Energieeffizientes Fahren, ein Gebiet mit großen technischen und betrieblichen Unterschieden in der Bahntechnik

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1 Energieeffizientes Fahren, ein Gebiet mit großen technischen und betrieblichen Unterschieden in der Bahntechnik TU - Berlin / FG Schienenfahrzeuge Salzufer / Sekr. SG 14, D Berlin markus.hecht@tu-berlin.de 1

2 Schienenverkehr ein System mit starker Vernetzung [weiterentwickelt aus Dubbel, 22. Auflage, Kapitel Q2] 2

3 Prioritätenliste Schienenverkehr (als Randbedingung und Ziel der Forschung) 1. Sicherheit 2. Pünktlichkeit 3. Wirtschaftlichkeit 3

4 Sicherheit ist betrieblich eine Untergruppe der Pünktlichkeit 4

5 Pünktlichkeit Als Qualitätskriterium des spurgeführten Verkehrs (Kundensicht) 5

6 Pünktlichkeit und Wirtschaftlichkeit gleichgerichtet oder Widerspruch? 6

7 Pünktlichkeit und Wirtschaftlichkeit sind fast immer gleichgerichtet Ausnahme Extremfälle 7

8 Grundregel Wirtschaftlichkeit: schnell und zuverlässig sein schnell und zuverlässig Begründung für schnell: Einnahmen sind entfernungsabhängig, Kosten zeitabhängig Für zuverlässig: Wenig Reserven (Infrastruktur, Fahrzeuge, Personal) nötig, dadurch hohe Produktivität 8

9 Randbedingung für Energieeinsparung Langsam fahren kann kein Ziel sein 9

10 CO 2 -Emission EU 27 seit 1990 Transport (all sectors) Energy Industries Industry Household Services, etc. Other Total Quelle: EU energy and transport in figures, Statistical Pocket Book

11 EU27 CO 2 allgemein CO 2 im Verkehr Quelle: EU energy and transport in figures, Statistical Pocket Book

12 CO 2 im Güterverkehr EU 27 Institut für Land- und Seeverkehr LKW (Flotte) 96 LKW 78 Binnenschiff 35 Schiene Deutschland 22 Schiene Norwegen 12

13 CO 2 Emission Personenverkehr in g / Pkm Auto (1, 2 Personen) D Dieseltriebwagen Nahverkehr (Besetzung 30-90%) D ICE (Besetzung 60%) D 40 Doppelstockwagen (Besetzung 40%) D 60 IC (Besetzung 70%) CH 4 13

14 Energieverbrauch im Fahrzeug - Antrieb: große Leistung, aber nur kurzzeitig Volllast, oft Teillast oder Leerlauf - Nebenverbraucher: kleine Leistung (typisch < 5% Antriebsleistung), aber oft lange Einschaltdauern - Beispiel Straßenbahn: Heizung unter 0 C verbraucht typisch mehr Energie/Tag als Antrieb, Nebenverbrauch (insbes. Heizung und Klimaanlage) typisch 25% des Fahrverbrauchs. Lösung: noch mehr bedarfsgerechte Ansteuerung und Isolation, z.b. Doppelverglasung 14

15 Fahrwiderstände Streckenwiderstände Beitrag zur Verbrauchsminderung Steigung bautechnisch: an Fahrsituation anpassen: Gefälle in Beschleunigungsabschnitt, Steigung in Bremsabschnitt fahrzeugtechnisch: geringe Masse, nur Nutzbremsung Bogen bautechnisch: vermeiden, schmieren fahrzeugtechnisch: radialeinstellende Fahrwerke 15

16 Fahrwiderstände II Fahrzeugwiderstände W = A + B V + C V² A Einflußgröße gering außer gummigefedertes Rad B unbedeutend C im Schnellverkehr und Güterverkehr Tunnelstrecken vermeiden aerodynamisch optimieren 16

17 LEILA DG Josef Meyer Bogie + Cideon + Prose 17

18 Energieeinsparung durch Fahrwerktechnik starrachsig radialeinstellend 18

19 Energieverbrauchsminderung durch Radialeinstellung Hecht, M.; Keudel, J.: Verbesserte Energieeffizienz durch radialeinstellendes Fahrwerk Eisenbahningenieur, 05/2006, S

20 Innovation Umgrenzungsprofil Institut für Land- und Seeverkehr Problem: Hochtarifäre Güter werden immer leichter. Güterwagen sind vor allem auf Umgrenzungsprofil G1 ausgelegt. Chance: GC Streckenanteil wächst wegen Doppelstockpersonenwagen GC Güterwagen werden attraktiver Quelle rechts: DB Schenker Automotive 20

21 Velocity Institut für Land- und Seeverkehr Energieeffizienz und Signaltechnik 1 Shortest Time Possible Energy Efficient Driving Low friction Distance Grundzusammenhang kürzeste Fahrzeit Energieeinsparung 21

22 Energieeffizienz und Signaltechnik 2 Reale Messfahrt und Simulation Beispiel Dieselregionalverkehr: hier 9% Einsparung bei 20 s längerer Fahrzeit 22

23 Energieeffizienz und Signaltechnik 3 Forderung: Ausrollenlassen können auch im Güterverkehr auf Altstrecken Vorteil von ETCS 23

24 Hybridlok (Stadler) SBB Ee922 Auslegungsdaten: 15 kv 16,7 Hz+ 25 kv 50 Hz, P 1500 kw, Vmax 120 km/h, Achsabstand 6 m, m bis 45 t, Anfahrzugkraft 150 kn, Hilfsdiesel 350kW, neu: 2 t Tilgermasse, zugelassen in CH seit Juli 2009, Foto Stadler 24

25 Hybridlok ersetzt Am 843 Anzahl: 73 Hersteller: Vossloh Baujahr(e): Achsformel: Spurweite: Länge über Puffer: Höhe: Breite: Drehzapfenabstand: Drehgestellachsstand: Kleinster bef. Halbmesser: Dienstmasse: Höchstgeschwindigkeit: Installierte Leistung: Anfahrzugkraft: Treibraddurchmesser: Motorentyp: Nenndrehzahl: Leistungsübertragung: Tankinhalt: B'B' 1435 mm 15'200 mm 4220 mm 3080 mm 7700 mm 2400 mm 60 mm 80 t 100 km/h 1500 kw 249 kn 1000 mm Caterpillar 3512B DI-TA- SCAC 1800 U/min hydraulisch 3500 l Foto David Gubler

26 Straßenbahn und Bremsenergie 26

27 Zukunftsaussicht Integraler Taktfahrplan In Knoten fahren allen Züge gleichzeitig ein und aus: Bedarfs- und Rückspeisespitzen werden steigen 27

28 Energieeinsparung durch 50 Hz Elektrifikation Vorteil gegenüber 16,7 Hz: Geringere Kosten: - keine 110 KV-Leitung nötig, - einfachere Unterwerke - freier Strommarkt Randbedingung ist gegeben: Fahrzeuge sind heute weitestgehend kompatibel 28