Regio CITADIS verbindet Stadt und Land

als auch ein Energiemanagement zur
Steuerung aller Fahrzeugkomponenten
erforderlich, das elektronisch gesteuerte
intelligente Betriebsweisen und Strategien
des Fahrzeugs ermöglicht. Grundlage
für die Energieeinsparungen sind die
Hybridsystemfunktionen regeneratives
Bremsen und elektrische Antriebsunterstützung
sowie die Motorabschaltung
im Stillstand. Mit diesen Fahrzeugfunktionen,
Rekuperation der Bremsenergie,
Start-Stop und elektrische Fahrunterstützung
in hybriden Antriebssystemen
vergrößert sich die Bedeutung des elektrischen
Energiespeichers.
Abhängig vom Fahrzeugeinsatz und
Umgebungsbedingungen kommen unterschiedliche
Technologien oder deren
Kombinationen zum Einsatz mit dem
Ziel, den Energieeinsatz zu minimieren
und Kosten zu reduzieren und damit die
Umweltfreundlichkeit des Verkehrsträgers
Schiene weiter zu steigern.
Hier sind rund 20 % Treibstoffeinsparung
bei Verbrennungstriebwagen oder
Hybridfahrzeugen möglich. Dies wird
unterstützt durch emissionsarme und
leichte Motorentechnik aus dem Automobilbau
und geringes Gewicht des
Stromerzeugers. Dies ist insbesondere
aus betrieblichen Gründen bei nicht
elektrifizierten Strecken gleicher Spurweite
für mehr systemfähige Stadt- bzw.
Überlandbahnen erforderlich.
Die Anforderungen an das Energiemanagement
im Fahrzeug steigen mit zunehmender
Komplexität. Das Energiemanagement
eines Fahrzeugs hat die
Aufgabe, die zur Verfügung stehende Energie
optimal für den Betrieb des Fahrzeugs
zu nutzen und die Energieströme
so zu steuern, dass alle Funktionen in
der gewünschten Form sichergestellt
werden können. Als Verbraucher sind
die klassischen Komponenten wie z. B.
Steuergeräte, Klimaanlage und Licht
und Elektroantrieb zu beachten. Es ist
ersichtlich, dass das gewählte Energiemanagement
auch einen Einfluss auf
den Energieverbrauch hat. Das Energiemanagement
ist eng verknüpft mit der
generellen Betriebsstrategie. Welche
Funktionen umgesetzt bzw. freigegeben
werden können, ist auch vom Energiemanagement
abhängig. So kann die
Freigabe von bestimmten Funktionen
in Abhängigkeit des Ladezustandes der
Batterie für einen Parallelhybrid erfolgen.
Während in der Vergangenheit die Startfähigkeit
eines Fahrzeuges häufig im Vor-
12 Nahverkehr 2010
dergrund stand, rückt nun verstärkt die
Optimierung des Energiemanagements
unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung
und Bordnetzstabilität in
das Blickfeld. Die Implementierung von
intelligenten Generatorregelstrategien
hat schon in viele Fahrzeuge Einzug
gefunden. Die funktionale Erweiterung
auf den Stop-Start-Betrieb läuft gerade
an. Hinzu kommt die Einführung neuer
Technologien und Aktuatoren, welche
zusätzliche Anforderungen an die Energie-
und Leistungsversorgung sowie die
Verkabelung stellen.
Weitere Möglichkeiten, den Energieverbrauch
eines Schienenfahrzeugs zu
reduzieren, bietet eine Optimierung
der Klimaanlagen. Eine Anpassung der
Anlagen nach variablen Faktoren, wie
Auslastungsgrad und Außentemperatur
kann den Energieverbrauch deutlich
reduzieren. So kann ein variables
Frischluftzufuhrsystem anhand der von
Sensoren gelieferten Daten nach dem
Auslastungsgrad der Wagen die zugeführte
Frischluft dosieren. Diese wird
dann mittels Wärmetauscher entsprechend
vorgewärmt oder vorgekühlt.
Dazu werden bis zu 80 % der in der Luft
enthaltenen Energie wiederverwendet.
Eine solche Steuerung kann den Energieverbauch
um über 20 % senken.
Darüber hinaus sind die Entwicklungen
im Antriebsbereich vielversprechend.
Eine vollständige Integration von Antriebs-,
Fahrwerk- und Bremstechnologie
wird in Metros und S-Bahn-Fahrzeugen
realisiert. Diese hochintegrierte
Technologie führt zu einer Vielzahl von
Synergien. Die Fahrwerke verfügen über
einen hohen Wirkungsgrad, niedriges Eigengewicht
und reduzierte Emission.
Der getriebelose Drehstromantrieb
erfolgt auf der Basis der permanenterregten
Synchronmaschine. Der gekapselte
Fahrmotor ermöglicht einen wartungsfreien
Betrieb und gewährleistet
eine lange Lebensdauer. Der Direktantrieb
ist integraler Bestandteil des Fahrwerkes
wodurch der Fahrwerkrahmen
frei von Traktionskräften ist. Durch die
physikalischen Eigenschaften der permanenterregten
Synchronmaschine wird
sicheres elektrisches Bremsen gewährleistet
und die mechanischen Bremsen
können entfallen. Neben der elektrodynamischen
tritt die inhärente elektrodynamische
Bremse als zweites unabhängiges
System ein.
Im Vergleich zu konventionellen Metrofahrwerken
hat der Direktantrieb in
Verbindung mit Leichtbauweise ein bis
zu 30 % geringeres Gewicht. Die Energiekosten
sind aufgrund der Gewichtsreduktion
und des höheren Antriebswirkungsgrades
um bis zu 20 % niedriger.
Der deutlich geringere Verschleiß wird
auch die Instandhaltungskosten spürbar
senken.
Forschungsbedarf
Für die aufgeführten Anwendungen
Start-Stop-Funktion, Klimatechnik und
Direktantrieb werden die Forschungsergebnisse
im Alltagsbetrieb erprobt.
Optimierungspotentiale bestehen vor
allem bei den Klimatisierungsprozessen.
Hier muss die aktuelle Betriebssituation
in die Steuerung und Leistungsanforderung
bezüglich der Klimatechnik eingehen.
Ein dynamischer Klimatisierungsprozess
sollte den Standbetrieb oder
die Fahrt des Fahrzeuges, Tunnelbetrieb,
Aerodynamik des Luftflusses im Türbereich
und intelligente Nutzung von zeitweise
vorhandenen Energieüberschüssen
berücksichtigen.
Generell kann die Emission von CO2
und der effiziente Energieeinsatz bei
Schienenfahrzeugen durch verbesserten
Wirkungsgrad des Antriebs eine Optimierung
des Fahrregimes sowie durch
Leichtbauweise mittels neuer Materialien
erzielt werden. In der Zukunft
müssen gesamtheitliche Betrachtungen
über den Lebenszyklus eines Fahrzeuges
angestellt werden. Es kommt auf
die Ökobilanz an. Das beginnt bei der
Entwicklung der Fahrzeuge und endet
bei dem Recyclingprozess. Dieser Prozess
steht unter der Maxime von der
Herstellung bis zu der Entsorgung den
Energieverbrauch und den CO2 –Ausstoß
zu minimieren.
Der größte Forschungs- und Innovationsbedarf
besteht jedoch bei den Energiespeichern.
Für den mobilen Einsatz
ist es dringend erforderlich, höhere
Leistungs- und Energiedichten sowie
Verbesserung des Wirkungsgrades zu
erreichen, damit diese für Hybridantriebe
so wichtigen Speicherkomponenten
zu günstigen Preisen und Betriebsbedingungen
zur Verfügung stehen.
Fazit
Die umwelttechnologischen Innovationen
der Unternehmen der elektrischen
Bahntechnik im ZVEI in den zurückliegenden
Dekaden sind beachtlich. Neben
positiven Umwelteinflüssen durch weniger
CO2-Ausstoß haben die Betreiber