Hybridlokomotiven sparen Geld und schonen Umwelt und Städte

Auf der Schiene trifft man auf Lokomotiven, die nicht motorisierte Personen- oder Güterwagen ziehen (oder schieben), sowie auf motorisierte Personenwagen oder -einheiten – kurz gesagt, selbstfahrende Personenwagen. Lokomotiven im Streckendienst befördern ganze Züge, während Rangierlokomotiven Waggons im Bahnhof, im Depot oder auf Anschlussgleisen (Gleisverbindungen zwischen verschiedenen Unternehmen) befördern. Der Antrieb von Lokomotiven oder Triebwagen und Triebzügen erfolgt durch einen Dieselmotor oder einen Elektromotor (schwere Diesellokomotiven nutzen auch die „elektrische Leistungsübertragung“, bei der ein Verbrennungsmotor Strom erzeugt und Elektromotoren auf dem Fahrgestell antreibt – dies dient der effizienten Traktionskontrolle).

Die Elektrifizierung der Strecke einschließlich der Bahnhöfe erfordert enorme Investitionen, und die Instandhaltung der Traktion (Oberleitung) verursacht Betriebskosten. Andererseits ist der eigentliche Betrieb elektrischer Züge, d. h. die elektrische Traktion (vom lateinischen Wort traher – ziehen), im Vergleich zur Dieseltraktion wesentlich preiswerter. Außerdem verursachen elektrische Züge lokal keine schädlichen Emissionen.

Es ist nicht schwer zu erraten, wo die größte Herausforderung für die Elektrizität liegen wird: In erster Linie ist es der Betrieb von Mittelfrequenz-Nebenstrecken – groß genug, dass die Dieseltraktion die Umwelt erheblich belastet, aber nicht groß genug, dass sich eine Investition in die Elektrifizierung der Strecken lohnen würde. Zweitens handelt es sich um eine Verlagerung von Bahnhöfen, auf denen – aus welchen Gründen auch immer – keine Oberleitungs-Elektrolokomotiven eingesetzt werden können.

Der Einsatz von elektrischen Hybridantrieben bei Eisenbahnen in der Tschechischen Republik konzentriert sich heute vor allem auf den Bereich des Bahnhofsrangierdienstes. Dies hat einen wichtigen ökologischen Aspekt: Bahnhöfe und andere Einrichtungen, in denen Diesellokomotiven im Rangierbetrieb eingesetzt werden, liegen sehr oft mitten in den Städten. Hier stellt der Betrieb dieser oft veralteten Lokomotiven eine unangenehme Belastung für die Bevölkerung in Form von Luft- und Lärmbelästigung dar.

Beschreiben wir zunächst einige Fakten, die den Betrieb von Lokomotiven in diesem Dienst charakterisieren. Unter dem Gesichtspunkt der Betriebskosten betragen die Kosten für den Betrieb einer Elektrolokomotive etwa die Hälfte bis ein Drittel der Kosten einer Diesellokomotive. Die hohen Kosten für den Betrieb einer Diesellok sind neben den Energiekosten auch darauf zurückzuführen, dass Dieselloks wegen der erforderlichen Druckluftversorgung und der Unmöglichkeit des häufigen Wiederanfahrens üblicherweise den ganzen Tag mit laufendem Motor im Depot stehen. Dies gilt selbst dann, wenn die tatsächliche Arbeit der Lokomotive weniger als die Hälfte der Gesamtzeit ausmacht. In der verbleibenden Zeit, in der die Lokomotive stillsteht, läuft der Diesel im Leerlauf, was die Betriebskosten für Kraftstoff und Schmiermittel erheblich erhöht und die Lebensdauer der Diesellok deutlich verkürzt. Außerdem setzt er Abgase frei und verursacht viel Lärm.

Es erscheint logisch, Elektroloks zu verwenden, die von einer Oberleitung gespeist werden. Allerdings sind nicht alle Strecken elektrifiziert – von den rund 10.000 Streckenkilometern in der Tschechischen Republik ist nur etwa ein Drittel elektrifiziert. Und selbst auf diesen Strecken gibt es Orte, an denen Oberleitungen aus betrieblichen, wirtschaftlichen oder sicherheitstechnischen Gründen nicht installiert werden können – z. B. Güterbahnhöfe, Umschlagplätze, Industrieanlagen, Depots und Waschanlagen.

Wie bereits erwähnt, gibt es zwei Arten von Hybridlokomotiven. Die erste ist ein Diesel-Batterie-Hybrid (DBH), die zweite ist eine Kombination aus Traktion (Oberleitung) und Batteriestrom, abgekürzt als Traktions-Batterie-Hybrid (TBH). Beide Varianten haben ihre mehr oder weniger großen wirtschaftlichen und betrieblichen Vorteile. Im Allgemeinen ist es klar, dass beide Varianten den Betrieb verbessern.

Der Vorteil beider Arten ist die Möglichkeit, beim Bremsen Energie zu sammeln und diese dann zum Anfahren der Lokomotive zu nutzen. Beim Bremsen mit der elektrodynamischen Bremse (EDB) kommt es zu einer sogenannten Rekuperation, bei der der Elektromotor als Generator fungiert und Strom erzeugt. Wird dieser nicht genutzt, wird er in den Bremswiderständen nutzlos in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgestrahlt. Anders verhält es sich, wenn dieser Strom in den Batterien der Lokomotive gespeichert werden kann. Der Gesamtenergieverlust der Hybridlokomotive ist dann sehr gering. Außerdem wird nicht nur der Kraftstoff eingespart, sondern es werden auch die Radsätze und Bremssättel geschont.

Diese Hybridkombination kann dank der Batterie bis zu 50 % Kraftstoff einsparen. Die Leistung eines Dieselmotors ist in der Regel geringer als die eines Elektroantriebs, sodass die Batterie auch zur Abdeckung von Leistungsspitzen, z. B. beim Beschleunigen, dient. Das Vorhandensein eines Dieselmotors macht die Lokomotive völlig unabhängig von einer externen Stromquelle (Oberleitung).

DBH kann in modernisierten oder neu hergestellten Lokomotiven zum Einsatz kommen. Das tschechische Unternehmen CZ LOKO befasst sich mit dieser Art von Hybridlokomotiven.

In der Tschechischen Republik gibt es Pläne, alte Elektrolokomotiven zu modernisieren. Dazu gehören die vollständige Erneuerung des Fahrgestells, der Austausch oder die Erneuerung elektronischer Komponenten, der Einbau einer Batterie mit der Kapazität für die erforderliche Reichweite (20, 50 oder mehr km) und andere Änderungen. Diese Modifikationen verlängern die technische Lebensdauer einer Lokomotive, die seit langem abgeschrieben ist, um 30 Jahre. Folglich können die Bahnbetreiber mit erheblichen Einsparungen bei Investitionen und Betriebskosten rechnen. Das Unternehmen DI-ELCOM aus Pilsen arbeitet an diesem Projekt.

Die Batterie wird immer dann aufgeladen, wenn sich die Lokomotive unter der Oberleitung befindet. Es gibt also keine Ausfallzeiten und keine Befürchtungen, dass die Lok wegen einer entladenen Batterie liegenbleibt.

Im Allgemeinen wurde die Entwicklung der Elektrifizierung in allen Bereichen von Hochenergiebatterien (Blei, NMC, LFP) angeführt. Für viele Fahrzeugbetreiber hatte in der Vergangenheit eine möglichst große Reichweite Priorität, da die Batterietechnologien nicht für eine schnelle Aufladung (LTO) ausgelegt waren. Angesichts der aktuellen technologischen Fortschritte können wir sagen, dass in den oben genannten Sektoren Schnellladebatterien betrieblich und wirtschaftlich sinnvoll sind. Deshalb wird hier eine GROSSE Entwicklung erwartet.

Es wird interessant sein zu sehen, welche Sektoren zukunftsweisend werden und durch Schnellladetechnologien elektrifiziert werden können. Darauf werden wir sicher nicht mehr lange warten müssen.