8.2 Könnte denn die Bahn noch mehr Energie sparen?

Jul 23rd, 2010 by Stefan Fassbinder

Eindeutig ja, und zwar insbesondere:

Im Fernverkehr, wo sehr schnell gefahren wird,
im Nahverkehr, wo oft gehalten wird,
und im Güterverkehr, wo die bewegten Massen besonders groß sind.

Das Einspar-Potenzial liegt also bei der Bahn »insbesondere« … – überall! Sind die Potenziale auf der Straße und in der Luft während der letzten wenigen Jahrzehnte schon weit gehend erschlossen worden, blicken die Bahnen in einer Welt knapper und entsprechend teurer werdender Treib- und Brennstoffe dennoch einer großartigen Zukunft entgegen. Schon seit etlichen Jahren sind bei der Deutschen Bahn AG ebenso wie beispielsweise in den führenden »Bahn-Nationen« Frankreich und Japan optimale Züge und optimale Trassen in Betrieb, aber erst, wenn beides zusammenkommt, kommt der bereits lange – nicht nur auf dem Papier, sondern im wirklichen Leben – bestehende Fortschritt richtig zum Tragen. Die Elektrifizierung ist hierzu eine notwendige Voraussetzung. In Tabelle 5 wurde dies einander gegenüber gestellt, basierend auf den folgenden Angaben und ergänzenden Annahmen:

Die spezifischen Verbräuche liegen bei 15,2 kWh Strom je Kilometer für die E-Lok BR 101 und 3 l Dieselkraftstoff je Kilometer für den Dieseltriebwagen BR 605. Diese Werte stammen aus der betrieblichen Praxis.
Der 4-teilige Dieseltriebwagenzug BR 605 wird hier (in Doppeltraktion) mit einem elektrisch betriebenen IC-Zug mit 8 Wagen verglichen – beim Fahrwiderstand einschließlich Bistrowagen, bei den Sitzplätzen jedoch mit nur 7 Wagen gerechnet, denn auch die beiden Dieseltriebwagenzüge führen je ein kleines Bistro mit. Rechnerisch benötigt ein IC-Zug aus Lok und 3 Wagen, also 4 Fahrzeugen, bei einer Geschwindigkeit von 200 km/h etwa 850 kW mechanische Leistung allein zur Überwindung des Luftwiderstands. Der 4-teilige Triebwagenzug hat jedoch einen deutlich günstigeren c_w-Wert. Rechnet man mit 600 kW bei 200 km/h, so entspricht dies 600 kWh für 200 km oder 3 kWh bzw. (bei 33% Gesamt Wirkungsgrad) 1 l Kraftstoff für einen Kilometer. Davon wird dem hinteren Zugteil wegen Fahrens im Windschatten rechnerisch die Hälfte, also 0,5 l/km, »erlassen«. Da der Zug in der Praxis keineswegs ständig gleichförmig mit Höchstgeschwindigkeit fährt, sondern die meiste Energie für Beschleunigungen wird aufwenden müssen, ist dies schon ein äußerst großzügiger »Rabatt«.
Die Jahreslaufleistung der BR 101 wird mit 380.000 km angegeben. Für die BR 605 lagen keine Angaben vor. Wegen der Gleichheit der Höchstgeschwindigkeit wurde der gleiche Wert wie für den Elektrozug angenommen.
Um nicht nur die ökonomische, sondern auch die ökologische Rentabilität vergleichen zu können, wurde eine rein thermische Strom-Erzeugung und einschließlich Übertragungs- und Verteilstrukturen ein Gesamt-Wirkungsgrad von ≈ 33% bis zum Stromabnehmer angenommen.
Entsprechend wurde für die Herstellung von Dieselkraftstoff ein »Wirkungsgrad« von 85%, also 15% Energie-Verbrauch im Herstellungs- und Transport-Prozess aus Erdöl, eingesetzt.

Das Ergebnis besteht aus nichts als Pluspunkten für die elektrische Zugförderung:

Die jährlichen Energiekosten je Kilometer liegen beim Diesel-Betrieb 4 Mal so hoch, je Kilometer und Sitzplatz 5,5 Mal so hoch wie beim Elektro-Betrieb! Diese Diskrepanz ist natürlich großenteils auf die denkwürdige Preispolitik beim Dieselkraftstoff (»Schienensteuer«) zurück zu führen, aber dennoch:
Bei der Primärenergie ergibt sich selbst mit den hier sehr ungünstigen Annahmen, wenn man ausschließlich von Wärmekraftwerken alter Prägung mit mäßigen Wirkungsgraden ausgeht, immer noch eine Einsparung von fast 50%. Die neuesten GuD-Anlagen erreichen jedoch schon 60% Maschinen-Wirkungsgrad, was einem Gesamt-Wirkungsgrad bis zur Lok – Stromabnehmer bzw. Einfüllstutzen – von gut 50% entspräche. Damit ergäben sich 65% Brennstoff-Einsparung! Denn was nützt der Diesellok ein guter, aber eben auf die Nennleistung bezogener Motor-Wirkungsgrad von 40%, wenn dieser Motor 90% seiner Betriebsdauer im Leerlauf verbringt? Der Leerlauf-Verbrauch wäre hier die entscheidende Größe.
Je mehr Strom aus regenerativer Erzeugung im Kraftwerksmix enthalten ist, desto »grüner« wird die elektrische Zugförderung gegenüber dem Dieselfahrzeug.
Entsprechend fällt natürlich der Vergleich mit dem Haupt-Konkurrenten, dem Individualverkehr mit dem privaten PKW, aus: Wenn ein ICE-Zug mit 450 Sitzplätzen zur reinen Überwindung der Reibungswiderstände eine Antriebsleistung von 4,5 MW benötigt, um eine Geschwindigkeit von 300 km/h aufrecht zu erhalten, macht das 10 kW pro Sitzplatz aus. Der PKW benötigt bei »nur« 200 km/h bereits 25 kW je Sitzplatz. Bei dieser Geschwindigkeit benötigt der Zug nur noch 4 kW je Fahrgast. Gelingt es, durch optimierte elektrische Antriebe in einer optimierten Umgebung die enorme kinetische Energie größtenteils zurück zu gewinnen, ist dies praktisch schon der gesamte Leistungsbedarf und der Elektrozug der Gewinner.

Tabelle 5: Exemplarischer Vergleich von Energieverbrauch und Energiekosten eines Elektrozuges mit einem Dieseltriebzug im Personenverkehr

Hierbei bleibt zu berücksichtigen, dass der bestehende elektrifizierte Bahnbetrieb offensichtlich zwar schon recht sparsam, aber noch nicht effizient ist, sondern immer noch ein ungeheures Sparpotenzial bietet, denn:

DB Regio berichtet eine Rückspeisequote von nur 10% des im Regionalverkehr aufgenommenen Traktionsstroms.
Der Ersatz der zweiten Hälfte alter Schaltwerks-Lokomotiven wird diesen Anteil im Laufe der nächsten Jahre auf 20% steigern (Bild 37, Tabelle 6).
Die Betrachtung eines Regional-Express-Zuges in Abschnitt 5.1 erbrachte ein prinzipielles Rückspeise-Potenzial von 50%, also werden derzeit auch mit gegebener Rückspeise-Fähigkeit noch immer 60% der aufgenommenen Energie »verbremst«.
Dummerweise befinden sich im Regionalverkehr noch sehr viele relativ moderne Doppelstock-Reisezugwagen im Einsatz. Erst wenn diese in etwa 20 bis 30 Jahren außer Dienst gestellt werden, wird die genannte Umstellung auf Triebwagenzüge erfolgen, also müssen noch neue Regionalverkehrs-Lokomotiven eingesetzt werden – aber eben wegen der geplanten Umstellung so wenige wie möglich. Das ist wie ein »Bestandsschutz für die alten Möhrchen« ohne Rückspeisung. Triebwagenzüge sind aber leichter und verbrauchen schon allein deswegen weniger Energie. Außerdem erleichtert der verteilte Antrieb die Ausweitung der Rückspeisung.

Man darf also wohl davon ausgehen, dass im bestehenden elektrifizierten Regionalverkehr – allein durch weitestmögliche Ausnutzung der Rückspeisung und die Umstellung auf Triebzüge – noch ein Einsparpotenzial von 60% steckt! Im »konventionellen« Fernverkehr – IC, ICE1, ICE2 – dürfte es ähnlich aussehen; ICE3 und ICE-T sind hier weiter entwickelt. Bei IC-Zügen liegt eine Möglichkeit der Verbesserung, die zum Teil schon praktiziert wird, in der »Sandwich-Traktion«: Der Zug bekommt eine zweite Lok am anderen Ende. Eine zweite Lok ist sehr teuer, aber der eingesparte Steuerwagen ist auch deutlich teurer als ein Mittelwagen, was die Kosten der Maßnahme dämpft.

Bild 37: Entwicklung des Bestands alter und neuer elektrischer Triebfahrzeuge bei der DB AG in der Übersicht

Dabei geht der Trend bereits seit langem in die richtige Richtung (: Seit Mitte der 90er Jahre sind die CO₂-Emissionen im Personenverkehr je Personenkilometer bereits um 25%, im Güterverkehr pro Tonnenkilometer sogar um 29% zurück gegangen. Dies dürfte zum größten Teil auf den Ersatz alter Schaltwerks-Elektroloks durch neue, rückspeisefähige Fahrzeuge zurück zu führen sein.

Für jene Strecken, auf denen sich eine Elektrifizierung trotz alledem nach gegenwärtigen Praktiken und Rechenmethoden noch immer nicht lohnt, wurden Vorschläge entworfen, wie in Zukunft vielleicht der Strom für ein Elektrofahrzeug mitgenommen werden kann, zumindest aber durch Einsatz von deutlich mehr Elektrotechnik dem Dieselmotor beigebracht werden kann, den Kraftstoff noch besser auszunutzen als dies bislang möglich ist. Dabei wiegt besonders schwer, dass die DB AG für Dieselkraftstoff offenbar einen ähnlich hohen Steuersatz bezahlen muss wie der Autofahrer. Heizöl kostet nur die Hälfte. Die in der öffentlichen Wahrnehmung ebenso wie im wirklichen Leben vorhandenen ökologischen Vorzüge der Züge könnten vorzüglich genutzt werden, um den Vorsprung weiter auszubauen. Dies sollte in der Öffentlichkeit und in der Politik möglichst noch weiter gehend als bisher wahrgenommen werden. Das BMBF und die EU-Kommission fänden hier wirklich förderungswürdige Projekte vor, die Europa über die erzielbare Energie-Einsparung hinaus als Technologie-Standort stärken könnten.