Bau und Betrieb einer Lokomotive mit Wasserstoffantrieb auf Basis eines modularen Brennstoffzellen-Hybridsystems

Ziele/Ideen

Die allermeisten Neben- und Schmalspurbahnen in Österreich verwenden – abgesehen vom Nostalgieverkehr mit Dampflokomotiven – nach wie vor praktisch ausschließlich Dieseltriebfahrzeuge. Dasselbe gilt für die mitten in Wien ansässige Liliputbahn im Prater, die ebenfalls den Großteil der Traktionsleistungen mit Diesellokomotiven abdeckt. Technisch gesehen ist die Liliputbahn eine vollwertige Eisenbahn, welche im Unterschied zu anderen Schmalspurbahnen lediglich auf der „Superschmalspur“ von 381mm verkehrt. International bestehen mehrere Eisenbahnbetriebe mit derselben Spurweite, die vollwertigen Eisenbahnbetrieb über Streckenlängen von mehr als 20 Kilometern bieten.
Für die meisten dieser Eisenbahnen ist eine Elektrifizierung mittels Fahrdraht wirtschaftlich nicht darstellbar oder aus anderen Gründen (z.B. Landschaftsschutz) nicht gewünscht. Somit stellen die Lärm- und Schadstoffemissionen ein bislang ungelöstes Problem dar.
Die seit April 2018 auf der Liliputbahn befindliche Brennstoffzellen-Hybridlokomotive von RCC stellt einen wesentlichen Schritt zum Schließen dieser Lücke dar, indem sie alle wesentlichen Merkmale eines Nebenbahntriebfahrzeugs aufweist, die Anforderungen aber mit geringst möglichem Aufwand erfüllt. Sie stellt somit eine Ausgangsbasis zur Verfügung, um die auf Schmalspur- und Nebenbahnen benötigten Fahrzeuge mit geringem Aufwand bereitstellen oder adaptieren zu können.
Darüber hinaus kann das Energieerzeugungsmodul auch für andere mobile Anwendungen mit Bedarf an emissionsfreier Energieversorgung verwendet werden.

Kurzbeschreibung

Die für die Liliputbahn gebaute Brennstoffzellenlokomotive ermöglicht sowohl die Beförderung des Salonwagens auf der Strecke, als auch einen „Stop-and Go“-Betrieb für Präsentationszwecke. Weiters kann die Brennstoffzelleneinheit als mobile Energieversorgungseinheit verwendet werden.
Dazu wurde ein modularer Aufbau realisiert, der die Funktionen Zugkraftbereitstellung und Energieerzeugung trennt. Das Ergebnis ist eine „mobile Generatoreinheit“, die das „Traktionsmodul“ über Leitungen mit der für die Antriebe und Hilfsbetriebe benötigten Energie, sowie den Steuer- und Signalinformationen versorgt.
Besonderes Augenmerk wurde auf Leistung und Systemarchitektur gelegt. Die Auslegung erfolgte auf Basis von Simulationen
und berücksichtigt alle eisenbahntechnischen und wasserstoffspezifischen Anforderungen (z.B. Druckluftbremse, Rekuperation der Bremsenergie, Sensorik, etc.).
Die realisierte Hybridlokomotive kann im nächsten Schritt für Schmalspur- bzw. Nebenbahnen weiterentwickelt werden.

Resultate

Die seit April 2018 im Probebetrieb gewonnenen Erkenntnisse stellen die absolute Praxistauglichkeit der Systemlösung unter Beweis.
Die installierte Leistung von 8kW (Dauerleistung) ist für die im Planbetrieb erforderlichen Fahrzeiten bei weitem ausreichend, die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ist bislang ohne Ausfälle gegeben.
Die Dimensionierung des Systems ermöglicht einen ganztägigen Betrieb mit Fahrstrecken von mehr als 65km ohne Nachtanken. Das Betanken des Wasserstofftanks erfolgt aus gewöhnlichen Flaschenbündeln und ist bezüglich Aufwand und Dauer mit der Betankung einer Diesellokomotive vergleichbar.
Kurzzeitige Verschubaufgaben im Depotbereich kann die Lokomotive auch im Batteriebetrieb erbringen.
Ein wesentlicher Aspekt des Projekts ist die Signalwirkung, welche von einem Betrieb in der „grünen Lunge von Wien“ ausgeht. Die emissions- und nahezu geräuschfreie Wasserstofflokomotive hebt sich ganz offensichtlich positiv vom Dieselbetrieb ab und demonstriert Experten und interessierten Laien so gleichermaßen das Potenzial und die Praxistauglichkeit dieser Technologie.

Partner

ÖBB (ÖBB Infrastruktur AG und Rail Cargo Austria AG): Beistellung und Fertigung von Komponenten

Railway Competence and Certification GmbH Herr Dipl.-Ing. Alexander Schimanofsky Waagner-Biro-Straße