Wie Energie-effizient ist der Bahnverkehr wirklich?

Und könnte er vielleicht noch wesentlich effizienter sein?

Stefan Fassbinder

Eckdaten der 16,7-Hz-Bahnenin D-A-CH

Bahnstromta

rife DB AG (2012)

ÖBB SBB

Beschäftigte 276310 42893 27822

Mio. Fahrgäste 1950 200 332

gesamt 33723km 11000km 3011km

elektrifiziert 19300km 8200km 3011km

an Strecke 59% 75% 100%

am Verkehr 90% 100%Gle

isne

tz

Ant

eil

Kein Wunder, wenn die Bahn schon immer tut, was beim Auto nicht klappen kann …

… denn der Energie-»Verbrauch« einer Elektrolok ist zeitweise

negativ!

Stromnetz der DB AGEckdaten der 16,7-Hz-Bahnen

in D-A-CH

KraftwerkstypInstallierte Leistung

Erzeugte Energie

Dampf 42,2% 66,0%

Wasser 11,0% 10,0%

Umformer 34,3% 14,6%

Umrichter 11,9% 9,4%

Gesamt 3,2GW 11,0TWh/a

Summe aller E-Fahrzeuge 22,4GW (700%)

59% der DB-Strecken sind elektrifiziert. Diese 59% tragen 90% des Verkehrs. Jedoch …

…was ist mit den anderen 10%?Z. B. mit der Baureihe 612?

Motorleistung: 2 * 560 kW = 1120 kW

Pepp und Komfort: Neigetechnik, Klimaanlage

Höchstzulässige Geschwindigkeit: 160 km/h

Verbrauch: 1,7 l/km (für einen, nicht für 100 km!)

Was ist mit den Diesellokomotiven?

BR 232 »Ludmila«

BR 220 »Taigatrommel«

• An einer Diesellok der BR 232 (6 Achsen, 120 t, 2200 kW,max. 120 km/h) wurde bei konstant 120 km/h ein Verbrauchvon 3 l/km gemessen.

• (Aus gutem Grund bezieht man bei der Bahn den Kraftstoff-Verbrauch auf einen Kilometer, nicht auf deren hundert!)

• Neue Diesellokomotiven gibt es nach Jahrzehnten nun wieder.• Der Motor-Wirkungsgrad beträgt dann > 40% – im Nennbetrieb.• Doch was hilft das, wenn der Motor ≈ 90% seiner Betriebszeit im

Leerlauf zubringt?• Und wenn ein Mitarbeiter von DB Fernverkehr sagt:

»Dieselloks halten auf elektrifizierten Strecken den Verkehr auf!«…• …und eine Fachzeitschrift berichtet, die Elektrifizierung habe auf

einer nur 22 km langen Strecke die Fahrzeit um 5 Minuten verkürzt?(»Elektrischer Betrieb bei der Deutschen Bahn im Jahre 2009«.eb Elektrische Bahnen – Elektrotechnik im Verkehrswesen 1-2/2010, S.19)

Denn z. B. die Elektrolok der BR 101

(4 Achsen, 84 t, 220 km/h) verfügtüber eine Motorleistung von 6600 kW!

Merke: Strom macht müde Züge munter!

Das erklärt‘s:

0 kW/t

100 kW/t

200 kW/t

300 kW/t

400 kW/t

500 kW/t

600 kW/t

700 kW/t

1 kW 10 kW 100 kW 1000 kW 10000 kW 100000 kW

Leis

tung

sdic

hte

→

Baugröße →

Leistungsdichte vonHubkolbenmotoren

Leistungsdichte entsprechenderelektrischer Maschinen

Gegenläufige Trends!

am PKW am ZugFaktor(4…5 Sitze) (450 Sitze) 100

Masse 1,5 t 450 t 300

Haftreibungskoeffizient ≈ 1 0,28…0,35 0,3

Rollreibungskoeffizient 1,7% 1,7‰! 0,1

Hieraus: Rollreibungskraft 0,3 kN 9 kN 30

hierfür aufzuwendende Leistung 15 kW 450 kW 30anteilig an der Nennleistung 15% 7% 0,5

Luftreibungskraft 1,5 kN 30 kN 20

hierzu aufzuwendende Leistung 85 kW 1550 kW 18anteilig an der Nennleistung 85% 23% 0,27

Leistungsbedarf insgesamt 100 kW 2000 kW 20anteilig an der Nennleistung 100% 30%! 3,3

Die für den Energieverbrauch ursächlichen Fahrwiderstände sind

(bei ≈ 200 km/h):

Wozu sind denn dann die anderen 70% der Leistung gut?

Im Vergleich zum Auto ist beim Zug

die Masse sehr groß (der Begriff »Massenverkehrsmittel« erhält eine ganz neue Dimension),

der Haftreibungskoeffizient (Stahl auf Stahl statt Gummi auf Asphalt) deutlich geringer,

die Rollreibung (Stahl auf Stahl statt Gummi auf Asphalt)sehr gering,

die Luftreibung sehr gering (denn der Zug fährt gleichsam»in seinem eigenen Windschatten«).

Bemerkenswert:Die Höchstgeschwindigkeit

eines PKW ist in der Regel die höchstmögliche Geschwindigkeit, begrenzt durch die verfügbare Motorleistung

eines Bahnfahrzeugs ist dagegen stets die höchstzulässige Geschwindigkeit

lassen wir mal ein mit

• 66 kW motorisiertes Auto, das

• 4 Personen (ganz wenig) Platz bietet,

• 200 km/h schnell fahren.

Dagegen kann ein mit

• 6600 kW motorisierter Zug

• 400 Personen (ganz viel) Platz bieten

(mit Toiletten, Bistro, …). Das kostet bei

• 200 km/h Reisegeschwindigkeit:

Mit viel gutem Willen

0,0 MW

1,1 MW

2,2 MW

3,3 MW

4,4 MW

5,5 MW

6,6 MW

0 kW

11 kW

22 kW

33 kW

44 kW

55 kW

66 kW

0 km 50 km 100 km 150 km 200 kmP

IC-Z

ug→

PA

uto

→

v →

Leistungsbedarf Auto und IC-Zug

P (Auto)P (IC-Zug)

0 km/h

20 km/h

40 km/h

60 km/h

80 km/h

100 km/h

120 km/h

140 km/h

160 km/h

180 km/h

200 km/h

0 km 1 km 2 km 3 km

v→

s →

PKW rollt aus

Masse: 2000 kgRollreibung: 2%Stirnfläche: 2 m²CW-Wert:0.37Leistung:105 kW

0 km/h

20 km/h

40 km/h

60 km/h

80 km/h

100 km/h

120 km/h

140 km/h

160 km/h

180 km/h

200 km/h

0 km 1 km 2 km 3 km

v→

s →

IC-Zug mit BR 101 und 8 Wagen

Ausrollen

PKW rollt aus

0 km/h

20 km/h

40 km/h

60 km/h

80 km/h

100 km/h

120 km/h

140 km/h

160 km/h

180 km/h

200 km/h

0 km 1 km 2 km 3 km

v→

s →

IC-Zug mit BR 101 und 8 Wagen

Ausrollen

Betriebsbremsung

PKW rollt aus

Voll besetztes Auto bei 200 km/h auskuppeln, ausrollen lassen und sehen, was passiert:

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 km 1 km 2 km 3 km 4 km 5 km 6 km 7 km 8 km

v/v m

ax →

s →

BeschleunigungsverlaufAuto und Bahn (0 … 200 km/h)

PKW beschleunigt v/vmax

IC-Zug (10 Wagen) v/vmax

Ein Auto beschleunigt aberdoch schneller, oder?

Na ja, anfangs schon,aber nachher legt der Zug noch

eine Kohle drauf!

Preisfrage 1:

Wie weit rollt ein ICE2-Triebzug der Baureihe 402 ungebremst noch weiter »übers platte Land«, wenn bei einer Geschwindigkeit von 230 km/h plötzlich der Strom ausfällt?

Antwort 1:Man weiß es nicht.

Der Versuch wurde nicht zu Ende geführt.

Nach 32 km hatte der Zug immer noch 120 km/h drauf!

Es gibt aber theoretische Berechnungs-Unterlagen,die den Versuch bestätigen

Preisfrage 2:

Wie schnell wird ein Eisenbahnwagen, wenn er ein Gefälle von5‰ (nur 0,5%!) herunter rollt?

(Merke: Aus gutem Grund gibt man bei der Bahn die Rollreibungskoeffizienten in Promille an!)

Antwort 2:Gemäß Berechnungs-Unterlagen der DB erreicht er nacheiner Stunde (endlich) eine Geschwindigkeit von44 m/s ≈ 160 km/h!

Ein Auto bliebe schlicht und ergreifend stehen.

Preisfrage 3:

Warum muss ein ICE3-Triebzug der Baureihe 403 bremsen, wenn er zwischen Frankfurt und Köln mit 300 km/h eine der Gefällstrecken von 40‰ (4%) hinunter fährt?

Antwort 1:Weil er rollender Weise die zulässige Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h überschreiten würde!

Deswegen erreichen die Züge hier eine durchschnittliche Rückspeisequote von 17%, obwohl selten oder gar nicht gehalten wird und bei der extrem hohen Geschwindigkeit doch ziemlich viel Energie verbraucht wird.

Und 17% von ziemlich viel ist immer noch ziemlich viel.

Preisfrage 4:

In einer Wartungshalle für Bahnfahrzeuge ist es nicht erlaubt, beide Tore an beiden Enden gleichzeitig offen stehen zu lassen.

Warum nicht?

Antwort 3:Sonst bläst der Wind ungebremst abgestellte Lokomotiven hinaus ins Freie!

Somit ist es rechnerisch nachvollziehbar,

dass bei Bedarf jederzeit 10 starke Männer selbst die schwerste Güterzug-Lok von Hand aus dem Lokschuppen ziehen können

Es finden sich noch mehr Beispiele

www.

Auf Schienen kann schon ein Unimog 1000 t ziehen!

Wenn auch vielleicht nicht allzu schnell

Zugkraft und Leistung – Soll und Haben

0 MW

1 MW

2 MW

3 MW

4 MW

5 MW

6 MW

0 kN

50 kN

100 kN

150 kN

200 kN

250 kN

300 kN

0 km/h 50 km/h 100 km/h 150 km/h 200 km/h

P →

F →

v →

IC-Zug mit LokomotiveBR 101 und

9 Wagen

Erforderliche Zugkraft

Erforderliche Leistung

bei konstanter Geschwindigkeit auf ebener Strecke

Zugkraft – 80% »übrig«?

0 MW

1 MW

2 MW

3 MW

4 MW

5 MW

6 MW

0 kN

50 kN

100 kN

150 kN

200 kN

250 kN

300 kN

0 km/h 50 km/h 100 km/h 150 km/h 200 km/h

P →

F →

v →

IC-Zug mit LokomotiveBR 101 und

9 Wagen

Erforderliche Zugkraft

Verfügbare Zugkraft

Erforderliche Leistung

Nur bei konstanter Geschwindigkeit auf ebener Strecke

0 MW

1 MW

2 MW

3 MW

4 MW

5 MW

6 MW

0 kN

50 kN

100 kN

150 kN

200 kN

250 kN

300 kN

0 km/h 50 km/h 100 km/h 150 km/h 200 km/h

P →

F →

v →

IC-Zug mit LokomotiveBR 101 und

9 Wagen

Erforderliche Zugkraft

Verfügbare Zugkraft

Erforderliche Leistung

Verfügbare Leistung

Leistung – 70% »übrig«?Haftreibungsgrenze Leistungsgrenze

0 MW

1 MW

2 MW

3 MW

4 MW

5 MW

6 MW

0 kN

50 kN

100 kN

150 kN

200 kN

250 kN

300 kN

0 km/h 50 km/h 100 km/h 150 km/h 200 km/h

P →

F →

v →

IC-Zug mit LokomotiveBR 101 und 9 Wagen

auf 17‰ Steigung

Erforderliche Zugkraft Verfügbare ZugkraftErforderliche Leistung Verfügbare Leistung

Leistung – 70% »übrig«?Nicht, wenn‘s bergauf geht!

0 km/h

20 km/h

40 km/h

60 km/h

80 km/h

100 km/h

120 km/h

140 km/h

160 km/h

180 km/h

200 km/h

0 s 30 s 60 s 90 s 120 s 150 s

v→

t →

IC-Zug mit Lok BR 101 und 8 Wagen

AusrollenNutzbremsung <150kNNutzbremsungBetriebsbremsung

Zeit ist zwar Geld – aber wie viel?

← 25 € →

0 km/h

50 km/h

100 km/h

150 km/h

200 km/h

250 km/h

300 km/h

0 s 60 s 120 s 180 s 240 s

v→

t →

ICE3-Triebwagenzug BR 403 mit 8 Wagen

AusrollenNutzbremsung <150kNNutzbremsungBetriebsbremsung

Zeit ist zwar Geld – aber wie viel?

← 50 €! →

Ab Tempo 300 allerdings …

0 MW

1 MW

2 MW

3 MW

4 MW

5 MW

6 MW

7 MW

8 MW

0 kN

50 kN

100 kN

150 kN

200 kN

250 kN

300 kN

0 km/h 100 km/h 200 km/h 300 km/h

P →

F →

v →

ICE3-Triebwagenzugmit 8 Wagen

Erforderliche ZugkraftVerfügbare ZugkraftErforderliche LeistungVerfügbare Leistung

… steigt der Verbrauch dann doch rapide an

0,0 m/s²

0,1 m/s²

0,2 m/s²

0,3 m/s²

0,4 m/s²

0,5 m/s²

0,6 m/s²

0 km/h

30 km/h

60 km/h

90 km/h

120 km/h

150 km/h

180 km/h

210 km/h

240 km/h

270 km/h

300 km/h

330 km/h

0 km 5 km 10 km 15 km 20 km 25 kma

→

v →

s →

ICE3-TriebwagenzugBR 403 mit 8 Wagen

GeschwindigkeitBeschleunigung

0,0 m/s²

0,1 m/s²

0,2 m/s²

0,3 m/s²

0,4 m/s²

0,5 m/s²

0,6 m/s²

0 km/h

30 km/h

60 km/h

90 km/h

120 km/h

150 km/h

180 km/h

210 km/h

240 km/h

270 km/h

300 km/h

330 km/h

0 s 60 s 120 s 180 s 240 s 300 s 360 sa

→

v →

t →

ICE3-TriebwagenzugBR 403 mit 8 Wagen

GeschwindigkeitBeschleunigung

Das ultimative Bahnkonzept

16 von 32 Achsen angetrieben, je ein

500-kW-Motor, bieten optimale Beschleunigung

und Rückspeisung

Auch muss man die vorgesehene Reisegeschwindigkeit von 300 km/h (83,3 m/s) erst einmal erreichen

Mit 4% Aufschlag für rotierende Massen und einem Wirkungsgrad von 87% ab Stromabnehmer macht dies für eine Beschleunigung von 0 auf 300 km/h rund 520 kWh.

Beim DB-»Tagtarif« von 12,2 c/kWh kostet das 63 €!

Beim Niedertarif von 10,5 c/kWh sind es immer noch fast 55 €.

Wenn man davon nichts zurück bekäme, wäre das traurig.

Noch einmal mit einem Wirkungsgrad von 87% gerechnet, bekommt man also beim Bremsen 75% zurück erstattet – wenn alles gut geht.

kWhGJNms

mkgv

mWkin 43456,110*56,13,83*

2

000.450²*

29

2

Da sieht die Diesellok alt ausDie elektrische Traktion erweist sich als weit überlegen:

• Leistungsdichte und Fahrdynamik sind ohne Beispiel.

• Deutsche E-Loks verbrauchen zu 9% Strom, der schon einmal von einer Lok verbraucht und wieder abgegeben worden ist.

• Das klappt sonst nur beim Wasser (oder z. B. Kupfer!), aber niemals bei Kohle, Gas und Öl.

• Der Anteil wird weiter steigen, da nach und nach immer mehr alte, nicht rückspeisefähige E-Lokomotiven durch moderne Stromrichter-Lokomotiven ersetzt werden.

• Jedoch eine Diesellok, die beim Bremsen Abgas ansaugt und daraus wieder Kraftstoff und Frischluft herstellt, wird wohl noch lange auf sich warten lassen.

Strom bringt frischen Wind

Die Schokoladenseite der E-Lok:

Sie ist wie ein bekannter Schokoriegel –

sie bringt verbrauchte Energie sofort zurück!

• Das Energiekosten -Management der DB AG nennt für die BR 101 (145 Stück im Einsatz) für 2009 eine durchschnittliche Laufleistung von 347.620 km.

• Der durchschnittliche Verbrauch beträgt ≈17 kWh/km oder177 GWh/a (einschließlich Strom, den die Lok zur Versorgung der Wagen wieder abgegeben hat).

• Die Stromkosten liegen somit bei 800.000 € im Jahr.

• Der Anschaffungspreis der BR 101 liegt bei etwa3 Millionen Euro.

• Für den Stromverbrauch einer Lok in 30 Dienstjahren könnte man also 8 komplette Loks kaufen!

• 9% rückgespeiste Energie sparen in 30 Dienstjahren2 Millionen Euro je Lok!

Dabei spart diese Lok wesentlich mehr – 9% ist der Durchschnittswert einschließlich »Museumsloks« ohne Rückspeisung.

Oder sehen wir uns einmal den Regionalverkehr an

Der Regional-Express von Aachen nach Dortmund hält hier auf160 km Strecke 22 Mal.

Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 140 km/h.

Führe der Zug ohne Halt durch, bräuchte ernur 800 kWh zur Überwindung der Reibung.

Aber 22 Mal beschleunigenkostet 1600 kWh!

Das sind also 2/3 der gesamten Energie (ohne den »Eigenbedarf«)

Also könnten theoretisch etwa 3/4 von 2/3 zurück gewonnen werden, sprich 50%, aber leider …

Antrieb 80%

Klimatisierung 7%

Abfuhr der Verlustwärme 8%

Frostschutz 1%

Druckluft 3%

Steckdosen 1%

Verteilung des gesamten Energie-Verbrauchs

im Zug

Oder sehen wir uns einmal den Regionalverkehr an

… liegt der Rückspeise-Anteil nach Angaben von DB Regio in diesem Geschäftsbereich nur bei 10%!

Und nun was tun? Woran mangelt es?

Wenn Sie heute eine Schaltwerkslok sehen,

dann ist dieses Vehikel wahrscheinlich 36 Jahre alt.

Wenn es sich z. B. um die BR 110 handelt, ist das Fahrzeug zwischen 42 und 54 Jahre alt!

Und es läuft und läuft und läuft …

Bestand BR geliefert 2007 2008 2009 2010 2011 2014 Alter

103 1972 bis 1974 3 3 3 3 1 3 40a bis 42a

113 1962 bis 1963 1 3 2 3 3 0 51a bis 52a

115 1962 bis 1964 36 36 28 19 17 12 50a bis 52a

110 1957 bis 1969 161 140 109 88 64 18 45a bis 57a

111 1975 bis 1984 226 225 225 225 224 210 30a bis 39a

112 1992 bis 1993 90 90 89 89 89 89 21a bis 22a

114 1990 bis 1992 40 40 40 39 38 37 22a bis 24a

143 1984 bis 1990 616 600 556 520 487 380 24a bis 30a

420 1969 bis 1994 206 196 189 167 163 150 20a bis 45a

450 4 4 4 4 4 4

140 1957 bis 1973 238 214 172 74 81 42 41a bis 57a

151 1973 bis 1975 164 164 163 140 133 90 39a bis 41a

155 1974 bis 1984 177 216 219 195 185 138 30a bis 40a

Lokomotiven 1731 1731 1606 1395 1322 1019 36a 39a 43a

Triebwagen / Triebzüge 200 200 193 171 167 154 20a 33a 45a

Gesamt 1931 1931 1799 1566 1489 1173 28a 36a 44a

LokomotivenDB Schenker

Rail

LokomotivenDB Regio

Sc

ha

ltw

erk

s-T

rie

bfa

hrz

eu

ge

LokomotivenDB Fernverkehr

TriebwagenDB Regio

Summenbzw.

Mittelwerte

Bestand BR geliefert 2007 2008 2009 2010 2011 2014 Alter

103 1972 bis 1974 3 3 3 3 1 3 40a bis 42a

113 1962 bis 1963 1 3 2 3 3 0 51a bis 52a

115 1962 bis 1964 36 36 28 19 17 12 50a bis 52a

110 1957 bis 1969 161 140 109 88 64 18 45a bis 57a

111 1975 bis 1984 226 225 225 225 224 210 30a bis 39a

112 1992 bis 1993 90 90 89 89 89 89 21a bis 22a

114 1990 bis 1992 40 40 40 39 38 37 22a bis 24a

143 1984 bis 1990 616 600 556 520 487 380 24a bis 30a

420 1969 bis 1994 206 196 189 167 163 150 20a bis 45a

450 4 4 4 4 4 4

140 1957 bis 1973 238 214 172 74 81 42 41a bis 57a

151 1973 bis 1975 164 164 163 140 133 90 39a bis 41a

155 1974 bis 1984 177 216 219 195 185 138 30a bis 40a

Lokomotiven 1731 1731 1606 1395 1322 1019 36a 39a 43a

Triebwagen / Triebzüge 200 200 193 171 167 154 20a 33a 45a

Gesamt 1931 1931 1799 1566 1489 1173 28a 36a 44a

LokomotivenDB Schenker

Rail

LokomotivenDB Regio

Sc

ha

ltw

erk

s-T

rie

bfa

hrz

eu

ge

LokomotivenDB Fernverkehr

TriebwagenDB Regio

Summenbzw.

Mittelwerte

Bei der DB AG noch im Einsatz befindliche alte Schaltwerks-Triebfahrzeuge

Vermächtnis der Deutschen Reichsbahn

der DDR

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

2007 2008 2009 2010 2011 2014

Be

sta

nd

→

Bestand an Triebfahrzeugen bei der DB AG

Rückspeisefähige Triebfahrzeuge

Schaltwerks-Triebfahrzeuge

Nahezu »unkaputtbar« …

Schaltwerks-Triebfahrzeuge werden seit 1985 nicht mehr in Dienst gestellt,

aber dennoch…

Planungen der DB für die nächsten Jahrzehnte daher:

Nicht rückspeisefähige Loks vollständig ausmustern:

Leittechnik optimieren – nie wieder Geruch von heißen Bremsen:

Alle Personenzüge durch Triebwagenzüge ersetzen:

10% → 20%

20% → 50%

50% → 60%

• Triebwagen sind leichter und verbrauchen allein dadurch schon weniger Energie

• Der verteilte Antrieb fördert zudem den zweiten Punkt

Bestand BR geliefert 2007 2008 2009 2010 2011 2014 2015 2011

101 1996 bis 1999 145 145 145 145 145 145 145 9,3%

120 1987 bis 1988 58 53 53 52 50 48 48 6,4%

401 1989 bis 1993 59 59 59 59 59 59 59 13,0%

402 1995 bis 1997 44 44 44 44 44 44 44 13,0%

403 ab 1997 50 50 50 50 50 50 50 17,4%

406 ab 1997 13 13 13 13 13 13 13 17,4%

411 1999 bis 2005 57 56 56 56 56 56 56 13,2%

415 1999 bis 2005 11 11 11 11 11 11 11 13,2%

120 1987 bis 1988 0 5 5 5 8 8 11,6%

146 2001 bis 2006 110 110 110 110 110 110 18,6%

182 2001 0 0 0 5 25 25 11,6%

422 2007 bis 2010 0 0 24 64 84 84 40,6%

423 1998 bis 2007 448 448 448 461 461 461 40,6%

424 ab 1998 40 40 40 40 40 40 34,4%

425 ab 1999 236 236 249 249 249 249 34,4%

426 ab 1999 42 42 42 42 42 42 28,9%

440 ab 2008 0 0 4 37 80 80 28,9%

145 1998 bis 2000 79 79 79 79 79 79 79 5,0%

152 1997 bis 2001 170 170 170 170 170 170 170 8,8%

185 2000 bis 2009 279 319 356 375 399 385 385 8,8%

189 2002 bis 2005 90 90 90 90 90 90 90 8,8%

LokomotivenDB Schenker

Rail

Rü

ck

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eis

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bfa

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eu

ge

TriebwagenDB Regio

TriebwagenDB Fernverkehr

LokomotivenDB Fernverkehr

LokomotivenDB Regio

Realität der DB schon 2011:Rückspeise-Königinnen BR 422 und BR 423!

Rückspeisequoten 2011 ↓

• Da steht ein Dieseltriebwagen im Bahnhof.Der Motor tuckert im Leerlauf – und wirdgekühlt, während die mit Dieselkraftstoffzum Dieselpreis befeuerte Ölheizung denFahrgastraum beheizt!

• Der Triebwagen fährt an. Der Motor brummt gemächlich.

• Erst ab 30 km/h kann die volle Leistung auf die Schienen übertragen werden: Der Motor brummt jetzt energisch – etwa eine Minute lang. Dann ist die Höchstgeschwindigkeit erreicht. Für konstant 120 km/h reichen 30% der Motorleistung.

• Doch schon bald kommt der nächste Bahnhof. Der Triebwagen rollt mehrere Minuten lang, der Motor kuppelt aus, tuckert vor sich hin.

• Der Triebwagen bremst, Motor »gibt Gas«, um die Wärme aus dem hydraulischen Bremssystem über den Kühler abzugeben!

• Der Triebwagen steht im Bahnhof … – usw.; s. o.

Also was ist denn nun mit den41% Strecken ohne Oberleitung?

Klingt das wie ein Zukunftskonzept? Doch wohl eher wie ein Behelf!

z. B. »TALENT«-Triebzug BR 640

Aber da war doch mal was?Richtig: Die BR 515 / 815!

• Akkumulator-Triebwagen gab es bei der DB schon 1907

• Über 40 Jahre hinweg, von 1955 bis 1995, waren gut 220 Triebfahrzeuge der BR 515 im Einsatz:

• Leistung 2*150 kW

• Höchstgeschwindigkeit 100 km/h

• 10 t … 16 t Blei-Akkumulatoren

• Kapazität 352 kWh … 602 kWh

• Reichweite 300 km

Gedanken-Experiment:Eine moderne Neuauflage

Heutige Li-Ionen-Akkumulatoren bieten die 4-fache Energiedichte, also z. B.:

• Doppelte Kapazität bei halbierter Masse,

• doppelte Kapazität verdoppelt die Reichweite auf600 km,

• halbiertes Gewicht sowie moderne Stromrichtertechnik mit Nutzbremsung verbessern die Fahrleistungen(min. 140 km/h) und den Komfort (z. B. Klimaanlage).

Vergleich eines hypothetischen»E-Talent BR 543« mit dem Auto

Tesla E-TalentRoadster »BR 543«

Energiekapazität 55 kWh1100 kWh

Energieverbrauch 0,2 kWh/km 2 kWh/km

Energieverbrauch je Sitz 0,1 kWh/km 0,01 kWh/km

Reichweite 350 km 600 km

Masse Akku 0,45 t 9 t

Anteil am Fahrzeug 36% 12%

Preis Akku 40.000 € 800.000 €

Anteil am Fahrzeug 50% 25%

Wie viel kostet der Akkustrom wirklich?

Preis des Akkus: 800.000 €

Lebensdauer: 3000 Ladezyklen

Energie-Kapazität: 1100 kWh

Der Strom aus dem Akku kostet also effektiv

Strompreis am Fahrdraht 122 €/MWh(Niedertarif wegen Ladens bei Nacht)

Lade- und Umwandlungs-Verluste +4 €/MWh

Abnutzung des Akkumulators +240 €/MWh

Stromkosten aus dem Akku 366 €/MWh

Vergleich mit bestehendem Dieseltriebwagen BR 612

Dieseltriebwagen BR 612 »E-Talent«

Primär-Energieverbrauch 20 kWh/km <6 kWh/km

Sekundär-Energieverbrauch 17 kWh/km 2 kWh/km(1,7 l/km)

Energiepreis netto 1,32 €/l 0,12 €/kWhEnergiepreis inkl. Akku – – – 0,36 €/kWh

Energiekosten netto– – – 0,25 €/kmEnergiekosten brutto 2,25 €/km 0,75 €/km

Bei 250.000 km/a 562.500 €/a 187.500 €/aIn 30 Jahren Betrieb 16.875.000 € 5.625.000 €

Vergleich mit bestehendem Dieseltriebwagen BR 612

Der Vergleich hinkt? – Nun ja, aber zu welcher Seite?

Denn der »E-Talent« wird in 30 Betriebsjahren mindestens 2 neue Akkus benötigen,

aber die Lebensdauer der Akkus war im Strompreis schon eingerechnet,

und die Strompreise (aus dem Fahrdraht) werden steigen, die Akkupreise jedoch fallen,

und Dieseltriebfahrzeuge verursachen 3 Mal so hohe Wartungskosten wie Elektrofahrzeuge

Oftmals fahren die »Bimmelbahnen« auf elektrifizierten Streckenaus den Ballungsräumen heraus und biegen erst später auf die Nebenstrecken ab. Hier könnte man zum Teil »konventionell elektrisch« fahren, während der Fahrt aufladen und so die erforderliche (teure) Akku-Kapazität auf einen Bruchteil reduzieren.

Alternative 1:Akku-Triebwagen mit Stromabnehmer

Alternative 1:Stückweise gibt es sie schon: Die Akkubahn!

Die »Variobahn« des Schweizer Herstellers Stadler Rail hilft dann aus, wenn an bestimmten Stellen eine Oberleitung unerwünscht ist oder nicht aufgehängt werden kann.

Sie hat zusätzlich zum Stromabnehmer 2 Energiespeicher: Akkumulator und Superkondensatoren.

Streckenabschnitte durch Parks oder historische Gebäude werden so manchmal erst ermöglicht.

In München wird künftig eine solche Bahn durch den Englischen Garten fahren dürfen.

Oberleitungen wollte man dort nicht sehen.

In Nürnberg fahren sie schon länger.

Alternative 2:Induktive Übertragung?

Die Straßenbahn kann das schon …

… verkauft sich aber auch nicht.

Noch höher wäre der Aufwand auf der Autobahn.

Alternative 3:Hybrid-Dieseltriebwagen

Nicht zu verwechseln mit dem Prinzip der dieselelektrischen Lokomotive! Diese ist im Prinzip eine Elektrolok, die ihr eigenes Kraftwerk mit sich herum schleppt.

Der Dieselmotor hat beim Hybrid nur ≈ 10% der elektrischen Leistung (z. B. PKW-Motor 66 kW statt 2 * 315 kW).

Denn der Dieselmotor läuft ständig im optimalen Betriebspunkt (Nennleistung) statt zu ≈ 90% im Leerlauf.

Auch der Generator hat nur 10% der elektrischen Traktionsleistung.

Der Akku erbringt 90% bzw. verträgt 110% der elektrischen Traktionsleistung beim Beschleunigen bzw. Bremsen

Gleichmäßiges Wärme-Angebot, Kraft-Wärme-Kopplung statt Ölheizkessel.

Kombinierbar mit Alternative 1.

Hybrid-Dieseltriebwagen –auch für den Fernverkehr?

Fahren Sie doch mal von Berlin nach Kopenhagen!

Dort braucht man jetzt die unglückselige BR 605 auf.

Diese Triebzüge sind mit dieselelektrischem Antrieb ausgestattet, verfügen also bereits über elektrische Fahrmotoren.

• Sie entstanden auf der Plattform des 5-teiligen elektrischen Triebzugs der BR 415.

• Sie waren über mehrere Jahre außer Dienst gestellt.

• Sie standen zum Verkauf ins Ausland, aber niemand wollte sie haben.

• Als Grund für die beiden letztgenannten Punkte werden u. a. hohe Kraftstoffkosten angeführt.

Also warum nicht diese Züge zuerst umrüsten?

BR 605 – ICE ohne Stromabnehmer

Bedenken Sie:• Der Zug fährt hier nicht besonders schnell, hält aber selten.• Dennoch liegt der Kraftstoff-Verbrauch bei 2 l/km!• Das kostet rund 1600 € je einfache Fahrt!• Allein dafür müssen 11 Vollpreis-, 17 Sparpreis-Fahrgäste oder 22

Inhaber der BahnCard 50 auf den insgesamt 195 Plätzen sitzen• Dabei ist der größte Teil der Strecke elektrifiziert!• Und eine Stunde lang fährt der Zug überhaupt nicht, sondern steht

auf einem Schiff.

Also warum nicht• 2 oder auch 3 der 4 Dieselmotoren ausbauen,• an deren Stelle Akkumulatoren einsetzen,• eventuell einen Stromabnehmer und einen Trafo dazu,• in jedem Fall aber auf einer Fahrt für mindestens 600 € Kraftstoff

sparen?

← ≈ 285 km →

SchlussfolgerungenElektrische Bahn-Antriebe sind den Dieselmotoren in der Leistungsfähigkeit deutlich überlegen.

Elektrische Bahn-Antriebe sind gleichzeitig weitaus Energie-effizienter und kostengünstiger als Dieseltraktion.

Die SBB fährt 100% elektrisch – nichts mehr zu tun.

Die DSB z. B. fährt zu 27% elektrisch – Handlungsbedarf!

Die DB AG fährt zu 90% elektrisch – das ist gut so.

Für die restlichen 10% böte sich die Wieder-Einführung Akkumulator gespeister E-Triebwagen auf Basis moderner Li-Ionen-Zellen an. 40 Jahre gute Erfahrung selbst mit Bleiakkumulatoren bezeugen dies.

Eine Milliarde Euro Fördergelder für das Elektroauto allein in Deutschland – aber die Umsetzbarkeit liegt rund 10 Mal weiter von der Realität entfernt als die des Akkumulator betriebenen Bahnfahrzeugs! Das BMBF, die Bundesregierung und die EU-Kommission sollten dies bei ihren Förderprogrammen dringend in Betracht ziehen.

Mehr:

www.kupferinstitut.de/de/werkstoffe/anwendung/e-mobilitaet.html