"Entwicklung von Betriebskonzepten für Nahverkehrsfahrzeuge mit alternativen Antrieben";
Dissertation 24.08.2011
Stichwörter: Eisenbahnbetrieb
Die vorherrschenden klimatischen und atmosphärischen Entwicklungen fordern von den aktuellen Generationen Forschung für nachhaltige Veränderung und Bewahrung der Umwelt. Hierbei ist bei einer der Hauptursachen, den Antrieben der vorhandenen Transportsysteme, anzusetzen. Diese Ansätze schlagen sich in bereits ermittelten Konzepten und Entwürfen verschiedener Transportsysteme nieder, auch die Umsetzung findet in einigen Fällen schon statt. Der Eisenbahnverkehr stellt bereits ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Transportmittel dar, weshalb die Expansion und die Weiterentwicklung des Eisenbahn¬systems durch seine einzigartigen Vorzüge von großem Interesse sind, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Daher sind für den Einsatz von alternativen Antrieben im Eisenbahnsystem Betriebskonzepte und Verfahren in stetiger Entwicklung.
Es wurde untersucht, wann und wie Fahrzeuge des Eisenbahnsystems mit alternativen Antrieben im Vergleich zu herkömmlichen Antrieben Vorteile erzielen und ökonomisch die traditionellen Antriebe ersetzen können. Weiterhin wurde überprüft, ob durch den Einsatz der entwickelten Verfahren mit herkömmlichen Antrieben weitere Optimierungen im Eisen¬bahnbetrieb erreicht werden. Hinsichtlich der Anforderungen und der Aufgaben des Eisenbahnsystems soll in beiden Untersuchungen eine wirtschaftliche Anwendung gewähr¬leistet werden. Unter dem Begriff „alternative Antriebe“ wurden in dieser Arbeit Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieben betrachtet und untersucht.
In der vorliegenden Arbeit werden Betriebskonzepte entwickelt, welche den Einsatz von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben im Eisenbahnnahverkehr auch unter wirtschaftlichen Randbedingungen ermöglichen. Hierfür wurde untersucht, welche Randbedingungen und Anforderungen erforderlich sind und ob Fahrzeuge mit alternativen Antrieben auf den vorhandenen Eisenbahnnetzen eingesetzt werden können. Daher wurden die Erkenntnisse hinsichtlich der Wasserstoffherstellung beschrieben. Darüber hinaus wurden Möglichkeiten für die Speicherung genannt und schließlich wurde die Energieerzeugung aus Wasserstoff untersucht und belegt, um eventuell auftretende Hindernisse beim Einsatz eines Fahrzeugs aufzuzeigen und mögliche Maßnahmen anzugeben. Weiterhin wurden die Eigenschaften der Eisenbahnnetze sowie ihre Gestaltung betrachtet. Ebenso wurden die betrieblichen Anforde¬rungen sowie die Verbindungsmöglichkeiten untersucht
Es wurde ein algorithmisches Verfahren entwickelt, durch welches die optimale Fahrzeug¬anzahl eines Netzes ermittelt wurde. Dafür wurden Kenngrößen wie die Reisezeit, die Ankunfts- und die Abfahrtszeit, die Wendezeit, Zeiten für Tankvorgänge und andere Service sowie die mögliche Reichweite eines Zuges in die Untersuchung mit aufgenommen. Des Weiteren wurde angesichts der Infrastruktureigenschaften ein Fahrzeug mit geeignetem Antriebssystem ausgewählt.
Zudem wurde ein Verfahren entwickelt, in dem ein Verhältnis zwischen den Eigenschaften des Zuges, des Betriebsprogramms und der Infrastruktur hinsichtlich der Maximalfahr¬geschwindigkeit, der gewünschten Reisezeit (Ankunfts- und Abfahrtszeit), des Abstands zwischen den Haltestellen und des Energieverbrauchs untersucht wurden. Daraufhin wurden für die jeweilige Fahrt unterschiedliche Fahrweisen ermittelt und ihre Wirkung auf die Betriebsqualität des Netzes untersucht. Hierbei wurde die Qualität einer Fahrt erhöht.
Zum Abschluss wurden die Einsatzmöglichkeiten sowie die Anwendbarkeit des Verfahrens überprüft. Dazu wurde der Verkehr in einem Modellnetz als Beispiel verwendet. Die Anwendung der entwickelten Verfahren hat deutlich bewiesen, dass eine optimale Fahr¬zeuganzahl im Netz und Fahrten mit einem minimalen Energieverbrauch sowie einer gewünschten Betriebsqualität ermittelt werden können. Durch diese Ergebnisse kommt man dem Einsatz von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben im Eisenbahnnahverkehrssystem und damit der Verbesserung der Umwelteinflüsse einen Schritt näher.