Kurzbeschreibung
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Zugehörige Dokumente
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Projektziele
(Deutsch)
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- Voraussetzungen schaffen für eine ökonomisch und ökologisch sinnvollen Technologieträgerwechsel von diesel zu batteriebetriebenen Schienenfahrzeuge.
- Analyse der potenziellen Risiken einer Elektrifizierung für das Bahnstromnetz, sofern die Batterien nicht durch ein zentrales Managementsystem verwaltet werden. Risiken sowohl für das gesamte Bahnstromnetz als auch lokal, sowie für die erwartete Lebensdauer der Batterien.
- Analyse der system-, netz- und marktdienlichen Chancen durch ein zentrales Managementsystem der Batterien.
Konzeption eines Lösungskonzepts zur Integration der Traktionsbatterien ins Bahnstromnetz (IT-Lösung, Nutzeranforderungen, Anforderungen an Ladeinfrastruktur, Sicherheitsaspekte).
- Erarbeitung von Rahmenbedingungen wie Stakeholdererwartungen, regulatorische Rahmenbedingungen und mögliche Geschäftsmodelle.
- Aufzeigen der generellen Funktionsfähigkeit der konzipierten Lösung für eine zentrale Steuerung der Batterieladung in einem Proof of Concept.
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Abstract
(Deutsch)
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Dieselbetriebene Schienenfahrzeuge der SBB verbrauchen über 11 Mio. Liter Diesel pro Jahr und stossen rund 30'000 t CO2 aus. Die SBB plant als Beitrag zur Ambition «klimaneutrale SBB» einen Technologieträgerwechsel zu batteriebetriebenen Fahrzeugen. Diese Studie schafft Voraussetzungen für deren Integration in das 16.7 Hz Bahnstromnetz. Analysiert wurde der zukünftige Energiebedarf im Batteriebetrieb basierend auf Einsatz- und Verbrauchsdaten der heutigen Dieselflotte. Die zu erwartende Zusatzlast für das Bahnstromnetz ist mit durchschnittlich 4 Megawatt und maximal 8 Megawatt durch die geringe Gleichzeitigkeit der Ladung deutlich geringer als ursprünglich angenommen. Die maximale Zusatzlast liegt bei etwa 1 % heutiger Maximallasten im Bahnstromnetz und wird deshalb als unkritisch eingeschätzt. Lokale Überlasten an spezifischen Abstellanlagen können durch ein Lademanagement verhindert und teure infrastrukturseitige Leistungsreserven reduziert werden. In den Batterien der mit dem Bahnstromnetz verbundenen Fahrzeuge ist jederzeit eine Kapazität von 60 – 80 Megawattstunden verfügbar. Dies entspricht der Kapazität eines mittleren Kraftwerks in einer Stunde. Über ein zentrales Lademanagement kann diese Kapazität von SBB Energie im Sinne aller Bahnstromkunden bewirtschaftet werden. Ein besonders hohes Nutzenpotenzial ist dann gegeben, wenn die Kapazität selten und kurz benötigt wird, beispielsweise in Überlastsituationen und zur Abdeckung extremer Lastspitzen. Ein zentrales Lademanagement dient vor allem auch den Fahrzeugbesitzern und -nutzern. Es sichert eine ausreichende Batteriekapazität für die nächsten Einsätze, ermöglicht batterieschonendes Laden und unterstützt das Asset-Management hinsichtlich einer Optimierung der Lebenszykluskosten (LCC). Allein das in der Studie abgeschätzte Nutzenpotenzial durch eine reduzierte Batteriealterung liegt bei über 1 Mio. CHF pro Jahr. Basierend auf den Stakeholder-Bedürfnissen wurde eine zentrale Batteriemanagement-Plattform konzipiert und mit einem ersten Proof of Concept in einer Simulationsumgebung getestet. Empfohlen wird, eine solche Plattform «as a service» von SBB Energie in der Funktion als Systemführer Bahnstrom nutzerorientiert zu entwickeln und allen Bahnstromkunden zur Verfügung zu stellen. Mit einer einheitlichen Lösung können Synergien genutzt und eine Gesamtsystemoptimierung realisiert werden.
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Abstract
(Englisch)
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SBB's diesel-powered rail vehicles consume over 11 million litres of diesel per year and emit around 30,000 tonnes of CO2. As a contribution to the ambition of a "climate-neutral SBB", SBB is planning a technology changeover to battery-powered vehicles. The study at hand outlines the prerequisites for the integration into the 16.7 Hz railway electricity grid. Based on mission- and fuel-consumption-data of today’s Diesel-vehicles, the future energy demand in battery operation was estimated. An additional load of 4 MW on average and 8 MW peak is forecasted; this is much less than previously expected and is due to the low simultaneity of the charging. The additional load of 8 MW is only about 1 percent of today’s maximum load in the railway electricity grid. Local overload-situations can be avoided using a centralized charge management, avoiding expensive power reserves on the grid infrastructure. At any moment these traction batteries connected with the railway electricity grid will have 60 to 80 MWh unused capacity. This amount of energy corresponds to that usually delivered by a power plant of average size in one hour. Using a centralized charge management, SBB energy could manage this capacity for the advantage of all stakeholders. Very useful would be to discharge some of this capacity during seldom moments with extremely high loads in the grid. A centralized charge management is, not least, very useful for battery-vehicle owners and -users. It helps guarantee the energy needed for coming missions, in addition allows battery-friendly charging and hence minimization of battery-ageing. By using such a charge management, the battery-asset management can optimize life cycle costs. The value estimated in this study of reduced battery ageing is higher than 1 Mio CHF per year. Based on the needs of stakeholders, a centralized battery-management-platform was conceptualized. In a simulation environment, a proof of concept has been tested. It is recommended that SBB energy as the responsible for the 16.7 Hz railway electricity grid develops such a platform “as a service” that will serve all customers. Such a unified approach would allow to harvest synergies and would allow optimization across the whole prosumer-system.
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Abstract
(Französisch)
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Les véhicules ferroviaires des CFF fonctionnant au diesel consomment plus de 11 millions de litres de diesel par an et émettent environ 30'000 t de CO2. Pour contribuer à l'ambition "CFF climatiquement neutres", les CFF prévoient un changement de plate-forme technologique afin de remplacer les actuels véhicules sur rails fonctionnant au diesel par des véhicules alimentés par batterie. Cette étude établit les conditions préalables à leur intégration au réseau de courant de traction 16,7 Hz. Une analyse des futurs besoins énergétiques en mode batterie a été réalisée sur la base des données d’utilisation et de consommation de l’actuelle flotte diesel. La charge supplémentaire escomptée pour le réseau de courant de traction est, avec une valeur moyenne de 4 MW et un maximum de 8 MW, nettement plus réduite que prévu initialement en raison de la faible simultanéité de la recharge. La charge supplémentaire maximale représente environ 1% des charges maximales actuelles sur le réseau de courant de traction et est, par conséquent, considérée comme non critique. Des surcharges locales sur des installations de garage spécifiques peuvent être évitées via une gestion de la charge et les réserves de puissance onéreuses côté infrastructure peuvent être réduites. Les batteries des véhicules reliés au réseau de courant de traction disposent à tout moment d’une capacité de 60 à 80 MWh. Cela correspond à une heure de la capacité d’une centrale électrique moyenne. Via une gestion centralisée de la charge, cette capacité peut être gérée par CFF Énergie au profit de tous les clients du courant de traction. Le bénéficie potentiel est alors particulièrement élevé en cas de besoin peu fréquent et bref de cette capacité, par exemple dans des situations de surcharge et pour la couverture de pics de charge extrêmes. Une gestion centralisée de la charge présente une utilité aussi et avant tout pour les propriétaires et utilisateurs de véhicules. Elle assure une capacité de batterie suffisante pour les prochaines utilisations, permet une recharge qui préserve la batterie et épaule la gestion des actifs en termes d’optimisation 4 des coûts du cycle de vie (LCC). Selon cette étude, le bénéfice potentiel annuel estimé lié à un vieillissement réduit de la batterie s’élève, à lui seul, à plus de 1 million de CHF. Sur la base des besoins des parties prenantes, une plate-forme de gestion centralisée des batteries a été conçue et a fait l’objet d’une première démonstration de faisabilité dans un environnement de simulation. Il est recommandé que CFF Énergie, en tant que gestionnaire de système du courant de traction, développe une telle plate-forme «as a service» et que celle-ci soit mise à la disposition de tous les clients du courant de traction. Une solution unifiée permet d’exploiter des synergies et de réaliser une optimisation du système dans son ensemble
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Publikationen / Ergebnisse
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