wordt de berekening minder nauwkeurig. Waarschijnlijk is de besparing op de totale maatschappelijke kosten – filevertraging, ongevallen – en op de vereiste milieumaatregelen en grondonteigening die nodig zijn voor bovengronds spoor, samen even groot als de investering in Swissmetro.’ Het project is becijferd op zo’n 34,5 miljard gulden voor 675 kilometer traject.
Swissmetro stoelt op de aanname dat verkeerscongestie in de noordwestelijke stedenband van Zwitserland niet kan worden opgelost met nog meer wegen en nog meer spoorwegen, ook niet als daar hogesnelheidstreinen op rijden. Een HSL is te log en te traag, de frequentie te laag om de mensen uit de auto te krijgen. De voertuigen van Swissmetro zullen licht zijn als een vliegtuig. De motoren zitten namelijk niet in het voertuig maar in de geleidingsconstructie. De voertuigen zullen ook accelereren en vertragen als een vliegtuig. Op het traject Amsterdam CS-Utrecht CS zou daarom moeiteloos de kruissnelheid van tegen de 400 kilometer per uur worden gehaald. Het idee is dat tussen twee intercity-stations in beide richtingen per uur vier voertuigen zullen vliegen. In beide richtingen zullen per uur 3600 stoelen beschikbaar zijn.
Korte reistijd en hoge verbindingsfrequentie maken samen dat ver van de Randstad gelegen steden in de perceptie van de forens dichterbij zouden komen te liggen. In reisbeleving zou Utrecht vanuit Haarlem nog slechts ’twee metrohaltes’ zijn: iets meer dan 10 minuten. In de visie van Perret wordt zo een veel betere spreiding van de bevolking mogelijk. Veel verkeerscongestie in en rond onze steden is immers toe te schrijven de behoefte van mensen om dicht bij hun werk te wonen.
Het probleem is natuurlijk dat Swissmetro, als het al in Nederland komt, er niet over vijf of tien jaar ligt. Bovendien vervangt het systeem alleen het intercityvervoer. Voor het vervoer van en naar de centrale stations waar Swissmetro onderdoor komt op zo’n 50 meter diepte, hebben we op veel kortere termijn een goed intra-stedelijk metrosysteem nodig, meent voorzitter Elco Brinkman van het Algemeen Verbond van Bouwbedrijven (AVBB).
‘Een metrosysteem zoals dat ook bestaat in de agglomeraties van Londen en Parijs. Onze metro heeft nooit de trekken van een systeem gekregen, noch in concept, noch in uitvoering. Wil je een alternatief zijn voor de auto, dan zul je moeten zorgen dat het openbaar vervoer ook werkelijk één systeem is. Niet zoals nu: Een stukje op de fiets, dan de tram, dan de trein, treintaxi. Ik overdrijf een beetje maar dat is toch het schrikbeeld van automobilisten dat ook ongeveer de werkelijkheid is in het westen van het land. Het hoeft niet allemaal onder de grond, dat is in Parijs en Londen ook niet het geval, maar ik moet wel van heel dicht bij mijn huis naar heel dicht bij mijn werk kunnen komen met dat ene systeem. Nu dreigt de lappendekken aan vervoersconcepten alleen maar groter te worden: naast bus, trein en tram ook sneltram, light rail, geleide bus. In zekere zin allemaal lijntjes die nergens beginnen en nergens eindigen waardoor je ook nooit massa krijgt.’
De tijd is er rijp voor volgens Brinkman want politiek Den Haag begint de groeiende mobiliteit als een gegeven te accepteren. Maar dat het allemaal zo langzaam gaat, heeft het bedrijfsleven ook aan zichzelf te danken.
Brinkman: ‘De industrie is veel minder vertegenwoordigd in het politieke circuit dan de gezondheidszorg en het onderwijs. Dat betekent dat in termen van politieke aandacht bijna van nature techniek en industrie veel minder op de agenda komen. De bedrijfssectoren hebben dat zelf een beetje uit hun vingers laten spelen. Je kunt die onderwijs- en gezondheidszorgmensen niet verwijten dat zij wel goed in de politiek zijn vertegenwoordigd. Op het moment dat een aantal ingenieurs aan de Haagse besluitvorming zou deelnemen, krijg je al een ander gespreksonderwerp.’
Inhakend op de tamelijk abstracte taal die de Interdepartementale Commissie voor de Economische Structuur bezigt, richt de ex-politicus Brinkman zich tot de technici in het bedrijfsleven: ‘Je krijgt in Nederland niet een echt groot project van de grond als daar niet eerst brede consensus over heerst. Dus je moet die visie uitdragen met plannen, plaatjes, berekeningen. Je moet het – letterlijk – laten zien, visualiseren met bewegende tekeningen en met berekeningen. Je moet zo het gevoel kweken dat het niet alleen moet maar ook echt kán.’
Wat dat betreft wordt Brinkman op zijn wenken bediend door het DTO-projectteam ‘Verplaatsen’ dat het concept voor Buisleidingtransport voor Stedelijke Goederenveroer ontwikkelde. Het team bestaat uit ingenieurs van DHV en de TU-Delft. Zij lieten op basis van hun plan het transportsysteem tot leven komen in een visuele computersimulatie die op videoband is gezet. Aanschouwelijker kan het niet: Vrachtauto’s leveren hun goederen af in een logistiek stadspark. Vandaar worden ze met Automatisch Geleide Voertuigen (AGV’s), waarschijnlijk elektrisch en rijdend op luchtbanden ondergronds verder vervoerd. Het net is een ringleiding met begin en eindpunt bij het Logistiek Stadspark. Onderweg zijn er ondergrondse goederenstations, Wijk Distributie Winkels genaamd. Het moet een open systeem worden waarvan supermarktketens, PTT-Post, koeriersbedrijven en expediteurs gebruik kunnen maken.
In elk geval opent het onder de grond brengen van het transport grote perspectieven, om niet te zeggen problemen: Wat gaan wij doen met al die ruimte die straks boven de grond vrijkomt?
(VOETNOOT KLEIN)
(Meer informatie: Swissmetro S.A., boîte postale 5278, CH 1211 Génève 11, Suisse. Email: ezsmge@iprolink.ch. Verder op het world wide web:
http://www.sentenextl.epfl.ch/swissmetro
http://www.ntb.ch
http://imhefwww.epfl.ch/lmf/animation/swissmetro/main.html (dit is een bewegende computersumulatie van het aërodynamische gedrag van de trein)
Kijk ook op: http://imhefwww.epfl.ch/lmf/visualization#metro, deze site bevat plaatjes van windtunnelsumilaties. Verder staat er een interessant technisch artikel uit het vakblad EPRI-Journal op: http://www.epri.com/EPRI_Journal/jan_feb97/24.html.)
KADER (KLEIN)
Mobiliteit heeft marktwaarde
Private (co-)financiering is het buzz-word als het gaat om het ondergronds boren van transporttunnels. Brinkman: ‘Ten opzichte van de goedgekeurde plannen komt de rijksoverheid over een reeks van tien tot twaalf jaar zo’n 40 tot 50 miljard gulden tekort voor de geplande infrastructuur, een tekort van 4 tot 5 miljard op jaarbasis op een investeringsbedrag van 7 miljard per jaar.’
‘Nu wordt grote infrastructuur vrijwel helemaal á fond perdu gefinancierd. Historisch is dat verklaarbaar maar met de huidige investeringslast is het niet vol te houden. Je zult dus moeten overwegen om infrastructuur marktconform te exploiteren.’
‘Als er revenuen uit terugkomen, dan ga je vanzelf zoeken naar mogelijkheden om die verhogen. Als je bijvoorbeeld een HSL aanlegt met een passagiersterminal in Rotterdam, is het dan niet handig om die halteplaats ook geschikt te maken voor goederenoverslag ’s nachts? Hoe dan ook: mobiliteit, maar ook woon- en leefomgeving zullen steeds meer een schaars goed worden met een marktwaarde. Wie zich wil verplaatsen zal daarvoor een marktconforme prijs dienen over te hebben.’
‘Je ziet ook dat de overlast boven de grond die het gevolg is van conventioneel ondergronds bouwen – open bouwputten die verkeershinder veroorzaken – steeds zwaarder gaat wegen in termen van geleden schade, gederfde inkomsten e.d. Dat maakt het boren onder de grond relatief goedkoper.’
(KADER KLEIN)
Swissmetro: 1/15 van
energieverbruik auto
Om de kosten van het aanleggen van tunnels voor Swissmetro te minimaliseren, is gekozen voor een zo klein mogelijke diameter. Hoge kruissnelheid betekent dan dat de tunnel onderdruk moet heersen: 92 % van de lucht is weggezogen wat overeenkomt met 8000 pascal.
Daardoor kan de trein minder hitte afstaan en moet de wrijvingswarmte zoveel mogelijk omlaag. Dus vervalt de toepassing van rollend materieel. Daarom koos Swissmetro voor een lineaire inductiemotor waarvan het zware gedeelte, de stator, onderdeel is van de infrastructuur. Het voertuig is dan ook licht. In doorsnede lijkt het op de romp van een verkeersvliegtuig.
Het uitgangspunt is om slechts een motor op enig moment onder een voertuig te hebben; als een voertuig 200 meter lang is, dan is er een motor om de 200 meter en dan nog alleen daar waar het voertuig moet accelereren of deccelereren.
Swissmetro bestudeert een alternatief waarbij de motor geheel aan boord van de trein is. Dat scheelt enorm in het aantal motoren dat nodig is, maar het probleem is om de motor aan bord te voeden met elektriciteit zonder dat er fysiek contact is, dus door middel van een elektromagnetisch inductieveld. Voor lage vermogens is dat niet zo’n probleem.
De bedrijfssnelheid ligt tussen de 350 en 400 kilometer per uur (tegen 250 km/u voor de HSL-trein) afhankelijk van het passagiersaanbod op enig tijdstip van de dag; de ritduur op een traject van gemiddeld 60 kilometer varieert daarmee van 5 tot 15 minuten. De versnelling en vertraging zijn 1,3m/s2.
Perret: ‘We hebben te maken met een gesloten systeem waarin zich geen stochastische verschijnselen kunnen voordoen. Het is een blokkensysteem waarbij een blok pas elektromagnetische voeding krijgt om een trein binnen te laten wanneer de voorgaande trein dat blok heeft verlaten.’
De energiecomsumptie van het systeem, inclusief die nodig is voor het handhaven van onderdruk, is becijferd op 35 wattuur per passagier per kilometer. Voor de conventionele trein is dit 56 wattuur per passagierskilometer, 108 voor de TGV en 465 voor de auto.
(KADER KLEIN)
Het Algemeen Verbond Bouwbedrijf (AVBB) houdt op 3 maart 1998 het Nationale Bouwcongres ‘Bouwen aan Nederland’, dat plaatsheeft in het congresgebouw te Den Haag. Er wordt daar onder meer gesproken over ondergronds bouwen. Er doen een aantal lidverenigingen van het AVBB aan mee die zich bezighouden met ondergronds bouwen, zoals Bolegbo en de CUR. Behalve minister-president Kok zullen er veel andere prominente politici aanwezig zijn.
Informatie: AVBB, telefoon 070 328 61 88, fax 070 324 49 00.
