Machbarkeitsanalyse alternativer Antriebe im Einsatzgebiet von Rangierloks in Deutschland - Studie für die NOW GmbH

Kurzfassung

Das DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte hat im Auftrag der NOW GmbH die Machbarkeit und Potentiale alternativer Antriebe im Einsatzfeld von Rangierlokomotiven in Deutschland untersucht. Die untersuchten alternativen Antriebskonzepte umfassen: Akkuantrieb (ohne Oberleitungsanbindung), Brennstoffzellenhybrid, Wasserstoffverbrennungsmotor, BiMode Akku-Oberleitungshybrid sowie BiMode Brennstoffzellen-Oberleitungshybrid. Als repräsentative Fahrzeuge wurden eine dreiachsige und eine Drehgestellrangierlokomotive herangezogen. Für drei unterschiedliche Szenarien mit charakteristischen Tagesprofilen (reines Rangierprofil, kombiniertes Rangier- und Streckenprofil sowie ein leichtes Zustell-/Bedienfahrtprofil) kann gezeigt werden, dass alternative Antriebe unter bestimmten Voraussetzungen für Rangierlokomotiven technisch umsetzbar sind. Vor allem im Streckenbetrieb mit hohen Anhängelasten ist jedoch eine Anpassung oder sogar ein grundsätzliches Loslösen von aktuellen Lokomotivkonzepten notwendig, um die erforderliche Leistung und das Mitführen des benötigen Energieinhalts zu realisieren. Hauptgrund hierfür sind die hohen Leistungs- und Energieanforderungen verbunden mit den geringeren spezifischen und volumetrischen Energiedichten alternativer Energiewandler- und Energiespeicherkomponenten. Dies stellt aktuell und auch perspektivisch Herausforderungen an die Integration der Antriebs-, Energiespeicher- und -wandlerkomponenten in den Bestandsbauraum von Dieselreferenzlokomotiven dar. Die technischen Analysen wurden durch eine systematische Befragung von Eisenbahnverkehrsunternehmen begleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass neben den wechselnden Anhängelasten das Einsatzspektrum von Rangierlokomotiven auch im Hinblick auf Laufleistung, Lastprofile und Einsatzzeit sehr vielfältig ist. Diese Herausforderungen mögen, im Verbund mit der noch jungen Akku-, Wasserstoffverbrennungs- und Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technologie und dem margenschwachen Schienengüterverkehr dazu beitragen, dass bei Herstellern und Betreibern von Rangierlokomotiven jenseits von Dieselhybridantrieben und dem Einsatz von biogenen Kraftstoffen bisher erst wenige Aktivitäten im Bereich der alternativen Antriebe zu beobachten sind. Auch wenn innerhalb der nächsten 10-15 Jahre mit einer relevanten Erneuerung der Rangierlokomotivenflotte in Deutschland zu rechnen ist, fokussieren sich die Anstrengungen bezüglich alternativer Antriebe noch immer überwiegend auf Dieselhybridantriebe. Aktuell sind erste konkrete Überlegungen und Vorhaben zum Einsatz von Wasserstoff in der Vorbereitung und erste Batterie-Oberleitungshybridrangierlokomotiven wurden bestellt. Allerdings ist eine tiefgreifende Dekarbonisierung von Rangierlokomotiven in Deutschland auf Grund der typischerweise langen Einsatzdauer von Rollmaterial zumindest kurz- bis mittelfristig nicht zu erwarten. Steigende Kraftstoffbezugskosten und regulatorische Vorgaben könnten die Umstellung jedoch beschleunigen. In Folgeuntersuchungen sollte die Datengrundlage in Bezug auf unterschiedliche, reale Einsatzprofile mittels Messkampagnen deutlich erweitert werden. Auf diesem soliden Datenfundament können im nächsten Schritt standardisierte Lokplattformen mit skalierbaren, bedarfsangepassten, modularen Leistungs- und Energiespeichermodulen abgeleitet werden. Für die zukünftige Dekarbonisierung von Rangierlokomotiven ist ein orchestriertes Vorgehen von Fahrzeugherstellern, Zulieferern, Fahrzeughaltern, Aufsichtsbehörden, der Forschung und der Politik erforderlich.