Neue Antriebskonzepte im Öffentlichen Verkehr

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1 Neue Antriebskonzepte im Öffentlichen Verkehr grünes forum pillnitz 13. Oktober 2009 Matthias Klingner

2 Forschungsgebiete Intermodale Verkehrsinformations- und Managementsysteme Verkehr, Energie und Umwelt Fahrzeug- und Verkehrssystemtechnik

3 Gliederung 1. Elektromobilität - Vision und Wirklichkeit 2. Hybride Antriebskonzepte / Einsparpotentiale 3. FC Bahn- und Busprojekte 4. AutoTram - Projekte 5. Zusammenfassung

4 Elektromobilität Vision und Wirklichkeit Alte Ideen neu verpackt? elektrische Fahrantriebe - energieeffizient - lokal emissionsfrei - robust und zuverlässig - kostengünstig Lohner-Porsche 1900 Batteriespeicher für Traktionsenergie - geringe Energie- und Leistungsdichte im Vergleich zu Diesel - beschränkte Zyklenfestigkeit - kostenintensiv Trouvé, Elektrowagen 1881

5 Elektromobilität Vision und Wirklichkeit 5000 l Li Ionen Batterie 1000 l 50 l Diesel H bar entspricht Energieinhalt 485 kwh Ladeleistung (Tankvorgang 25 l/min) 15 MW konventionelle Verbrennungsmotoren derzeit nicht zu ersetzen hybride Antriebsstränge markieren Übergang Energiespeicher- und / oder brennstoffzellenbasierte Antriebe im ÖPNV sind entscheidende Migrationspfade der Elektromobilität

6 Hybride Antriebstechnik - Potentiale Leerlaufverluste 10% Kraftstoffenergie η VM 25 40% Bestpunktbetrieb Wärme Antriebsstrang Luftwiderstand Nebenaggregate Beschleunigung, Steigung Rollwiderstand Abgas Kühlsystem / Abstrahlung

7 Hybride Antriebstechnik Piloteinführung Hybrid-Busse in Dresden und Leipzig gefördert vom SMWA parallel verzweigter dieselelektrischer Hybridantrieb 600-Volt-Batterie Einsparungen hinsichtlich Kraftstoffverbrauch Schadstoffausstoß Lärmemissionen Testbetrieb auf wechselnden Strecken unter wissenschaftlicher Begleitung des IVI

8 Hybridantrieb parallel verzweigt Abtriebswelle Hohlrad Verbrennungsmotor Sonnenrad Planetenrad Generator/ Starter Elektromotor/ Generator

9 Hybride Antriebstechnik Verbrauchsmessungen im Linienbetrieb von Dresden und Leipzig mit SOLARIS-Hybrid-Gelenkbussen im Vergleich zu konventionellen Diesel-Gelenkbussen Untersuchung des Einflusses von Fahrstrecke Fahrplan Fahrweise Fahrgastaufkommen definierte Fahrzyklen SORT Vergleich gegenwärtiger und prognostizierter Kosten durschnittlicher Kraftstoffverbrauch [l/100km] Plauen Dölzschen Plauen Diesel Hybrid 35 Johannstadt 125 Johannstadt Pirnaischer Platz Pirnaischer Platz Distanz [m] x Höhenprofil [m]

10 Hybride Antriebstechnik Durchschnittsverbrauch [l/100km] ,7-2,5% 72,8-1,4% 73,6-8,2% 68,6 Einsparpotentiale schwerer, leichter Stadt- und Vorortverkehr standardized off road traffic (SORT) weiterer F&E - Bedarf 62 SORT Diesel Standard Diesel Topodyn Hybrid Dresden Hybrid Leipzig Durchschnittsverbrauch [l/100km] ,4-4,4% 59,6-8,7% 57,0-5,6% 58,9 Durchschnittsverbrauch [l/100km] ,0-5,2% 53,1-15,4% 47,4-7,1% 52,1 52 SORT 2 42 SORT 3 50 Diesel Standard Diesel Topodyn Hybrid Dresden Hybrid Leipzig 40 Diesel Standard Diesel Topodyn Hybrid Dresden Hybrid Leipzig

11 Kompensation des gesamten Kohlendioxidausstoßes Speicherfähigkeit von CO 2 nach Holzarten [t CO 2 /m³ Holz] - je nach Gehölz zwischen 0.85 (Fichte) und 1.3 (Buche) ca. 14 ha Wald kompensiert den mittleren CO 2 -Ausstoß eines Dieselbusses Annahme: Umtriebszeit von 100 Jahren

12 Umweltbilanz CO 2 Emissionen CO Quelle FELICITAS Projekt BSZ Wasserstoff reg. BSZ Wasserstoff hybrid [%] Externe Energieversorgung Ext. mit SR-Speicher Dieselmotor Serieller Dieselhybrid Paralleler Dieselhybrid Diesel-Mischhybrid BSZ Wasserstoff

13 FC Busses

14 FC Busse FC Busse - Alternative zu Trolleybussen - gleicher Umweltstandard - geringerer Infrastrukturaufwand - größere Ausweichflexibilität Lyon Marktentwicklung weltweit - Renaissance der Trolleybusse - derzeit 370 Systeme mit Fahrzeugen - Modernisierungs- und Erweiterungsbedarf - allein in Russland 90 Systeme mit Fahrzeugen

15 FC Busse FC Busse - Alternative zu LRT-Systemen - gleicher Umweltstandard - geringerer Infrastrukturaufwand - höhere Ausweichflexibilität Nachteil - geringere Transportkapazität Marktentwicklung in Europa bis LRT-Systeme in Bau und 41 in Planung Steigerung der Systemanzahl um 50 % Verdopplung der Streckennetzlänge Bedarf pro Linie 6 bis 8 Bahnen - schlafendes Potential in Osteuropa Grenoble Grenoble

16 AutoTram - Prototype für Intermediäre BusBahnen

17 Energiespeicher AutoTram - alternative Antriebssysteme Brennstoffzellencluster Ballard Power Systems 2xHY-80, 2x70 kw Schwungradspeicher (zerstört) EMAFER RoV-II, 325 kw / 4 kwh dieselelektrisches Aggregat BMW 740D 3,9l, 180 kw DockingStation externe Aufladung Li-Ionen / Supercap Dualspeicher 200 kw / 4 kwh

18 DockingPrinzip Fahrzeugseitiger Energiespeicher wegseitig punktuell installierte Schnellladeeinrichtungen Gefördert vom BMBF Einsatz in Bussen und Bahnen - hoch effizient - geringe Infrastrukturkosten - emissionsfrei ohne Oberleitung Übertragungszeit < 30 sec galvanische Übertragung > 300 kw Energie 2.5 kwh

19 AutoTram - flexibles, hochkapazitives Fahrzeugkonzept Regionaler Innovativer Wachstumskern Gefördert vom BMBF AutoTram -Karosseriesegmente - Gerippestruktur Stahl / Alu - Alu-Sandwich - moderne Fügetechnologien AutoTram -Gelenk- und Übergangssysteme - Synergien Mehrachslenkung / Gelenk

20 Brennstoffzellen BusBahn AutoTram - packaging zweigliedrige Wasserstoffbahn

21 Zusammenfassung Fahrzeugtechnologien des ÖPNV - Migrationspfade der Elektromobilität Energieeinsparung durch Hybridisierung bei Straßenfahrzeugen unter 25% und Schienenfahrzeugen bis zu 30% Übergang zu vollelektrischen Bussen über schnellladefähige serielle Hybridbusse Wachsende Marktpotentiale für hybride Brennstoffzellenbusse Zukunftsvision emissionsfreie intermediäre BusBahnen