Elektrische Energiespeicher- und Ladelösungen im Öffentlichen Verkehr – Fallbeispiel Murtalbahn

Ziele/Ideen

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Arbeit werden die Triebfahrzeuge der Bahn diesel-elektrisch angetrieben. Ein Dieselgenerator im Fahrzeug erzeugt die elektrische Energie, die für die Traktion benötigt wird. Diese elektrische Energie wird dann in den Gleichstrommotoren in Bewegungsenergie umgesetzt.
Das Rollmaterial der Bahn ist veraltet und nicht barrierefrei – es entspricht nicht mehr den modernen Qualitätsansprüchen von Fahrgästen im Schienenpersonennahverkehr. Die Bahn verkehrt im 2-Stunden-Takt.

Die von der Bahn bedienten Bezirke Murau und Tamsweg erwartet laut Bevölkerungsprognose ein teils massiver Rückgang der Bevölkerung in den nächsten 30 Jahren. Um diesen Rückgang zu einzudämmen, sieht sich die Region in der Pflicht auch zukünftig hochwertige Infrastruktur für die Menschen zur Verfügung zu stellen, um die Lebensqualität und individuelle Zukunftschancen in der Region zu sichern.
Eine attraktive, moderne, schnelle, sichere Verkehrsverbindung mit der Bahn kann dazu beitragen diese Ziele zu erreichen.

Um diese Attribute zu erfüllen, steht neben neuem Wagenmaterial auch eine Elektrifzierung im Raum. Dadurch können einerseits höhere Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte erreicht werden, andererseits wäre eine Taktverdichtung (zB auf 1-Stunden-Takt) durch die geringeren elektrischen Energiekosten im Vergleich zu Diesel günstiger.
Die Elektrifizierung der Bahn ist jedoch mit enormen baulichen Aufwendungen sowie hohen Kosten verbunden.
Mit der Arbeit werden daher potenzielle Lösungen untersucht, bei der einerseits die Vorteile der hohe Energieffizenz des elektrischen Antriebes genutzt werden können und andererseits die Nachteile der hohen Kosten für die Elektrifizierung niedrig gehalten werden, indem der Oberleitungsbau entfällt.
Diese untersuchten Lösungen sind daher elektrische Triebfahrzeuge mit „On-Board“ Energiespeicher und Gelegenheitsladungen an den Haltestellen entlang der Strecke bzw. an den Endhaltestellen.

Kurzbeschreibung

Die Arbeit besteht grundsätzlich aus zwei Teilen.
In Teil eins werden umgesetzte oder in Umsetzung befindliche Projekte verglichen, in denen Linienbus- und Straßenbahnsysteme mit „On-Board“ Energiespeichern betrieben werden und zur Ladung auf „opportunity charging“ (Zwischenladungen an Haltestellen) zurückgreifen. Bezogen auf die Speichertechnologie lag der Fokus bei Superkondensatoren sowie Hochleistungs Traktionsbatterien.

Im Teil zwei wurde die Machbarkeit des Betriebes der Murtalbahn (Schmalspur-Eisenbahn von Unzmarkt nach Tamsweg in Österreich) mit derartigen Energiespeichern aus Energie- und Leistungssicht geprüft. Die Energie- und Leistungsversorgung sowie die Ladestrategie wurde dabei einerseits mit Traktionsbatterie und andererseits mit einem hybriden Energiespeicher bestehend aus Traktionsbatterie und Superkondensator simuliert. Grobkosten zwischen diesen beiden Varianten, dem Ist-Zustand sowie der Elektrifzierung mit Oberleitung wurden verglichen.

Resultate

Zusammenfassendes Resultat aus Teil 1:
– Die Einsetzbarkeit von elektrischen Energiespeichern und Ladestrategien unterscheiden sich aufgrund von Masse, fahrdynamischen Eigenschaften und verkehrlichen Rahmenbedingungen zwischen Bus- und Straßenbahnsystemen.

Zusammenfassende Resultate aus Teil 2:
– Basierend auf den technischen Daten des derzeit eingesetzten Rollmaterials der Murtalbahn ist der Betrieb sowohl mit einer Traktionsbatterie als auch einem hybriden Energiespeicher bestehend aus Traktionsbatterie und Superkondensator möglich.
– Diese beiden Systeme unterscheiden sich jedoch grundlegend in ihrer Ladestrategie, wodurch sich für das hybride Speichersystem aufgrund der Notwendigkeit von Gelegenheitsladestationen höhere Investitionskosten ergeben.
– Über die gesamte durchschnittliche Lebensdauer eines Eisenbahn-Triebwagens gesehen konnten geringere „Total Cost Of Ownership“ in der Variante „Traktionsbatterie“ errechnet werden, als bei der Variante „Dieselelektrisch“.

Die Messergebnisse liegen den Steiermärkischen Landesbahnen (Betreiber der Bahn) vor und beinhalten wichtige energetische Kennwerte (Lastkurven, Energiemengen) zur Bahn. Die in der Arbeit diskutierten Lösungen können als mögliche Varianten im derzeit diskutierten Sondierungsprozess zum zukünftigen Betrieb bzw. zur möglchen Modernisierung der Bahn dienen.

Herr MSc Jürgen Sorger juergen.sorger@gmx.at 00436645056721