Leonardo ENERGY Deutschland

Sofern die Linien aber keine oder zu wenig elektrifizierte Hauptstrecken berühren, könnte, solange der rein elektrische Betrieb sich noch nicht durchsetzen lässt, ein Fahrzeug eine Brücke bilden, das vordergründig wie ein Auto mit Hybrid-Antrieb scheint. Nüchtern betrachtet, also vom Standpunkt der Energie-Versorgung her, verhielte sich ein solches Fahrzeug wie ein reines Dieselfahrzeug, doch könnte hiervon ein wesentlich größeres Sparpotenzial erschlossen werden als auf der Straße. Dies sollte im Abschnitt 4 deutlich geworden sein, da die Dieselmotoren bei der Bahn grob geschätzt 90% ihres Lebens im Leerlauf zubringen. Statt die Dieselmotoren direkt auf die Antriebsachsen wirken zu lassen, sollte ein ganz »gewöhnlicher« Einzelachs-Antrieb mit Elektromotoren eingesetzt werden, die die volle Leistung entfalten. Hinzu käme ein Dieselgeneratorsatz, der nur für die gemittelte Leistung, einschließlich der negativ gerechneten Rückspeiseleistung, ausgelegt sein müsste. In Wirklichkeit würde es sich dabei um ein Elektrofahrzeug mit eingebauter Stromversorgung handeln, nicht um ein Hybridsystem, denn ohne den Akkumulator könnte ein solches Fahrzeug mit den Dieselmotörchen allein nicht fahren. Vielmehr ginge es hier um ein Elektrofahrzeug mit »Reichweiten-Verlängerung«, zu Deutsch »Range Extender«. Für ein Fahrzeug ähnlich dem »TALENT«-Triebzug der Baureihe 643, das von zwei Dieselmotoren zu je 315 kW angetrieben wird, müsste ein PKW-Motor von 66 kW ausreichen – oder deren zwei, da der Leerlauf-Betrieb oftmals kein reiner Leerlauf ist, insbesondere wenn die Klimaanlage in Betrieb ist. Den zweiten Generatorsatz könnte man dann wahlweise nach Bedarf zu- oder abschalten. Alternativ kämen auch Gasturbinen in Betracht, deren Vorteil in einer hohen Drehzahl liegt, wodurch das gesamte Aggregat kleiner und entsprechend leichter würde. Gerade Turbinen lassen sich dort besonders wirtschaftlich einsetzen, wo sowohl Drehzahl als auch Last konstant bleiben. Eben deswegen trifft man sie bisher nie im Fahrzeug-Antrieb, stets aber in Kraftwerken an. Von ihrer hohen Leistungsdichte zeugt der Einsatz in der Luftfahrt.

Vom dieselelektrischen Antrieb zum Hybrid-Antrieb

Zwischen den Generator und den elektrischen Antrieb setzt man einen Akkumulator, der hier nur einen Bruchteil der Kapazität des voll elektrischen Fahrzeugs haben müsste. Eine Auslegung, die zur Überwindung einer Steigung mit 100 m, 200 m oder 300 m Höhen-Unterschied, je nach Einsatzfall, ausgelegt ist, wäre ausreichend. Ein Beschleunigungs-Vorgang verbraucht weniger als das. Lediglich die gleiche Strom-Belastbarkeit wie beim reinen Akku-Fahrzeug wäre gefordert. Der Dieselmotor liefe ständig mit voller Leistung – und dies bedeutet bei optimaler Drehzahl und bestem Wirkungsgrad – und die Differenz zwischen Angebot und Nachfrage würde der Akku schlucken bzw. bereit stellen. Die Nutzbremsung wäre in vollem Umfang gegeben. Wärme würde kontinuierlich produziert, müsste also nicht bergauf zum größten Teil weggeworfen, bergab zusätzlich im Heizkessel erzeugt werden. Der Dieselmotor könnte automatisch oder ferngesteuert rechtzeitig vor Antritt der Fahrt angelassen werden und eine Zeit lang so zu sagen als Blockheizkraftwerk laufen, damit das Fahrzeug bereits schön warm ist, wenn die ersten Fahrgäste des Tages zusteigen. Das Fahrzeug sollte dazu am Abend zuvor ganz gezielt mit noch nicht ganz vollem Akku abgestellt werden, damit es noch etwas aufzuladen gibt, wenn es etwas zu heizen gibt. Der Heizkessel könnte entfallen und würde die Kostenbilanz weiter entlasten. Ein auf diese Weise von der Netzfrequenz entkoppeltes Blockheizkraftwerk könnte, durch eine Gasturbine angetrieben, beliebig schnell laufen, wodurch auch der Generator kleiner und leichter und die Frequenz höher würde, was die Gleichrichtung und Glättung bei Speisung auf eine Gleichstromlast (Laden eines Akkumulators) erleichtert.

Natürlich ließe sich ein solches Fahrzeug auch zusätzlich mit einer Ladevorrichtung für die Nacht (»Plug-In Hybrid«) oder, falls es unter Fahrdraht übernachtet, mit einem Stromabnehmer (»Pop-Up Hybrid?«) ausstatten, mit billigem Nachtstrom vorheizen und dann das erste Stück ohne Gebrauch des Dieselmotors fahren. Es kommt jedoch darauf an, was der Lokführer daraus macht. Schon jetzt beobachtet man, dass der eine beim Dieselfahrzeug während eines mehrminütigen planmäßigen Aufenthalts die Motoren abschaltet, der andere sie aber laufen lässt.

Überhaupt gilt es zu bedenken, dass der Preis des Akkus im PKW wahrhaft erschreckend wirkt, da er die Hälfte des Kaufpreises ausmacht. Beim Akku-Triebwagen jedoch wäre es nur etwa ein Viertel des Gesamtpreises. Mit dem Diesel-Aggregat wird nur noch ein Bruchteil dieser Speicherkapazität gebraucht, und so bleibt genügend Platz und Geld für den Generator übrig. Der einzig verbliebene, stark geschrumpfte Dieselmotor kostet und wiegt, zumal ohne das komplizierte Getriebe, ebenfalls weit weniger als die beiden Fahrmotoren der BR 643 oder beispielsweise 648, und bei permanentem »Vollgas«-Betrieb verbraucht er etwa 20 Liter Kraftstoff in der Stunde. Damit führen die bestehenden Baureihen 643 und 648 nur etwa 20 km weit. Im fahrplanmäßigen Betrieb sollten sie eigentlich das Doppelte oder Dreifache in einer Stunde schaffen. Entsprechend groß wäre der Einspar-Effekt: Rund einen halben Liter Dieselkraftstoff auf jedem Kilometer. Strom macht’s möglich.

Hybrid-Antrieb auch im Fernverkehr?

Dabei muss ein solches Fahrzeug nicht notwendigerweise auf den Nahverkehr beschränkt bleiben, denn es gibt bei der DB AG nach langer Zeit nun wieder wenigstens ein einziges Dieselfahrzeug des Fernverkehrs, die BR 605, einen 4-teiligen ICE-Triebzug mit Neigetechnik, angetrieben von 4 Dieselmotoren zu je 560 kW und mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h. Seit der Indienststellung der 20 Züge im Jahr 2000 führten auch die 19 verbliebenen – einer wurde bei einem Sturz von einer Hebebühne vollständig zerstört – ein glückloses Dasein. Wegen technischer Probleme durfte u. a. die Neigetechnik auf Geheiß des Eisenbahn-Bundesamtes nicht genutzt werden. Letztendlich wäre die Elektrifizierung der Strecken, für die diese Fahrzeuge vorgesehen waren, kostengünstiger gewesen. Eben deshalb würden sich diese Fahrzeuge für einen Umbau als Versuchszüge geradezu anbieten, denn:

• Diese Züge sind mit dieselelektrischem Antrieb ausgestattet, verfügen also bereits über elektrische Fahrmotoren und Umrichter.
• Sie entstanden nach Angaben der DB auf der Plattform des 5-teiligen elektrischen Triebzugs der BR 415.
• Sie waren über mehrere Jahre außer Dienst gestellt.
• Sie standen zum Verkauf, aber niemand wollte sie haben.
• Als Grund für die beiden letztgenannten Punkte werden u. a. hohe Kraftstoffkosten angeführt.

Heute bedient ein Teil dieser Züge die Strecke von Berlin über Hamburg nach Kopenhagen, während einige von ihnen noch immer im Depot stehen. Die Tour nach Dänemark verläuft zunächst bis Hamburg über 285 km mit hoher Geschwindigkeit, aber ohne Halt, danach mit mehr Halten, aber recht gemächlichem Tempo, was jeweils den Kraftstoff-Verbrauch dämpfen sollte. Dieser wird dabei immer noch mit etwa 3 l/km angegeben. Getankt werden sollte aus Preisgründen vorzugsweise in Dänemark, doch das haut bei diesem Verbrauch nicht immer hin. Auch ist der größere Teil der Strecke elektrifiziert (Bild 35). Da die sagenhafte Fehmarn-Brücke noch auf sich warten lässt, werden die Züge zwischen Puttgarden und Rødby auf eine Eisenbahnfähre verladen. Beim Einfahren werden 3 der 4 Motoren abgeschaltet, um die Abgas-Belastung im Inneren des Schiffes zu begrenzen. Während der Überfahrt darf dann gar kein Diesel laufen, und der Zug wird über Steckvorrichtungen vom Bordnetz des Schiffes versorgt – sprich letztendlich wieder mit Strom beheizt, der aus Dieselgeneratoren stammt, während sich die Fahrgäste noch nicht einmal im Zug, sondern an Deck des Schiffes aufhalten.

Damit liegen die Kraftstoffkosten bei 2000 € für eine einfache Fahrt! Das entspricht rund 18 Vollpreis-Reisenden, 36 Fahrgästen mit BahnCard 50 oder 43 Inhabern von Sparpreis-Fahrkarten auf den insgesamt 195 Sitzplätzen. Das Einspar-Potenzial müsste nun bei rund einem Liter Dieselkraftstoff je Kilometer, also etwa 700 € reine Netto-Ersparnis je einfacher Fahrt liegen (von CO₂ bei dem hohen Windkraft-Anteil der dänischen Stromversorgung gar nicht erst zu reden). Wenn also Energiekosten bei der DB AG nur 3% ausmachen, so ist das dem hohen Grad der Elektrifizierung zu verdanken. Im Dieselfahrzeug müssen schon zwischen 10% und 22% aller Sitzplätze besetzt sein, um allein die Kraftstoffkosten »wieder herein zu fahren«. Das sieht schlecht aus für die anderen 97% der Kosten.

Was läge angesichts all dessen näher als 2 oder 3 der 4 Dieselaggregate gleich ganz auszubauen und den Platz zum Einbau von Akkumulatoren zu nutzen? Zu erwägen wäre auch der rein elektrische Betrieb, je nach Verfügbarkeit auf dem jeweiligen Streckenabschnitt aus dem Akkumulator, dem Fahrdraht oder dem Schiffsnetz gespeist. Eine Baureihe, der zeitweise schon stark der zweifelhafte Ruhm einer Fehlplanung anhaftete, könnte so zu einem Paradepferd und Vorzeige-Objekt der DB AG in Sachen Umweltschutz und Energie-Einsparung werden – und sich ganz nebenbei auch noch bezahlt machen, ehe die BR 605 zum »E 605« in den Bilanzen der DB wird. Womöglich fänden sich nun auf einmal Käufer für den Zug – aber er stünde nicht mehr zum Verkauf; es sei denn, er würde als neues Industrieprojekt aufgelegt und in entsprechenden Stückzahlen gezielt für den Export gebaut. Das wäre eine Sache der Bahnindustrie.

Hybrid-Antrieb im Rangierdienst?

Einen Anfang hat diese immerhin schon gemacht, denn die Rangierlokomotive mit Hybrid-Antrieb gibt es inzwischen. Nach 5 Jahren Entwicklungszeit wurde sie auf der Innotrans 2010 vorgestellt (Bild 36) und wird zu Preisen um etwa 1,6 Millionen Euro angeboten. Dabei handelt es sich bisher um von Grund auf renovierte, umgebaute, sehr alte Lokomotiven der Reichsbahn der DDR. Sie wurden mit Nickel-Cadmium-Akkumulatoren ausgerüstet und die Leistung des Dieselmotors deutlich reduziert, der zudem erst automatisch anspringt, wenn die Akkuladung zur Neige geht. Anderenfalls wäre es vorhersehbar, dass die Lokführer, die den Kraftstoff nicht bezahlen müssen, aber Ärger bekommen, wenn die Lok nicht fährt, den Motor »vorsichtshalber« eben doch in gewohnter Manier dauernd laufen lassen. So aber werden 40%, teilweise je nach Quelle – und natürlich abhängig von der Betriebsart – auch 50% Kraftstoff-Einsparung angegeben. Die Amortisationszeit soll bei der für Rangierloks typischen Betriebsweise etwa 5 Jahre betragen. Dies erscheint plausibel, da sich diese Betriebsweise ganz erheblich vom Hybrid-PKW unterscheidet, wo man schon einen Ottomotor einbauen muss, damit der Hybrid-Antrieb noch etwas bringt, weil der Dieselmotor sich für das Anforderungsprofil im Straßenverkehr schon »zu gut« eignet. Somit wäre es nun an der Zeit, mit dem in Abschnitt 4.3 erwähnten »Gütertriebwagen« einen neuen Anlauf in Hybridtechnik zu wagen.

Hybrid-Antrieb im Nahverkehr – ein Versuch

Im Personen-Nahverkehr gibt es inzwischen entsprechende Versuche. Dabei scheut man aber offensichtlich immer noch die Kosten für ein ausreichend großes Akkumulator-Paket. So wurde lediglich einer der beiden Dieselmotoren zu je 315 kW des Dieseltriebwagens BR 642 weggelassen und der andere zusammen mit einem 400 kW starken Generator auf einer Welle angeordnet. So gelangt man zu einem Parallel-Hybrid, bei dem der Dieselmotor indirekt über den Elektro-Antrieb und auch direkt auf die Antriebsräder arbeiten kann, jedoch »der Antriebsstrang des hydrodynamischen Getriebes bleibt unverändert.«. Somit zieht der Generator im Motorbetrieb darüber hinaus auch noch den Dieselmotor mit. Das ist kein echter Hybrid-Antrieb, sondern Flickschusterei – genau wie man bei den Elektroautos über Jahrzehnte hinweg immer wieder einmal aus einem bestehenden, für einen Otto- oder Dieselmotor konzipierten Fahrzeug diesen ausbaute, durch einen Elektromotor ersetzte und so zielsicher vermied, dass die Vorteile des elektrischen Antriebs wirksam wurden. Entsprechend erwartet man von dem Hybrid-Triebwagen, der konsequenterweise immer noch die Baureihennummer 642 trägt (statt z. B. die 700er-Nummern hierfür heran zu ziehen), Kraftstoff-Einsparungen »bis zu 25%«. Gegenüber einem Hybrid-PKW ist das schon sehr viel, bleibt aber weit hinter dem zurück, was gemäß den voraus gegangenen Berechnungen von dem zuvor beschriebenen Konzept erwartet werden dürfte, das ein »Akkumulator betriebenes Elektrofahrzeug mit zusätzlichem Generator« vorsieht.

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