Abstract
(Deutsch)
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Obwohl die SBB über ein vollständig elektrifiziertes Netz verfügt, benötigt der Betrieb und Unterhalt der hochbelasteten Infrastruktur auch zukünftig Fahrzeuge, welche unab-hängig von der Energieversorgung durch die Fahrleitung verkehren können.
Bisher wurden Fahrzeuge für diese Einsatzzwecke grundsätzlich mit einem dieselbe-triebenen Antrieb beschafft. Begünstigt durch die Tatsache, dass diese Lokomotiven meist auch auf elektrifizierten Streckenabschnitten verkehren, setzen sich vermehrt auch Fahrzeuge mit einem 2-Kraft-Antrieb (elektrischer und thermischer Antrieb) durch.
Nach wie vor bestehen aber Rollmaterialgattungen, bei welchen dieses Konzept aus technischen, betrieblichen und insbesondere wirtschaftlichen Gründen nicht umsetzbar scheint.
Mittels dieser durch das BAV geförderten Vorstudie untersuchte die SBB in Zusam-menarbeit mit dem Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), den zukünftigen Einsatz alternativer Antriebskonzepte für nachfol-gende Einsatzzwecke zur Reduktion des Energieverbrauches und der damit verbunde-nen Emissionen:
- Baudienstverkehr
- Rangierdienst (Zerlegen und Neuformieren von Zügen)
- Einzelwagenladungsverkehr (bei SBB Cargo)
- Interventionstätigkeiten (durch die SBB Betriebswehr)
Basierend auf bestehendem Rollmaterial und deren Betriebskonzepte analysierte das DLR mit einem Zeithorizont bis 2020 das Potenzial bekannter, sich in der Entwicklung befindlichen und zukünftigen Antriebstechnologien. Grundsätzlich ergeben die betrach-teten Technologien zwei Handlungsansätze:
Verbesserung der Energieeffizienz bestehender Antriebskonzepte
Auf Grund diverser Bedingungen kann kein kompletter Wegfall des Dieselmotors erfol-gen. In diesen Fällen ist das bestehende Konzept weit möglichst zu optimieren. Dies kann durch den Einsatz von alternativen Treibstoffen, der Verwendung mehrerer kleine-rer Motoren oder Hybridantrieben und der Einführung einer Start/Stopp-Funktion reali-siert werden.
Ersatz des Dieselantriebes durch alternative Antriebstechnologien
Bei der Substitution des konventionellen Dieselmotors ist die grösste Hürde für die Ver-wendung alternativer Antriebe das Mitführen und/oder Speichern der benötigten Ener-giemenge.
Untersucht wurden dabei der Einsatz von Energiespeicher- und Brennstoffzellenantrie-ben.
Die meisten Technologien lassen sich zudem kombinieren, so dass z.B. der 2-Kraft-Antrieb (elektrisch/ thermisch) zukünftig zu einem 2-Kraft-Antrieb mit Energiespeicher weiterentwickelt werden und der Dieselmotor komplett wegfallen kann (ersetzt durch Energiespeicher).
Nachfolgende Tabelle fasst die Einsatzcharakteristik und die resultierenden Empfehlun-gen stichwortartig zusammen.
Als kurz bis mittelfristige Massnahme ist für alle Fahrzeugtypen der Einsatz von Gas- und Biotreibstoffen zu prüfen. Zusätzlich zu den damit reduzierten Energiekosten ist dadurch eine Verringerung der CO2-Emissionen zu realisieren.
Zu berücksichtigen sind jedoch die fahrzeugseitigen Anpassungen sowie die zusätzli-che Infrastruktur für die Betankung von gasförmigen oder flüssigen Treibstoffen.
Generell gilt es, die Fahrzeuge soweit möglich zu elektrifizieren was insbesondere durch den steigenden Anteil erneuerbarer Energien im SBB Bahnstrom zu grossen Kos-ten- und Emissionsreduktionen führt.
Beim Einsatz von Brennstoffzellen für den fahrleitungsunabhängigen Betrieb gilt es zu beachten, dass der Wirkungsgrad des eigentlichen Antriebs gesteigert und die direkten Emissionen vermieden werden, aber die indirekten Emissionen für die Gewinnung, den Transport und die Lagerung des Wasserstoffs sich, je nach Erzeugungsart, auch ver-schlechtern können.
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Abstract
(Englisch)
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Although SBB has a fully electrified network, vehicles that can run via the overhead power line independently of the power supply will also be required to ensure that the heavily used infrastructure can be operated and maintained in future.
Previously, the vehicles procured for this purpose have always been diesel-powered. Due to the fact that these locomotives usually also run on electrified sections of track, dual-powered vehicles (with an electric and thermal drive system) are also becoming increasingly prevalent.
However, there are still certain types of rolling stock for which this concept does not ap-pear to be feasible for technical, operational and – in particular – financial reasons.
SBB, in collaboration with the Institute of Vehicle Concepts at the German Aerospace Centre (DLR), used this preliminary study funded by the Federal Office of Transport (FOT) to investigate the possibility of using alternative drive concepts in future for the purposes listed below, with the aim of reducing energy consumption and the associated emissions:
- Construction traffic
- Shunting service (disassembling and re-assembling trains)
- Wagonload traffic (for SBB Cargo)
- Intervention (by the SBB internal fire-fighting and rescue service)
Based on the existing rolling stock and its operational concepts, DLR analysed the po-tential of established and future drive technologies, as well as those under develop-ment, for a time period up to 2020. The technologies examined essentially offer two possible courses of action:
Improving the energy efficiency of existing drive concepts
Various conditions make it impossible to dispense with diesel engines completely. In this case, the existing concept must be optimised as far as possible. This can be done by using alternative fuels, using several smaller engines or hybrid drive systems and introducing a start/stop function.
Replacing the diesel drive system with alternative drive technologies
If conventional diesel engines are replaced, the biggest hurdle standing in the way of using alternative drive systems is the problem of conveying and/or storing the amount of energy required.
The use of drive systems based on energy storage or fuel cells has been investigated in this regard.
Most technologies can also be combined, which means that the dual-powered (elec-tric/thermal) system, for example, could be developed into a dual-powered drive system with energy storage in future and diesel engines could be dispensed with completely (replaced with energy storage systems).
The table below provides a bullet point summary of the usage characteristics and the recommendations based on this.
As a short- to medium-term measure, checks are to be carried out on all vehicle types to ascertain whether gas and biofuel can be used. In addition to bringing down energy costs, this is intended to reduce the level of CO2 emissions.
However, vehicle modifications and the additional infrastructure required for filling up vehicles with gaseous or liquid fuels must be taken into consideration.
In general, it is important to electrify the vehicles as far as possible. The increasing use of renewable energies to power SBB rail operations is a key factor in significantly reduc-ing costs and emissions.
With regard to the use of fuel cells for operations running independently of the overhead power line, it is worth noting that, as well as improving the efficiency of the actual drive system and avoiding direct emissions, the level of indirect emissions resulting from pro-ducing, transporting and storing hydrogen could also be reduced depending on the pro-duction methods used.
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Abstract
(Französisch)
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Bien que les CFF disposent d’un réseau intégralement électrifié, l’exploitation et l’entretien de l’infrastructure fortement sollicitée nécessiteront aussi à l’avenir des véhicules capables de circuler indépendamment de l’alimentation énergétique fournie par la ligne de contact.
Jusqu’ici, les véhicules acquis à cet effet étaient généralement équipés d’un moteur diesel. Mais comme ces locomotives circulent elles aussi, le plus souvent, sur des tronçons de ligne électrifiés, les véhicules dotés de deux types d’entraînement, électrique et thermique, se multiplient.
Cependant, certaines catégories de matériel roulant semblent toujours incompatibles avec ce concept pour des raisons techniques, opérationnelles et surtout économiques.
Par la présente étude préliminaire requise par l’OFT, les CFF ont examiné, en collaboration avec l’institut «Concept de véhicules» du Centre allemand de recherche aérospatiale (DLR), l’utilisation de concepts d’entraînement alternatifs pour les applications indiquées ci-après en vue de réduire la consommation énergétique et, partant, les émissions de gaz polluants:
- Transports du service des travaux
- Service de la manoeuvre (dégroupement et nouvelle formation de trains)
- Trafic par wagons complets isolés (chez CFF Cargo)
- Activités d’intervention (par la défense d’entreprise CFF)
Le DLR a analysé, à l’horizon 2020, le potentiel de technologies d’entraînement connues, en cours d’élaboration et futures en tenant compte du matériel roulant actuellement utilisé et des concepts d’exploitation. Les technologies examinées permettent d’identifier deux axes de travail:
Amélioration de l’efficacité énergétique des concepts d’entraînement existants
La suppression pure et simple des moteurs diesel est impossible pour diverses raisons. Dans ces cas-là, le concept existant doit être optimisé autant que possible, soit par le re-cours à des carburants alternatifs, soit par l’utilisation de plusieurs moteurs de plus petite taille ou d’entraînements hybrides, soit encore par l’introduction d’une fonction «start and stop».
Remplacement des moteurs diesel par des technologies alternatives
Le principal obstacle à l’utilisation d’entraînements alternatifs, dans le cadre du remplace-ment des moteurs diesel conventionnels, réside dans le transport et/ou le stockage de la quantité d’énergie requise.
Le recours à des entraînements dotés d’accumulateurs d’énergie et de piles à combustible a ainsi été étudié.
Par ailleurs, les technologies peuvent très souvent être combinées: les véhicules ambimo-teurs (entraînement électrique et thermique) pourront par exemple, dans le futur, être aussi équipés d’un accumulateur d’énergie qui remplacera intégralement le moteur diesel.
Voici un récapitulatif des caractéristiques d’application et des recommandations qui en dé-coulent:
Le recours au gaz et aux biocarburants doit être envisagé comme mesure à court ou moyen terme sur tous les types de véhicules, afin non seulement de limiter les coûts liés à l’énergie, mais aussi de réduire les émissions de CO2.
Toutefois, il faut aussi tenir compte des modifications à réaliser sur les véhicules et des infrastructures supplémentaires nécessaires à l’alimentation en carburants à l’état gazeux ou liquide.
De manière générale, il convient d’électrifier les véhicules dans la mesure du possible, ce qui permet de réduire largement les coûts et les émissions, notamment en raison de la part croissante des énergies renouvelables dans le courant de traction des CFF.
En cas d’utilisation de piles à combustible dans le cadre d’une exploitation indépendante de la ligne de contact, il faut noter que l’augmentation du degré d’efficacité de l’entraînement et la diminution des émissions directes peuvent toutefois s’accompagner d’une aggravation des émissions indirectes liées à l’apport, au transport et au stockage de l’hydrogène, selon le type de production.
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