December 2010

Dynamische openbare verlichting speelt in op weer en verkeer

Met dynamische openbare verlichting zijn wegen zodanig energiezuinig te verlichten dat de veiligheid niet afneemt. Lichtcentrales sturen daarbij via communicatiemodules in de lichtmasten dimbare voorschakelapparaten aan. De beheerder stuurt deze lichtcentrales op afstand aan en kan ook de weersomstandigheden en verkeersintensiteit als regelfactor meenemen. Rijkswaterstaat bespaart energie en geld met dynamische openbare verlichting, maar merkt wel dat de elektronica gevoelig is en ‘schouwen’ daardoor nodig blijft.

Van het totale elektriciteitsverbruik in Nederland wordt 1,5 procent besteed aan de verlichting van straten en wegen. Hoewel dat verbruik met efficiëntere lampen tussen 1989 en 2000 al met 100 GWh is verminderd, mikt het ministerie van Infrastructuur en Milieu (voorheen Vrom) op verdere besparingen: 15 procent in 2011, 20 procent in 2013 en 30 procent in 2030. Dynamische openbare verlichting, ofwel het slim regelen van de lichtsterkten, is een belangrijke energiebesparingsoptie die niet ten koste gaat van de veiligheid.

Dynamisch

Dynamische openbare verlichting (dov) houdt in dat het lichtniveau wordt gedimd wanneer dat vanuit het oogpunt van verkeersveiligheid verantwoord is. Met de bij dov horende regeltechniek ontstaan nieuwe toepassingen, zoals het onmiddellijk inschakelen van de verlichting bij calamiteiten of het intensiveren van de verlichting bij slechte weersomstandigheden.

Het hele scala aan technieken voor dynamische openbare verlichting is gebaseerd op de conventionele straatverlichting. Daarbij hebben lampen in de lichtmasten een niet-dimbaar voorschakelapparaat dat met een toonfrequent (tf)-signaal op vaste tijden het commando ontvangt om de verlichting aan, dan wel uit, te schakelen. Het tf-signaal wordt door de energiebedrijven op de voedingskabel gezet en is een bekende en betrouwbare techniek.

Het signaal is niet locatiespecifiek, de verlichtingsbehoefte is dat echter vaak wel. Onder bomen of tussen hoge gebouwen is het daglichtniveau lager dan in het vrije veld, dus ontstaat daar op een ander moment behoefte aan kunstlicht. Een andere beperking van het tf-signaal is dat het geen rekening met het weer of de verkeersintensiteit houdt. Dynamische verlichting speelt daar wel op in en biedt de mogelijkheid om gerichter en op basis van meer variabelen te sturen.

Lichtcentrale

Henk Graafmans, accountmanager energietechniek bij Elspec, over de technieken die bij dynamisch verlichten om de hoek komen kijken: ‘De eerste stap is de lichtmast voorzien van een dimbaar voorschakelapparaat (vsa). Zo kan bijvoorbeeld ’s nachts de verlichting worden gedimd. Maar echt dynamisch wordt het pas met de mogelijkheden van een lichtcentrale.’ Hij legt uit: ‘In of bij het laagspanningsverdeel- station dat de lichtmasten voedt, kan een lichtcentrale worden geplaatst. Deze stuurt alle aangesloten lichtmasten aan. De lichtcentrale verwerkt naast het tf-signaal ook andere input, zoals van een verkeersregelinstallatie die de verkeersintensiteit aangeven, of gegevens van een weerstation. Zo ontstaat de mogelijkheid verlichting te sturen op basis van de verkeersintensiteit of omstandigheden, zoals regen.’ De lichtcentrale en vsa’s in de lichtmasten gebruiken vaak powerline-communicatie, dat vooral geschikt is wanneer lichtmasten op een gescheiden voedingsnet zijn aangesloten. ‘Powerline-communicatie is niet altijd mogelijk op een combikabelnet, dat eigendom is van het energiebedrijf. Zijn er veel andere afnemers op het lokale kabelnet aangesloten, dan kan de demping te sterk of te wisselend zijn om powerline-communicatie toe te passen. In die gevallen worden draadloze technieken toegepast.’

Langs de hoofdwegen die door Rijkswaterstaat dynamisch worden verlicht, zijn gemiddeld per dov- regelkast veertig lichtmasten aangesloten. De tussenafstand is 50 m en het totale verlichtingstraject telt 2 km. Elke mast bevat twee lampen van 250 W. In totaal is 20 kW op een dov-kast aangesloten. De lon-controllers daarin onderhouden met powerline-communicatie de verbinding met de dimunits in de lichtmasten.

Een cpu (benaming van Maiken Systems) of een segmentcontroller (benaming van Philips) in de dov-kast wordt aangestuurd en bediend vanuit de verkeerscentrale via het vic-net, het verkeers- en informatie communicatienetwerk van Rijkswaterstaat. De elektronica in de kasten is tevens via een laptop en een gprs-verbinding te benaderen voor beheer en onderhoud.

Astronomische klok

Rijkswaterstaat Oost-Nederland werkt al enkele jaren met dynamische verlichting. Vanwege de energiebesparing, maar ook om (natuurverstorende) lichthinder op bijvoorbeeld de Veluwe te verminderen. Projectleider dynamisch verkeersmanagement/ict Ad de Valk: ‘Met dynamische verlichting van spitsstroken halen we door astronomische klokken een besparing van vier ton per jaar. Spitsstroken moeten goed worden verlicht zodat de verkeerscentrale kan zien of de spitsstrook vrij van obstakels is en kan worden opengesteld voor het verkeer. Omdat de stroken alleen tijdens de spits worden opengesteld, hoeft de middenbermverlichting vanaf negen uur ‘s avonds tot vijf uur ‘s ochtends niet te branden. Uit veiligheids- overwegingen moet de verlichting bij op- en afritten en knooppunten wel de hele nacht branden. Om dat aan te sturen, gebruiken we een astronomische klokmodule met twee programmeerbare uitgangen. De eerste schakelt de middenbermverlichting en bespaart acht uur onnodig verlichten per nacht. De tweede uitgang schakelt de verlichting van de op- en afritten gedurende de gehele nacht.’

De Valk relativeert de hoeveelheid energiebesparing die met dimmen kan worden bereikt: ‘Uit metingen blijkt dat hier maar 33 procent energiebesparing te halen valt met 400 W son-T+-lampen. Het lichtniveau is dan naar 40 procent gedaald. Een gewenst lichtniveau van 20 procent blijkt in de praktijk niet haalbaar te zijn.’

Rijkswaterstaat betaalt een relatief lage prijs voor de verbruikte elektriciteit en dat beïnvloedt het economische plaatje, maakt De Valk duidelijk: ‘Met een tarief van 0,12 €/kWh en gemiddeld vier uur dimmen per nacht, verdienen we de investering voor de dimelek- tronica niet binnen de levensduur terug.’

Kinderziekten

Omdat Rijkswaterstaat Oost-Nederland vooroploopt bij de toepassing van dov zijn daar veel aanloopproblemen en kinderziekten opgetreden. Inmiddels zijn ze vergevorderd met het herstel van verschillende dov-trajecten en zijn ook de nodige lessen getrokken. De Valk: ‘Vroeger schreef de beheer- en onderhoudsafdeling voor dat de dim-unit en het voorschakelapparaat achter het mastluikje moesten zitten. In de praktijk bleken daar nadelen aan verbonden, zoals problemen met condensatie onderin de lichtmast en de overdracht van, tot 4 kV hoge, ontsteekspanningspulsen over een relatief lang lichtsnoer. We hebben geleerd dat het vanuit technisch oogpunt beter en efficiënter is alle elektronica integraal in de armatuur te plaatsen. Alleen de zekeringen en de voedingsaansluiting bevinden zich nu nog onderin de mast.’

Veel storingen worden veroorzaakt door blikseminslag: ‘De dimapparatuur in de dov-kast en lichtmasten bevatten veel gevoelige elektronica. En alle masten zijn via de voedingskabel met elkaar verbonden. Zelfs wanneer de bliksem niet direct op een mast inslaat, kunnen nog steeds tientallen modules defect raken.’ Ook de diversiteit aan dov-systemen (Luminext, Maiken Systems, Philips, Siemens en Sogexi) is niet altijd handig, aldus De Valk: ‘Elk systeem heeft zijn eigen software, met een eigen laptop voor beheer en onderhoud. Rijkswaterstaat werkt nu aan een landelijke standaard voor beheer en onderhoud, die door Logica wordt voorbereid. Voor de bediening vanuit een verkeerscentrale bestaat al wel een landelijke standaard, in de vorm van een koppeling tussen de centrale verlichtingsapplicatie in de verkeerscentrale en de dov-kast, een zogeheten lan-bridge.’

Tweerichtingsverkeer

Dynamische verlichting belooft ook de beheerder belangrijke voordelen. Zo communiceert een lichtcentrale in twee richtingen met de aangesloten lichtmasten, dat maakt het mogelijk storingen te herkennen en defecte lampen direct te signaleren. De beheerder hoeft dan niet langer op locatie te controleren, het beheer gebeurt op afstand.

Dat potentiële voordeel wordt door De Valk echter gerelativeerd: ‘Onze ervaring is dat het overzicht per lamp met een softwarematige, zogeheten beheer- en onderhoudsapplicatie niet veel toevoegt, het zegt alleen iets over de status van de lamp. Het zegt bijvoorbeeld niet of een lichtmast scheef staat of is beschadigd door bijvoorbeeld een grasmaaier. Bovendien, wanneer de beheerder op een kast inlogt en instructie geeft de status van de lampen na te lopen, dan duurt dat tot wel 20 min. per kast. Voorlopig blijft schouwen dus nodig.’

De mogelijkheid om verlichting door de verkeerscentrale op afstand in te schakelen is wel een noodzaak. ‘Bij calamiteiten belt de weginspecteur, de klpd of een hulpdienst naar de verkeerscentrale, die schakelt de verlichting op afstand in.’
Ledverlichting is erg populair en energiezuinig en het ligt voor de hand dit ook bij openbare verlichting toe te passen. Helaas kleven daar – op dit moment althans – nog de nodige bezwaren aan. Ledlicht is gericht licht, maar voor de veiligheid en de zichtbaarheid van verticale objecten, zoals verkeersborden, is ook strooilicht belangrijk. Verder is de intensiteit van ledlicht nog te klein en is bij het dimmen aandacht nodig voor de netkwaliteit.

Ledlampen zijn weliswaar veel efficiënter dan gloeilampen, maar vergeleken met son- of cfl-lampen voor straatverlichting is het verschil klein. Laborelec testte in 2009 een aantal ledarmaturen voor openbare verlichting: twee armaturen presteerden volgens de opgave van de fabrikant en vijf presteerden tot 48 procent slechter. Alles bij elkaar vindt de overheid het nog te vroeg led’s grootschalig voor openbare verlichtingstoepassingen te promoten.