10. Internationale Salzburger Verkehrstage - STÄDTE in BEWEGUNG 8. bis 10. Oktober 2012 Synergieeffekte zwischen Straßenbahn und elektrischem Stadtbus Quelle: C.Wagner Dipl.-Ing. Eberhard Nickel Geschäftsbereichsleiter Technische Dienste Leipziger Verkehrsbetriebe (LVB) GmbH
EU-Projekt Trolley: Auszug aus der Aufgabenstellung Leipzig WP 3: Erstellung eines Kompendiums zur Errichtung neuer elektrischer Bussysteme oder zur Umrüstung auf elektrische Bussysteme bei vorhandenem Stadt- oder Straßenbahnnetz WP 4: Machbarkeitsstudie für den Umbau am Beispiel der Stadtbuslinie 70 auf elektrischen Betrieb 2
Vorgehensweise 2. Profil der Linie(n) - Geschwindigkeiten - Steigungen / Gefälle - Haltestellenabstände - Haltezeiten - Häufigkeit Anfahren - Fahrgastnachfrage - Takt - Kapazität 1. Anforderungen Politik / Öffentlichkeit - Abgas- / Lärmreduktion - Zuverlässiges Angebot - Innovatives Image - Städtebauliche Verträglichkeit - Kosten(-deckung) Vergleich / Auswahl Technologie 4. Anforderungen aus Betrieb - Energiebedarf - Traktion - Nebenverbraucher - Status des E-Speichers - Nach-/Zwischenladebedarf - Funktionalität / Sicherheit - Wartungsbedarf / Know-how 5. Auswirkungen - Investitionsbedarf (Anlagen, Fahrzeuge) - Wartungsaufwand - Genehmigungsrechtliche Aspekte - Personalmaßnahmen 3. Vorhandene Infrastruktur - existierende Bahn oder Obus - ehemalige Bahn oder Obus - Kabeltrassen - Unterwerke / -standorte - Nutzungsrechte - ggf. Zusammenarbeit mit EVU 3
Funktion der Komponenten im Gesamtsystem Fahrzeuge Mechanischer Teil Elektrischer Teil / Modulare Komponenten Ersatzteile Gesamtsystem Abgestimmte Komponenten Fahrzeugkomponenten Antrieb Energiespeicher Energiemanagement Nebenverbraucher (elektrisch) Infrastruktur Energiebereitstellung Fahrleitung / Stromzuführung Ladestationen Unterwerke Verkabelung / Schaltung 4
EU-Projekt Trolley: Linienumstellung - Grundsatzüberlegungen Grundproblem: Energiespeicher die den Energieinhalt für einen Tag, vergleichbar zur einer Tankfüllung, aufnehmen können gibt es praktisch nicht. Alle Elektrobusse brauchen nach dem Stand der Technik eine an ihrem Fahrweg gelegene Infrastruktur zur Auffrischung des Energievorrates. Eine dafür nutzbare öffentliche Infrastruktur, wie z.b. die der Tankstellen für Diesel gibt es nicht. Diese Infrastruktur belastet die Kosten für die Einrichtung eines rein elektrisch betriebenen Systems erheblich. Kann man vorhandene Infrastruktur einer elektrischen Bahn mit nutzen? 5
EU-Projekt Trolley: Wie kommt die Energie ins Fahrzeug? 1. Lineare Energiezuführung: Oberleitung oder unterirdische Systeme Oberleitung erprobt, sicher, anforderungsgerecht aber zunehmend schlechter akzeptiert. Unterirdische Systeme (wie Primove oder APS) sind für die Anwendung im öffentlichen Straßenraum bei Fahrzeugen ohne strenge Spurführung nicht erprobt Die lineare Energiezuführung sichert die kontinuierliche Energiezuführung für Antriebsenergie und Komfortenergie, sie lässt den Energieaustausch zwischen Fahrzeugen über das Netz zu, sie benötigt Energiespeicher nur für die Abweichung vom Fahrweg. 6
EU-Projekt Trolley: Wie kommt die Energie ins Fahrzeug? 2. Partiell lineare Energiezuführung: Sie ermöglicht planmäßig dimensionierte Fahrstrecken mit bordeigenen Energiespeichern. Infrastruktur und Bordspeicher können entsprechend des konkreten Anwendungsfalles dimensioniert werden. Anwendungsfall: Senkung von Infrastrukturkosten Überwindung städtebaulicher Hemmnisse Sie kann ebenso wie die lineare Zuführung über erfolgen. Oberleitung oder unterirdische Systeme 7
EU-Projekt Trolley: 3. Punktuelle Energiezuführung: Ladepunkte an Zwischenstationen galvanisch oder induktiv oder Akkuaustausch Jede Ladestation braucht eine Energiezuführung für hohe Ströme Erheblicher Kabel- und Tiefbauaufwand, leistungsfähige Netze Jeder Energiespeicher im Fahrzeug muss den energetischen Aufwand von Antriebs- und Komfortenergie plus Reserve decken können. Hohes Gewicht vs. Nutzlast und Energieeinsparung Ladevorgänge müssen innerhalb weniger Sekunden (z.b. an Haltestellen innerhalb 10-15s) abgeschlossen sein. 8
EU-Projekt Trolley: Welche vorhandene Infrastruktur ist für den vorgesehenen Fahrweg nutzbar? Gleichrichterunterwerke Ja, weil die Energiebilanz im Regelfall für sehr hohe Belastungsfälle ausgelegt ist. Uneingeschränkt auch für die punktuelle Nachladung nutzbar. Gleichstromkabelnetze Ja, wenn damit gesonderte Zuleitungswege geschaffen werden können. Mitnutzung für punktuelle Nachladung möglich. Oberleitungen Nein, weil das Stromabnehmersystem nicht kompatibel ist. Gemeinsam genutzte Aufhängungen sind bei parallel geführter Strecke möglich 9
EU-Projekt Trolley: Wie kommt die Energie ins Fahrzeug? Fazit: Alle Energiezuführungen benötigen leistungsstarke Gleichstromnetze. Diese sind dort bereits vorhanden, wo Straßenbahn- oder Obus-Netze betrieben werden. Die Nutzung der vorhandenen Systeme kann die Infrastrukturkosten bei einer Umstellung deutlich senken. Bei einer Voruntersuchung der Linie 60 in Leipzig konnten ca. 250 T pro km identifiziert werden. 10
Wo liegen Synergiepotenziale? Einführung elektrischer Stadtbussysteme in Städten mit Straßenbahnbetrieb: Nutzung der vorhandenen Stromversorgung Nutzung von Werkstatt-Know-How (wirtschaftlicher Vorteil) Städten mit ehemaligem Straßenbahn- / Obusbetrieb: Nutzung einer evtl. noch vorhandenen Stromversorgung Nutzung evtl. noch vorhandener Nutzungsrechte (wirtschaftlicher Vorteil) Städten ohne Straßenbahnbetrieb / Allgemein: Systemvergleich (Kosten-Nutzen- / Aufwandsschätzung) 11
EU-Projekt Trolley: Auszug aus der Aufgabenstellung Leipzig Der angestrebte Erfolg stützt sich auf die Synergieeffekte durch Versorgung der E-Bus-Linien aus dem vorhandenen Bahnstromnetz, sowie vorhandenes Know-How aus dem Betrieb und der Instandhaltung der Straßenbahn 12
Systemauswahl / Vergleichsszenarien Nähe zu vorhandenen Einrichtungen der Stromversorgung Fahrleitung für Bahn Unterwerke Kabeltrassen Betriebskonzept Fahrplan (Takt, Zwischenendstellen, ) Fahrzeugeinsatz (Kapazität, Linienbindung) Betriebsleistung (Fzg-km je Umlauf) Städtebauliches Umfeld Historisches oder anders sensibles Umfeld Verträglichkeit von Maststandorten 13
Passt das LVB- Bahnstromnetz zu diesen Überlegungen? 14
EU-Projekt Trolley: Das Bahnenergienetz der LVB Zentrale Energieversorgung im vermaschten Netz 320 km Oberleitung 1151 km Kabel davon 187 km MS-Kabel 15
Potentielle Routen für E-Busse im LVB- Liniennetz 16
Standorte der Unterwerke Straßenbahn und Linienweg 70 17
Auswahlkriterien für eine zu untersuchende Linie Linienführung (Länge, Weg, Topographie) Nähe zu geeignetem Betriebshof Takt / Auslastung / Fahrzeugkapazität Fahrzeiten / Haltezeiten Städtebauliche Umgebung Nähe zu vorhandenen Stromversorgungsanlagen 18
Auswahlkriterien für eine zu untersuchende Linie Linienführung (Länge, Weg, Topographie) Beispiel Linie 70 in Leipzig Höhenprofil der Linie 70 19
Auswahlkriterien für eine zu untersuchende Linie Takt / Auslastung / Fahrzeugkapazität Fahrzeiten / Haltezeiten Beispiel Linie 70 20
Wichtig ist eine hinreichende Genauigkeit der Energiebedarfsermittlung!!! 21
Häufigkeitsverteilung der Traktionsleistung 22
Simulierte Betriebsverhältnisse der Referenzlinie Energiespeicher Legende Ladestation 100,00 partielle Fahrleitung 80,00 Speicherstatus 60,00 40,00 20,00 Speicherstatus in % Mockau- West Gewerbegebiet- Ost 0,00 S-Bhf Markkleeberg Markkleeberg, Forsthaus Raschwitz Connewitz, Kreuz Riebeck-/ Oststrasse Reudnitz, Köhlerstrasse Braun- /Bautzner Strasse Bhf. Thekla Mockau-West Haltestellen O-Bus- Betrieb mit Energiespeicher Energiespeicherstatus für die Fahrtrichtung Markkleeberg- Bhf nach Mockau-West 3 Streckenabschnitte mit Fahrleitung 2 Ladestationen jeweils an den Wendestellen Connewitz, Kreuz Markkleeberg- Bahnhof Quelle: google earth 23
Konfiguration der System-Komponenten 1. Energieversorgung Versorgung des E-Busses aus dem Bahnstromnetz technisch möglich und wirtschaftlich darstellbar Situation verbessert sich in Anbetracht der Netzumstellung auf 750 V DC 2. Fahrzeug Fahrzeug in gewünschter Konfiguration noch nicht am Markt Simulation und Speicherdimensionierung zeigen: Fahrzeug ist realistisch 24
Versorgung des E-Busses aus dem Bahnstromnetz Summary / Allgemeingültigkeit Umfassende Betrachtung einer konkreten Buslinie liefert brauchbare Ergebnisse in folgender Form: Betrieb einer elektrischen Stadtbuslinie mit Versorgung aus dem vorhandenen Bahnstromnetz ist technisch und wirtschaftlich möglich bei einer Umstellung kann abschnittsweise auf durchgehende Fahrleitung des klassischen O-Busses ohne betriebliches Risiko verzichtet werden benötigte Fahrzeug- und Infrastrukturkomponenten sind in der gewünschten Form verfügbar das gewählte Beispiel der Linie 70 in Leipzig ist mit großer Wahrscheinlichkeit auf zahlreiche Problemstellungen anderer Städte und Verkehrsbetriebe übertragbar 25
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 26