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Energiemanagement

Die öffentlichen Diskussionen um Umweltbelastung, Energieverbrauch, CO2-Ausstoß sowie um ein "grünes" Image machen das Energiemanagement zu einem zentralen, gesellschaftlich relevanten Thema. Die Verknappung der Ressourcen und die damit verbundenen steigenden Energiepreise rücken neben den ökologischen auch die ökonomischen Gesichtspunkte in den Vordergrund. In der Konsequenz hat die Thematik auch für die Betreiber des Öffentlichen Nahverkehrs eine hohe und zukunftsweisende Relevanz.


Schienenfahrzeuge
Der Energieverbrauch von Schienenfahrzeugen hat einen wesentlichen Anteil an den Betriebskosten. Mittlerweile verfügt fast jedes neue elektrische Schienenfahrzeug über eine nahezu verlustfreie Leistungssteuerung und bietet die Möglichkeit, Bremsenergie zu nutzen oder in die Fahrleitung zurück zu speisen.
 

 

Im Vergleich zu Wechselspannungsnetzen kann die zurückgewonnene Bremsenergie in Gleichspannungsnetzen nur über die Fahrleitung aufgenommen werden, wenn in der Nähe des bremsenden Fahrzeuges ein Abnehmer für diese Energie vorhanden ist. Ansonsten muss sie in Bremswiderständen in Wärme umgewandelt werden. Verschiedene Untersuchungen und Messungen belegen, dass in einem typischen elektrifizierten Nahverkehrsnetz 20% - 30% der Bremsenergie nutzlos in Wärme umgewandelt wird.

Die Entwicklung auf dem Gebiet der Hochleistungskondensatoren („Supercaps“) erlaubt mittlerweile die Realisierung von Energiespeichern, die auf dem Fahrzeug mitgeführt werden. So kann beim Bremsen zurückgewonnene Energie im Speicher zwischengelagert und bei der nächsten Anfahrt wieder verwendet werden. Neben Hochleistungskondensatoren kommen auch Batterien, Schwungräder und Druckluftspeicher als mögliche Energiespeicher in Frage. Alternativ zu den Speichern auf Fahrzeugen können zudem stationäre Energiespeicher eingesetzt werden
Der Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik befasst sich speziell mit den Verhältnissen in Nahverkehrsnetzen. Mit Hilfe umfangreicher Lastflussberechnungen, unter Berücksichtigung der Fahrbewegungen von Straßenbahnen im Netz, werden die erforderlichen Größen und die optimale Positionierung von Speichersystemen analysiert.


E-Busse
Im Kontext der E-Mobilisierung rückt auch die Elektrifizierung von Linienbussen in den Fokus. Die erwarteten Vorteile sind ein emissionsloser und nahezu lautloser Betrieb in Ballungsgebieten, reduzierte Betriebskosten sowie eine umweltbewusste Außenwirkung für Städte und Verkehrsbetriebe.

Der Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik beteiligt sich im Leuchtturmprojekt PRIMOVE Mannheim an der Erforschung des Einsatzes von induktiv landenden E-Bussen im Stadtverkehr. Das Forschungsprojekt wird durch das Bundesverkehrsministerium (BMVBS) gefördert (Link)  und als Kooperation zwischen dem KIT, den Rhein-Neckar-Verkehrsbetrieben (RNV), Bombardier und der Stadt Mannheim auf der Mannheimer Buslinie 63 umgesetzt. Ab 2015 werden die dort bisher eingesetzten Dieselbusse durch zwei rein elektrisch betriebene 12-Meter-Busse des Schweizer Herstellers HESS ersetzt. Diese laden dann während ihres Betriebs an ausgewählten Haltestellen über das induktive Energieübertragungssystem PRIMOVE nach, was im Besonderen eine kleinere Dimensionierung des Akkus erlaubt und neuen Betriebskonzepten die Bahn ebnet.

Schwerpunkt des Forschungsprojekts ist die Simulation des Gesamtsystems bestehend aus Bus, Infrastruktur und Betrieb im Hinblick auf die folgenden Untersuchungsgegenstände:

  • Liniennetzauslegung für einen E-Bus-Betrieb in einem Stadtbusnetz
  • Identifikation von Optimierungspotenzialen (z. B. Akkuparameter, Nebenverbraucher, Energiemanagement, Fahrercoaching, Infrastruktur- und Betriebsauslegung)
  • Analyse verschiedener Ladeszenarien (z. B. bei Stau oder Streckensperrungen)
  • Vergleich mit Diesel-/ Hybridbuseinsatz
  • Wirtschaftlichkeits- und Emissionsuntersuchungen
  • Darstellung der Rückwirkungen auf das Energieversorgungsnetz
  • Analyse bzw. Anwendbarkeit der Elektrifizierung bei verschiedenen Linien, Topographien, Bus-/Nutzfahrzeugtypen und Betreibern
  • Integration weiterer E-Nfz in die E-Bus-Ladeinfrastruktur


 

 

Ansprechpartner

 

 Kilian Berthold Energiemanagement für Elektrobusse
 Marco Eller Energiemanagement für Schienenfahrzeuge

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