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Assessing Energy Use, Cost, and Emissions of Small Regional Rail Vehicles: Methodology and Case Study on a German Track

Ahrling, Christoffer und Tunér, Martin und Gainey, Brian und Torkiharchegani, Amir und Scharmach, Marcel und Hertel, Benedikt und Alaküla, Mats (2026) Assessing Energy Use, Cost, and Emissions of Small Regional Rail Vehicles: Methodology and Case Study on a German Track. SAE Technical Papers (0419). Society of Automotive Engineers (SAE) International. doi: 10.4271/2026-01-0419. ISSN 0148-7191.

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Offizielle URL: https://legacy.sae.org/publications/technical-papers/content/2026-01-0419/

Kurzfassung

This work evaluates a standardized 30-ton, 16 m railbus platform optimized for unelectrified regional service, focusing on propulsion system design and trade-offs between range, cost, and emissions. A MATLAB/Simulink drive-cycle model was developed to simulate energy consumption and component performance under realistic operating conditions. The Erfurt–Rennsteig route in Germany (130 km round trip, gradients up to 6 %) was selected as a representative case study. The model incorporates detailed sub-models for traction motors, lithium-ion batteries (LFP and LTO), fuel storage, fuel cells, and ICE gensets across multiple fuel options (diesel, gasoline, methane, ethanol, methanol, HVO, FAME, and hydrogen). Battery lifetime is estimated using a combined cycle- and calendar-aging model using the rainflow algorithm to extract charge cycles, while cost models include capital, fuel, maintenance, track fees, and staffing. Results show that battery-electric configurations achieve 1 kWh/km energy use, while hybrid systems range from 2–4 kWh/km depending on fuel and secondary power unit. Control strategies that enable deeper cycling of the traction battery reduce fuel consumption by 7–18 %, with further savings possible from larger battery or genset capacities. Well-to-wheel greenhouse gas emissions vary widely: from near-zero for renewable fuels and clean electricity mixes to over 1,000 gCO2/kWh for fossil-based options. Lifecycle cost analysis indicates that while fuel may represent up to 25 % of total costs, track and station fees dominate operational expenses. Autonomous operation could eliminate oboard staffing costs, amounting to 25–35 %.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223921/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Assessing Energy Use, Cost, and Emissions of Small Regional Rail Vehicles: Methodology and Case Study on a German Track
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ahrling, ChristofferDepartment of Energy Sciences, Lund University, Lund, Swedenhttps://orcid.org/0000-0001-7609-5278NICHT SPEZIFIZIERT
Tunér, MartinDepartment of Energy Sciences, Lund University, Lund, SwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gainey, BrianClemson UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Torkiharchegani, Amiramir.torkiharchegani (at) iea.lth.seNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scharmach, Marcelmarcel.scharmach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9537-7190216368454
Hertel, Benediktbenedikt.hertel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3460-6425NICHT SPEZIFIZIERT
Alaküla, Matsmats.alakula (at) iea.lth.seNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 April 2026
Erschienen in:SAE Technical Papers
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.4271/2026-01-0419
Verlag:Society of Automotive Engineers (SAE) International
Name der Reihe:WCX SAE World Congress Experience 2026
ISSN:0148-7191
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Energy Consumption, Fuel Consumption, Greenhouse Gas Emissions, Lithium-Ion Batteries, Fuel Cells, Computer Simulation, Railway Vehicles and Equipment, Cost Analysis, Electric Motors
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Schienenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V SC Schienenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGT FE
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Fahrzeugkonzepte > Fahrzeugenergiekonzepte
Institut für Fahrzeugkonzepte > Fahrzeugsysteme und Technologiebewertung
Hinterlegt von: Scharmach, Marcel
Hinterlegt am:01 Jun 2026 14:09
Letzte Änderung:01 Jun 2026 14:09

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