Entwicklung und Validierung eines Wasserstoffzug-Antriebsstrangmodells zur Untersuchung von Energieeffizienzmaßnahmen

Abstract

Im europaischen Schienennetz kommen immer häufiger Wasserstoffzüge zum Einsatz. Sie bieten eine vielversprechende Alternative zu batteriebetriebenen ZÜgen, da sie dank der Nutzung von Wasserstoff nicht auf lange Ladezeiten angewiesen sind. Dennoch ist die Effizienz solcher Systeme aufgrund der Brennstoffzelle begrenzt. Zudem ist Wasserstoff als Energietrager teuer. Daher ist es entscheidend, zu untersuchen, wie Brennstoffzellenzuge betrieben werden mÜssen, um die bestmögliche Effizienz zu erzielen. Hierbei können Modellierungen in Python unterstutzen, indem sie Fahrweisen und Energiemanagement-Strategien analysieren. Solche Modellierungen ermoglichen es, Optimierungspotenziale aufzudecken und Betriebsstrategien zu entwickeln. Im Rahmen dieser Arbeit wurde aufgezeigt, dass durch gezielte Nutzung von Leerlaufphasen des Zuges und reduzierte Hochstgeschwindigkeiten der Wasserstoffverbrauch um 8,2% bzw. 7,9%. gesenkt werden kann. Die Untersuchung von Energiemanagement-Strategien zeigt außerdem, dass der Betrieb der Brennstoffzelle an einem optimalen Betriebspunkt entscheidend fur die Effizienz des Systems ist. Mit einer Energiemanagement-Strategie, bei der die Batterie bewusst mit geringerer Leistung geladen wurde, konnten 28,8% Wasserstoff eingespart werden. Eine weitere Energiemanagement-Strategie, bei der zusatzlich verschiedene Ladebereiche-Bereiche der Batterie betrachtet wurden, um die Leistung der Brennstoffzelle zu regulieren, führte sogar zu einer Reduktion des Verbrauchs um 38,6%. Zudem wurde in beiden Fallenüberschüssige Energie besser vom System genutzt. Insgesamt konnte damit gezeigt werden, dass ein optimiertes Energiemanagement, welches die Brennstoffzelle in einem effizienten Betriebspunkt halt und überschüssige Energie besser nutzt, wesentlich zur Steigerung der Energieeffizienz beiträgt.