Licentiatavhandling Institutionen för Geovetenskaper Göteborgs Universitet

Transkript

1 Energianvändning inom Vägdrift med Potentialer för Ökad Effektivisering Energy Use within Road Maintenance Operations with Potentials for Increased Efficiency Licentiatavhandling Institutionen för Geovetenskaper Göteborgs Universitet

2

3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. Introduktion Driften Hjälpmedelsverktyg för driften Metoder och Data Modellstruktur Energianvändningsberäkningar Energianvändningens nollnivå Enkäten Workshop Effektiviseringspotentialer inom VVIS Resultat Modellstruktur Energianvändningens nollnivå Potentialer Effektiviserings potentialer inom VVIS Diskussion om potentialer Slutsatser Framtid Referenser S i d a

4 4 S i d a

5 1. INTRODUKTION Driften av vägarna är till viss del viktigare än själva vägen i sig. Utan underhåll och drift kommer vägarna så småningom att förfalla och bli riskabla att använda. Varje år läggs därför omkring 4000 miljoner SEK på att drifta det svenska vägnätet (TRV, 2010). Det är mycket pengar och mycket energi som går åt för att upprätthålla den höga säkerhetsstandard som gäller för dessa vägar. Nya vägsträckningar planeras varje år som ska bli säkrare och spara mer energi för väganvändarna. Trafikverket har även antagit högt uppsatta miljömål för att svara upp mot de regerings- och EU-krav som ställts för växthusgasemissioner och energianvänding. Det innebär en minskning av energianvändningen med 20 % samt en minskning av växthusgasutsläpp med 20% innan år 2020 (TRV, 2007). Energieffektivisering är ett sätt att ta sig an dessa mål. Men vad är energieffektivisering? Oikonomou et al beskrev energieffektivisering som ett förhållande av den energi som används mot den maximala mängd energi som det går att få ut. Detta beskrevs av Herring (2006) som att få ut så mycket som möjligt av den energi som används. Energibesparingar är enligt Oikonomou et al. (2009) den minskning av energianvänding som fås vid energieffektivisering. Driften av vägarna är till viss del viktigare än själva vägen i sig. Utan underhåll och drift kommer vägarna så småningom att förfalla och bli riskabla att använda. Varje år läggs därför omkring 4000 miljoner SEK på att drifta det svenska vägnätet (TRV, 2010). Det är mycket pengar och mycket energi som går åt för att upprätthålla den höga säkerhetsstandard som gäller för dessa vägar. Nya vägsträckningar planeras varje år som ska bli säkrare och spara mer energi för väganvändarna. Trafikverket har även antagit högt uppsatta miljömål för att svara upp mot de regerings- och EU-krav som ställts för växthusgasemissioner och energianvänding. Det innebär en minskning av energianvändningen med 20 % samt en minskning av växthusgasutsläpp med 20% innan år 2020 (TRV, 2007). Energieffektivisering är ett sätt att ta sig an dessa mål. Men vad är energieffektivisering? Oikonomou et al beskrev energieffektivisering som ett förhållande av den energi som används mot den maximala mängd energi som det går att få ut. Detta beskrevs av Herring (2006) som att få ut så mycket som möjligt av den energi som används. Energibesparingar är enligt Oikonomou et al. (2009) den minskning av energianvänding som fås vid energieffektivisering. För att kunna få en uppfattning om huruvida eventuella förändringsåtgärder leder till energibesparingar behövs en ursprungsnivå för energianvändningen att jämföra mot. Det har dock visat sig vara svårt att få en enhetlig bild av hur och var energin går åt inom driften av vägarna. Mycket av den problematiken ligger i att många fordon används för flera olika arbetsområden samtidigt. Inrapportering av energi och bränsleförbrukning sker i viss mån men inte alltid på ett enhetligt sätt. Det övergripande syftet med licentiatavhandlingen har varit att skapa en modell som använder tillgänglig data för att beräkna och kartlägga energianvändingen inom driften av vägarna. Detta är något som efterfrågats av både entreprenörer och Trafikverket. Modellen är också tänkt att kunna användas för att värdera hur eventuella investeringar eller förändingar inom driften kan komma att påverka energianvändningen. Vissa avgränsningar har gjorts för att kunna hålla forskningsarbetet på en rimlig detaljnivå. Mycket av arbetet inom driften har att göra med transporter av olika slag och eftersom fokus ligger på vad som händer inom driftområdet valdes en avgränsning som medför att transporter av fordon och material till och från driftområdet räknas bort. Även energianvänding kopplat till armaturer, lokaler samt vanligt trafikarbete har uteslutits ur studien. Den modell som tas fram matas med resultat från en enkätstudie för att få ut den ursprungsnivå eller nollnivå som utgör utgångsläge för energianvändningen inom driften. Resultaten 5 S i d a

6 diskuteras via en workshop för att hitta var störst potentialer till besparingar ligger. Vidare utvärderas osäkerheter inom VägVäderInformationsSystem (VVIS) i förhållande till energianvändingen eftersom vinterdriften är den största delen av driften. 2. DRIFTEN Driften av det svenska statliga vägnätet sköts via upphandling, vart sjätte år. Det är viktigt för en entreprenör att vinna nya kontrakt och samtidigt behålla förfogandet av sina befintliga områden. Genom att arbeta mer energieffektivt ökar konkurrenskraften på det sätt att entreprenören kan ge ett bättre bud än sina konkurrenter. Dock måste ett antal regler och riktlinjer följas för när och hur arbetet ska ske. Reglerna varierar beroende på vägklass där klass 1 har högst pioritet eftersom flest bilar använder dessa vägar och klass 5 lägst. Klass 1 är en typisk motorväg med mer än fordonspasseringar varje dag, medan endast högst 500 fordon passerar en klass 5 väg varje dag. Inspektionsrundorna är en typisk aktivitet som följer denna variation, där klass 1 vägar måste inspekteras tre gånger i veckan medan klass 5 endast behöver inspekteras var fjortonde dag. Andra driftsåtgärder är till exempel dikning och dikesrensning, dammbindning, grusning, brorengöring, slåtter, röjning, sopning, rengöring av skyltar osv. Dessa åtgärder är mer tidsberoende och utförs ofta endast en gång per år. Städning av rastplatser är beroende av trafikanternas resvanor och utförs mer frekvent under sommaren när fler människor använder vägarna. Det fria rummet är luften ovanför vägen från en meter på vardera sidan och fem meter upp i luften. Det utrymmet måste alltid vara fritt från objekt så som hängande grenar eller krashade bilar. Vinterdriften är den dyraste delen inom driften. Plogningen, saltningen och sandningen står för omkring hälften av de årliga driftkostnaderna (TRV, 2010). På vägar med vägklass 1-3 utförs kemisk halkbekämpning, oftast med saltlösning. Vid en halkbekämpningsåtgärd sprids saltlösning från tunga saltbilar på vägar, avfarter, busshållplatser, parkeringar, rastplatser och viadukter. Att sprida saltlösning istället för fast salt har visat sig spara saltanvändingen med 10% ( Ljungberg, 2001). Saltningen utförs preventivt, dvs innan vägen fryser på. Det är en metod som används för att det krävs mindre energi och därmed mindre mängd salt att hindra is från att bildas än att smälta redan befintlig is (Ljungberg, 2001, O Keefe and Shi, 2006). Trots detta sprids omkring ton salt årligen på de svenska vägarna. Alla dessa åtgärder kräver mycket energi eftersom tunga fordon används för att utföra åtgärderna HJÄLPMEDELSVERKTYG FÖR DRIFTEN Funktions och standardbeskrivning avseende grundpaket för driften tillsammans med ATB Vinter 2003 (VV, 2002) inkluderar kriterier för när vissa åtgärder ska utföras, t ex. hur djupt snön får ligga innan plogning måste påbörjas. Det är komplicerat att börja ändra på sådana regler men effekterna av vad som skulle kunna ske vid en eventuell förändring går att uppskatta. Öberg et al (1985) gjorde en sådan undersökning där saltningsåtgärder byttes ut mot osaltade vägar med sporadisk sandning vid behov. Fokus i den studien låg i att minska på saltanvändingen oberoende av energin. Öberg och Möller (2009) diskuterade potentialerna för att ändra vägstandarden och vad detta skulle kunna göra för väglaget. Studien syftade till att ändra vägstandarden på en väg som inte saltas till en vägstandard som saltas. Fördelningen av väglaget under ett år beräknades samt kostnader för driften. En höjning av vägstandard skulle öka driftkostnaderna enligt Öberg och Möller. Detta beror troligtvis på att en standardhöjning ökar både kraven och regelbundenheten för driftsåtgärderna. I avsnittet om potentialer för energieffektivitet diskuteras det därför vidare om vad som skulle hända med 6 S i d a

7 energianvändningen om sanden istället skulle bytas ut till saltlösning utan att en standardhöjning görs. Nivån för driftsåtgärderna skulle då fortfarande vara de samma. För att veta när de preventiva vinterdriftsåtgärderna skall påbörjas observerar driftspersonalen data från de omkring 700 vägväderstationer (figur 1) som ingår i VVIS. Dessa stationer mäter luft och vägytans temperaturer, luftfuktigheten, nederbörd och vindar, oftast på platser som anses vara särskilt halkutsatta, för att tidigt kunna få indikation på riskabelt väglag. Områden som fryser på snabbast, så som skugglägen, på broar eller på vägar nära vatten är typiska exempel på platser som kan vara särskilt halkutsatta där stationer ofta placeras. Det webbaserade systemet ger aktuell data om väglaget på vägen vid respektive station vilket snabbt gör det möjligt för driftpersonalen att få en överblick om väderläget i driftområdet. Systemet har förutbestämda gränser och beräkningar för frostvarningar och halkrisker som kan visas i kartvyn. VVIS är därmed ett mycket viktigt stödverktyg för personalen och noggrannheten hos systemet är viktigt för att kunna fatta rätt beslut. Sedan implementeringen i slutet av 1970-talet har flera studier och mycket utveckling gjorts på systemet, vilket också har resulterat i skillnader mellan position, intrumentering och installation mellan olika stationer. Gustavsson och Bogren (2002) visade att några vägytetemperaturgivare låg djupare ner i vägkonstruntionen än andra, medan några hade olika typ och färg på täckningsmaterialet. Dessa skillnader kan ha inverkan på de termiska reaktionerna hos de givare som används. Andra studier har påvisat att daggpunkten, som beräknas från luftens temperatur och fuktighet vid 10 cm respektive 250 cm höjd över vägytan skiljde sig så mycket som 2 C (Almkvist et al, 2005, Baad and Brodersen, 2010; Karlsson, 1999). Dessa osäkerheter kan bidra till göra systemet ineffektivt. FIGUR 1, TYPISK VVIS STATION 7 S i d a

8 3. METODER OCH DATA Metoderna som används i denna avhandling beskrivs i kommande avsnitt, med början vid den generella modellen och energiberäkningarna. Detta följs av en nollnivåstudie av energianvändningen inom driften, där data inhämtas via en enkät som skickas till driftsområdeschefer. Slutligen görs en litteraturstudie och undersökningar av VVIS data görs med fokus på potentialer för ökad energieffektivitet MODELLSTRUKTUR Som tidigare diskuterats var syftet med avhandlingen att analysera energieffektivitet inom vägdriften, genom att utveckla en energimodell som använder tillgänglig information så som antalet timmar som ett särskilt fordon används för en särskild driftåtgärd. Modellen är tänkt att användas dels som en beräkningshjälp vid fastställande av en nollnivå för energianvändningen, men även som ett evalueringsverktyg för att uppskatta möjliga effekter av eventuella förändringar inom teknik eller arbetssätt. Bränsleförbrukningen av fordonen beror dels på motorkapaciteten, bränslekvaliteten, förarens skicklighet, fordonets vikt och lastens vikt. Eftersom sådan parametrar varierar inom olika driftsområden var det inte hållbart att sätta ett optimalt bränsleförbrukningsvärde i modellen. Istället användes ett intervall mellan det minsta och det största förbrukningsvärdet för respektive fordonstyp. Hammarström och Yahya (2000) uppskattade bränsleförbrukningsvärden för tunga lastbilar medan Flodström et al. (2004) gjorde en inventering av bränsleförbrukning och utsläppsfaktorer från andra fordon och arbetsmaskiner som används inom driften av vägarna. Dessa värden användes i modellen för att beräkna den totala energianvändingen inom vägdriften. Bränsleförbrukningen som är framtagen av Hammarström och Yahya angavs i liter/km och behövde räknas om till liter/timme. För att kunna göra det antogs att lastbilarna kör i 40 km/timme i medeltal vid driftsåtgärder ENERGIANVÄNDNINGSBERÄKNINGAR Bränsleförbrukningen och slutligen också energianvändningen av de olika åtgärderna kan också beräknas genom att använda olika metoder och uppskattningar. De bränsleförbrukningsvärden som använts från tidigare studier omformulerades till energianvändning genom att uppskatta att 1 liter diesel var lika med 10 kwh energi. Dessa beräkningar jämfördes med energiberäkningar gjorda av Stripple (2001). Beräkningar kan också göras med hjälp av metoder och data från NTM (NTM, 2010) tillsammans med uppskattningar från Stripple (2001). Stripple gjorde en LivsCykelAnalys (LCA) av vägdriften i Sverige, där han beräknade energianvändningen av ett 13 meter brett och 1 km långt vägobjekt. Eftersom spridningsvidden på saltspridarna är upp till 8 meter måste varje saltbil passera varje vägsegment två gånger för att vara säker på att hela vägen blivit behandlad (se figur 2 för bild på saltspridningsdisk). NTMs värden för en medelstor lastbil med bränsle av typen EURO III, med en laddningsfaktor på 50%, dvs full på vägen ut och tom på vägen in, användes för att beräkna bränsleanvändningen. Beräkningarna resulterade i en bränsleförbrukning på 2.23 liter per 10 km, och en energianvändning per driftsåtgärd på MJ för ett driftområde som var km. Stripple antog att salt skulle spridas ca 40 ggr under en vinter, vilket motsvarar 17.1 MJ/km. När detta applicerades till ett driftsområde blev energianvändningen för en saltningsåtgärd MJ. Det antogs alltså att dessa båda sätt att beräkna var likvärdiga. 8 S i d a

9 Vidare har Väg och TrafikforskningsInstitutet (VTI) gjort en omfattande vinterdriftsmodell vilken inkluderar en delmodell med bränsleförbrukning (Wallman et al., 2006). Den modellen skulle kunna beräkna bränsleförbrukningen i enheter av liter/mil för bilar, lastbil utan släp och lastbil med släp. Genom att räkna om detta till liter/timme erhölls värdena l/km 2.3 liter/timme för bil, liter/km och 3.9 liter/timme för lastbil utan släp och 0.29 liter/km och 11.6 liter/timme för lastbil med släp. Dessa värden var beräknade för bara och torra väglag vilket gör att värdena kan komma att avvika beroende på väderlek. FIGUR 2, SPRIDNINGSDISK MONTERAD BAK PÅ EN LASTBIL Värdena som beräknats för lastbil med släp stämde överens med de värden som gavs av Hammarström och Yahya (2000) dock skilde sig värdena för lastbil utan släp. De värden som Hammarström och Yahya tagit fram använde dock viktade medelvärden för bränsleförbrukningen för lastbilar utan släp. Intervallet mellan minsta och högsta värdena var av storleksordningen en decimal från till 1.75 l/km. Dessa värden kom från 1513 enkätsvar framtagna av Statiska Centralbyrån för bränsleförbrukningen hos tunga fordon över 3.5 ton. Undersökningen gjordes 1997 vilket gör att fordonsflottan kan ha uppdaterats och därmed blivit mer bränsleeffektiv sedan dess ENERGIANVÄNDNINGENS NOLLNIVÅ För att kunna reflektera över energieffektivitet krävdes en nollnivå av energianvändningen, dvs. den nivå av energianvändning innan några effektivitetsåtgärder utförts. Denna nivå konstaterades genom att samla in information om hur många timmar som varje underhållsfordon används för respektive driftsåtgärd. Denna data användes sedan som indata till modellen för att beräkna energianvändningen, liksom för att få en förståelse för hur energianvändningen var fördelad mellan olika åtgärder och var största potentialerna för besparingar kunde tänkas ligga ENKÄTEN Även om information om bränsleanvändningen inom driften kan finnas tillgängligt, är det ofta inte specificierat för vilken åtgärd det har använts. Entreprenörer använder underentreprenörer inom många olika områden inom driften, därför kan bränslet ibland användas inte bara för trumbyte utan också för att laga potthål. För att sammanställa en nollnivå för energianvändningen konstruerades en enkät som skickades till SKANSKAs olika driftsområden. Eftersom syftet var att hitta ett sätt att rapportera energi på byggde enkäten på de fordonstyper som används inom driften samt det antal timmar respektive fordon används för de olika driftsåtgärderna. 9 S i d a

10 WORKSHOP Resultaten från enkäten diskuterades vid en workshop med experter inom vägdriftsområdet. Dessa experter representerade ett antal olika entreprenörer med olika arbetsnivåer från driftspersonal till regionschefer. Där fanns också forskare från två institutioner vid Göteborgs Universitet samt representanter från Trafikverket. Deltagarna delades in tre grupper med 5-6 personer i varje. Även potentialer för energieffektivitet skulle diskuteras och de 5 åtgärder som ansågs ha störst potentialer väljas ut. Målsättningen var att hitta 2-3 driftsåtgärder som alla tre diskussionsgrupperna ansåg ha höga besparingspotentialer EFFEKTIVISERINGSPOTENTIALER INOM VVIS VVIS används ofta som ett hjälpverktyg inom driften. Det behövs för att utvärdera väglaget. I Sverige används det inte som ett beslutssystem utan snarare som stöd och hjälp för att besluta om åtgärder. Som tidigare beskrivits finns ett antal osäkerheter inom instrumentering och positionering av VVIS som kan orsaka felvärden som i slutändan kan leda till onödig användning av energi. De frostvarningar som genererats av systemet användes i studien för att undersöka detta eftersom dessa varningar är vanligast förekommande. Först gjordes en utförlig litteraturstudie om osäkerheter och möjliga instrumenterings och mätningsfel kopplat till VVIS och dess givare. Temperaturgivarna som används vid de svenska VVIS stationerna har en noggrannhet på ± 0.3 C, medan fuktighetsgivarna har en noggrannhet på mindre än ± 3% RH. För att undersöka den effekt olika osäkerheter förknippade med stations och givarpositionering kan ha på antalet varningar användes data från 166 vägväderstationer i sydvästra Sverige under tre vintrar, 07/08, 08/09 och 09/10. Av dessa 166 stationer hade 42 stycken en extra temperaturgivare. Stationer som är utrustade med en sådan extra givare står ofta i ett särksilt utsatt läge, vanligen på en bro eller i ett annat körfält. Innan studien påbörjades fanns indikationer om att ovanligt många frostvarsel generades från en sådan VVIS station som hade en extra givare installerad, därför gjordes ytterligare undersökningar kring detta. Frostvarningar är en användbar indikator på när och var halkrisker kan uppstå. Eftersom driftspersonal som ansvarar för beslut om åtgärder ofta använder information från systemet kan falska varningar leda till onödiga saltningsåtgärder och därmed även onödig energianvändning. Systemet kan dock även missa att varna om en givare visar fel eller om temperaturgränserna i varningarna är för lågt satta. Detta kan leda till riskabla situationer. En annan aspekt att ta hänsyn till är frågan om hur länge saltet ligger kvar och verkar på vägytan. Gustavsson och Blomqvist (2004) hittade en relation mellan kvarliggande salt och trafik liksom med nederbörd. De konstaterade att salt kan ligga kvar i flera dagar. Deras studie utfördes dock under torrt till fuktigt väglag. Vintrarna i Sydvästra Sverige är ofta blöta vilket skulle kunna resultera i att saltet till stor del sprayas av vägarna pga trafiken. Det finns således inget uppenbart tidsintervall för hur länge salt kan ligga kvar och verka innan det nått en farligt låg nivå. En vanlig gräns är dock 6 timmar vilket användes i studien om VVIS-stationerna. Data som saknades för mer än 2 timmar exkluderades från studien. Det gjorde att 143 stationer under , 152 stationer under och 166 stationer under användes. En driftsåtgärd definierades som när en frostvarning följts av minst två andra varningar och inte föreskridits av någon annan varning under de senaste 6 timmarna. 10 S i d a

11 4. RESULTAT Följande avsnitt behandlar de övergripande resultaten i avhandlingen. Först behandlas den generella modellstrukturen som matas med data från driftsområdena och slutligen behandlas potentialerna för effektivitet MODELLSTRUKTUR Den generella modellstrukturen visas i figur 1. Eftersom bränsleförbrukningen ges i liter/timme kunde antalet timmar användas som indata till modellen. Det är en viktig aspekt, för även om information om bränsleförbrukning är svårt att få tag i så sker tidsrapportering regelbundent vilken kan användas i beräkningarna. Användandet av timmar öppnar även för möjligheten att modifiera modellen till att passa ett specifikt driftområde beroende på de olika typer av driftsåtgärder som utförs, de fordon som används samt deras respektive bränsleförbrukningar. Varje driftsområde kan anpassa modellen för sina respektive behov och metoder. Tiden kommer att beräknas mot bränsleförbrukningen (i liter/timme) för att få den totala bränsleanvändningen per driftsåtgärd liksom för hela driftområdet. FIGUR 3 DEN GENERELLA MODELLSTRUKTUREN, DÄR VARJE DRIFTSÅTGÄRD KAN ÄNDRAS BEROENDE PÅ DE BEHOV SOM PASSAR OMRÅDET SOM SKA UNDERSÖKAS. För att kunna analysera energianvändningen inom driften i Sverige matades modellen med informationen från enkäten i nollnivåstudien ENERGIANVÄNDNINGENS NOLLNIVÅ Sju av tio driftområden svarade på enkäten om antalet timmar deras respektive fordon användes för olika driftsaktiviteter. De åtgärder som förknippas med vinter, alltså inte bara saltning, plogning och sandning utan även snöslunga, isskrapning, salt och sandlastning, använde över 50% av de totala beräknade bränsleförbrukningarna. Dock var plogning den 11 S i d a

12 åtgärd som ensam använde mest energi med upp till 30% av den totala energianvändningen. Dessa tal beror på om maximum eller minimumvärden används till beräkningarna. Plogningen kommer dock ändå att använda 20% av all energianvändning även om beräkningen skulle vara så gjord att plogningen skulle använda minimum medan alla andra åtgärder skulle använda maximumvärdet. Tabell I, visar fördelningen av timmar per driftsåtgärd liksom mellan olika driftsområden. Värdena i minimumkolumnen representerar det driftsområde som använder minst timmar för den specifika åtgärden och tvärtom för maximumkolumnen. Medel är beräknat för alla sju områden. Intervallet av minimum och maximum bränsleförbrukning baseras på värden från Hammarström och Yahya (2000). TABELL I, FÖRDELNINGEN AV ANTALET TIMMAR FÖR RESPEKTIVE DRIFTSÅTGÄRD SOM ETT MAX, ETT MIN OCH ETT MEDEL MELLAN DE SJU OMRÅDEN SOM SVARAT PÅ ENKÄTEN. Driftsåtgärd Min (timmar) Max (timmar) Medel (timmar) Bränsleförbrukning (liter) min max Plogning Saltning Sandning Slåtter Material transport Dikning och dikesrensning besiktningsrundor TMA Broar, rengöring Snöstör Snöborttagning/Snöslunga sopning Rengöring av vägutrustning Grönområde Sprick och hållagning Sand/salt lastning Grusning, skrapning Isskrapning Dammbindning, bevattning Sop och containtertransport Fria rummet Vallavskärning /snödikning Försegling Diverse service Sand upptag Summa bränsleförbrukning POTENTIALER Potentialer för effektivitet diskuterades vid workshopen där de olika diskussionsgrupperna rankade de driftsaktiviteter som ansågs ha högst potentialer för besparingar. Alla tre grupperna ansåg att snöplogning var den åtgärd som hade högst potential för effektivisering. Sandning, saltning och slåtter rankades också i topp fem av alla tre grupper. Detta indikerade att vinterdriften inte bara var mest energikrävande utan också ansågs ha högst potentialer för besparingar. Det var därmed intressant att undersöka dessa åtgärder lite mer ingående. 12 S i d a

13 EFFEKTIVISERINGS POTENTIALER INOM VVIS Liksom det beskrivs i metodavsnittet studerades frostvarningar eftersom de var de mest förekommande. Antalet frostvarningar i undersökningsområdet varierade från 10 varningar för en station och upp till 2931 för en annan station i samma region, medan medlet låg på 608 varningar. Av de analyserade frostvarningar från åren triggades 41% med en daggpunktsövermättnad (dvs. skillnaden mellan daggpunkt och luftens temperatur) på 1 C eller mindre. Om gränsen för frostvarningar skulle ändras från 0.5 C till 0.6 C skulle det bli en minskning på 10.3 % i antalet frostvarningar. Skulle värdet i det nuvarande systemet visa 0.1 C fel skulle det innebära omkring 10 onödiga driftsåtgärder per vinter. Om detta appliseras till den tidigare beskrivna nollnivåstudien för ett driftsområde med 200 km saltade vägar kan det antas att en saltrunda är ungefär 70 km och den tar ca 3 timmar att köra. En saltningsåtgärd i det tänkta området skulle ta 9 arbetstimmar. Tio onödiga varningar skulle alltså leda till 90 timmar som är ungefär 3% av de 2800 timmar som det specifika området lägger på saltåtgärder. Vidare skulle det ge 0.6% av det totala antalet timmar som driftsområdet använder under ett år. 90 timmar gånger l/timmen bränsleförbrukning skulle ge en energianvändning på kwh. Varningarna från de stationer som hade en extra temperaturgivare jämfördes med de antal varningar som samma station skulle ha fått om endast standardgivaren använts. Som kan ses i figur 2 fanns både positiva och negativa skillnader mellan de båda givarna och vid några stationer var skillnaderna så stora som 3651 extra varningar. Data från de båda givarna jämfördes och skillnader i temperaturer för den extra givaren varierade från 15 C mer till 5 C mindre än standardgivaren. De stationer som har båda dessa givare är programerade att använda den temperatur som är lägst för att beräkna halkrisker, medan det är samma fuktighet som används i båda fallen. Detta resulterar i en högre frekvens av frostvarningar. FIGUR 4, SKILLNADERNA I BERÄKNADE FROSTVARNINGAR MED EN EXTRA GIVARE JÄMFÖRT MED EN STANDARDGIVARE. 13 S i d a

14 5. DISKUSSION OM POTENTIALER Studien har visat att det finns potentialer för ökad energieffektivitet inom vägdriften. Nedan diskuteras olika sätt som skulle kunna ge ökad effektivitet. I sektionen om hjälpmedelsverktyg nämndes att det kunde finnas potentialer för besparing om sand byttes mot salt för de halkbekämpningsåtgärder som idag sker på vägar med klass 4 och 5. Idag sandas dessa vägar, dock inte lika frekvent som vägklasserna 1-3. Genom att studera de loggböcker som driftpersonalen fyllt i från ett driftområde kunde slutsatser dras att även om sandningen utfördes mer sällan så var mängden sand omkring 10 gånger mer än saltmängden vid saltning. En intressant tanke här är att fundera på vad som skulle hända om standardklassen fortfarande skulle vara samma men att sanden byttes mot saltlösning. Det skulle i praktiken innebära samma antal åtgärder på ett år som innan men de få gånger då dessa vägar vanligtvis skulle ha sandats så saltas de istället. En snabb beräkning gjordes för en dag i februari när vägarna med klass 4 i området sandades. Omkring 50 ton sand spreds ut på de 100 km långa vägnät som skulle sandas. Under samma dag saltades en sträcka av 90 km klass 1-3 väg med 5 ton saltlösning. De lastbilar som används vid halkbekämpning har en maxlast på ton, saltspridningen kunde därmed göras med en lastbilsrunda. Sandningen skulle behöva minst tre rundor eller använda tre olika fordon för att kunna sprida den mängd sand som behövdes på den sträckan. Det finns alltså potentialer för besparingar om en sådan förändring skulle göras. Det finns ytterligare potentialer för energibesparingar med en sådan förändring eftersom behovet för dikning och sopning skulle minska med mindre mängd sand på vägarna. Denna diskussion öppnar dock för en något förbjuden ståndpunkt med frågan om det kanske kan vara så att fler saltade vägar i slutändan skulle vara bättre för miljön. Ända sedan 1980 talet har det funnits projekt och undersökningar om hur saltet ska minskas. Som tidigare beskrivits har saltanvändningen minskat efter att fast salt bytts ut mot saltlösning, men det är fortfarande ett hett ämne. Beroende på var fokus ligger, energi eller salt, så kanske metoderna och resultaten kommer att variera. Analysen av stationer med en extra temperaturgivare kan utvecklas ytterligare. Om driftspersonalen skulle ha baserat sina beslut om åtgärder på data från dessa stationer med over 3000 extra varningar skulle det ha inneburit 157 extra saltningsrundor. Appliceras det på samma driftsområde som tidigare skulle det ge 1410 arbetstimmar som är lika med 50% av den årliga saltningstimmarna och 9.6% av den totala energianvändningen i området. Detta är dock enbart hypotetiskt eftersom driftspersonalen ofta arbetar i flera år i samma område och därmed får en särskild känsla för hur väglaget beter sig i just det området. Om något verkar konstigt tar de hänsyn till detta innan beslut om åtgärd tas. Det är dock ett intressant resultat som tydligt visar att det sker konstiga saker vid dessa stationer, oavsett om det beror på den extra givaren eller standardgivaren. Vidare studier om dessa skillnader behövs för att veta om detta är sanna värden eller möjligen falska varningar. VVIS i Sverige ger endast punktvis information vilket i sig skapar osäkerheter vid tolkning av vad som händer mellan stationerna därför pågår mycket forskning och utveckling kring att skapa modeller för att interpolera informationen från många olika vägväder stationer samt från andra källor t.ex. markanvändning, vägkonstruktion, sky-view faktor, topografi och meteorologiska data. Sådana system kallas ofta för MDSS (Maintenance Decision Support System) och används frekvent i USA (Pisano et al., 2006). Modellerna ger ofta vägspecifika prognoser om väglaget samt rekommendationer för driftsåtgärder. Andra utvecklare använder GIS-baserade (Geografiskt Informations System) vägytetemperaturmodeller för att förutspå temperaturutvecklingen längs vägen (Chapman and Thornes, 2006). En annan potentiell besparing är att bygga in permanenta saltspridare i vägbanan som automatiskt sprider salt i halkutsatta områden. Sådana saltspridare används bland annat på 14 S i d a

15 broar i USA med goda resultat (Khattak och Pesti, 2003). Sådan teknik skulle kunna göra saltningsrundor med saltbil onödiga under särskilda väderförhållanden. 6. SLUTSATSER Det är möjligt att använda tillgänglig tidsinformation om de fordon som används inom driften för att i den utvecklade modellen beräkna energianvändningen inom ett driftsområde. Modellen kan modifieras för att passa speciella behov hos användaren och den aktuella bränsleförbrukningen hos de fordon som används. Det gör att modellen även kan användas för att värdera potentiella besparingar som kan göras genom implementering av nya tekniker och metoder. En generell nollnivå för energianvändningen inom driften av vägarna fås genom information från driftschefer. Vinterdriften, i synnerhet plogningen använder mest energi. Omkring 50% av energin inom driften används för vinterrelaterade åtgärder. Slutsatsen från diskussionerna vid workshopen är att vinterdriften med plogning, saltning och sandning också har störst potentialer för besparingar. De olika hjälpmedelsverktygen såsom VVIS kan hjälpa till för att göra driften mer effektiv. De kan dock få motsatt verkan om systemet inte går att lita på. Det finns osäkerheter inom VVIS systemet som beror på givarnas positionering och noggrannhet. Ett litet mätfel på 0.1 C kan ge stora fel i beräkningarna och omkring 10% falska varningar under en vinter. I ett driftområde med ca 200 km saltade vägar ger det en potentiell besparing på kwh. Det finns också potentialer för effektivisering om reglementet kring vinterdriften skulle ändras. De diskuterade förändringarna skulle dock kunna väcka andra miljömässiga frågor eftersom förslaget bidrar till ökad saltanvändning. Detta öppnar dock för ytterligare diskussioner kring sättet att tänka inom drift och underhåll av vägarna. Vad är mer viktigt, att spara energi eller spara salt? Vilket alternativ ger den bästa helhetslösningen? 7. FRAMTID Projektet Energieffektivitet inom vägdriften kommer att fortsätta genom att undersöka olika sätt att effektivisera vägdriften. Nästa steg är att undersöka potentialer genom att använda ruttoptimeringssystem. 15 S i d a

16 8. REFERENSER Almkvist E, Gustavsson T, Bogren J An attempt do define the Road Climate Room. Meteorological Applications12: Baad H, Brodersen S Relevance of measuring the humidity immediately above the road. Standing International Road Weather Commission. Conference Proceeding Chapman L, Thornes JE A geomatics-based road surface temperature prediction model. Science of the Total Environment. 360: Flodström, E., Sjödin, Å., Gustavsson, T., Uppdatering av utsläpp till luft från arbetsfordon och arbetsredskap för Sveriges internationella Rapportering. Report series SMED and SMED&SLU, 2, the Swedish Meteorological and Hydrological institute, Norrköping. Gustafsson M, Blomqvist G Modeling exposure of roadside environment to airborne salt: case study. Transportation Research Circular. 6: Gustavsson T, Bogren J Measurement of road climatological variables. Standing International Road Weather Commission. Conference Proceeding Hammarström, U., Yahya, M-R., Estimation of representative fuel factors for heavy lorries Questionnaire survey. VTI rapport 445, Linköping. Available in Swedish with English abstract. Herring, H., Energy efficiency a critical view. Energy, 31, Karlsson M Temperaturedifferences in the air layer close to the road surface. (Published in Ph.D thesis,a42, ISSN , available from: Department of Earth Sciences, Box 460, Göteborg, Sweden.) Khattak, A., Pesti G., Bridge Prioritization for Installation of Automatic Anti-icing Systems in Nebraska, Proceedings of the 2003 Mid-Continent Transportation Research Symposium, Ames, Iowa, August Ljungberg, M., Expert system for optimal winter road maintenance. Swedish national road and transport research institute VTI. Linköping. Available in Swedish with English summary. NTM-Calc Version NTM, [accessed ] O Keefe, K., Shi, X., Anti-icing and prewetting: Improved methods for winter highway maintenance in North America. Proceedings of TRB 2006 Annual meeting, pp 12. Oikonomou, V., Becchis, F., Steg, L., Russolillo, D., Energy saving and energy efficiency concepts for policy making. Energy Policy, 37, Pisano PA, Huft DL, Stern AD Deployment of maintenance decision support systems for winter operations. Transportation Research Circular E-C098: Maintenance Management 2006, Proceedings from teh 11th AASHTO-TRB Maintenance Management Conference,Charleston, South Carolina. Stripple, H., Life Cycle Assessment of Road, a pilot study for inventory analysis, second revised edition. IVL Report, Swedish Environmental Research Institute, Gothenburg. TRV, Pocket Facts 2010 The Swedish Transport Administration, railways, roads, traffic and transports. Publication: 2010:059. TRV, Underlag till infrastrukturplaneringen , vägtransportsektorn. Publikation 2007:80. Available in Swedish only. 16 S i d a

17 Wallman, C-G., Möller, S., Blomqvist G., Gustafsson M., Niska, A., Öberg, G., Berglund, C-M., Karlsson, B O., The winter model, Stage 2. Final Report. VTI rapport 531, pp 100. Available in Swedish. VV, 2002, ATB Vinter 2003, Allmän Teknisk Beskrivnign, VV Publ 2002:148. Öberg, G., Möller, S., 2009, Hur påverkas trafiksäkerheten om restriktioner av dubbdäcksanvändning införs? Kan en förbättrad vinterväghållning medföra att trafiksäkerhetsnivån bibehålls? VTI rapport 648, pp 44. Öberg, G., Arnberg, P., Carlsson, G., Helmers, G., Jutengren, K., Land, P-G., Försök med osaltade vägar. Huvudrapport. VTI rapport S i d a