Das Projekt durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert. Zur Studie
Aktuell befinden sich deutschlandweit noch rund 2.700 Diesellokomotiven im aktiven Rangierdienst. Diese Lokomotiven sind mitunter vor dem Jahr 1972 ohne Emissionsregulierung gebaut worden. Dies führt neben Treibhausgasemissionen zu Beeinträchtigungen der Luftqualität am Einsatzort. Neben einer grundsätzlichen Prüfung der Machbarkeit bestand das Ziel der Untersuchung in einer Analyse der Anforderungen und Lösungsansätze für eine Umrüstung bzw. einen Fahrzeugneubau.
Vorgehensweise
Mithilfe der Messdatenanalyse einer Rangierlokomotive, Typ Vossloh Locomotives DE 18, betrieben von der duisport Rail GmbH (dpr), konnten die energetischen und leistungsbezogenen Anforderungen an den Brennstoffzellenhybridantrieb ermittelt werden. Daraufhin wurden neben dem Einsatzfeld des rangierlastigen Mischverkehrs auch Streckenregionalverkehre identifiziert, welche zu überwiegendem Teil auf Abschnitten mit Oberleitungsverfügbarkeit durchgeführt wurden.
Für beide Einsatzprofilkategorien wurden BZ-Hybridantriebe (BZH) für die Bestandsdieselloks MaK G 1206 und Vossloh DE 18 dimensioniert. Da der Streckenbetrieb durch hohe Leistungsanforderungen gekennzeichnet ist, dieser im dpr-Einsatzbereich aber gleichzeitig unter Fahrdraht stattfindet, wurde zusätzlich die Eignung einer BiMode-Brennstoffzellenlokomotive mit Oberleitungseinheit in die Untersuchungen einbezogen (BZH-OL).
Auslegungsergebnisse
Der auf einer typischen vierachsigen Mittelführerhaus-Rangierlokomotive zur Verfügung stehende Bauraum für die Baugruppen eines BZ-hybriden Antriebsstranges ist vor allem hinsichtlich des mitführbaren Wasserstoffs und damit der erzielbaren Reichweite limitiert. Insbesondere im Streckeneinsatz ohne Oberleitungsverfügbarkeit mit BZH-Antrieb muss aufgrund des hohen Wasserstoffbedarfs häufiger nachgetankt werden, was bei der Lokomotiveinsatzplanung berücksichtigt werden muss. Durch Integration einer zusätzlichen Oberleitungseinheit für den BZH-OL-BiMode be-steht die Möglichkeit aufgrund der im Vergleich zu einem reinen BZH geringer dimensionierten BZH-Einheit zusätzliche Wasserstofftankkapazitäten mitzuführen, welche die Tankintervalle im Rangierbetrieb vergrößern. Des Weiteren sind die Traktionsenergiekosten bei Nutzung der elektrischen Energie aus der Oberleitung geringer als bei der Verwendung von Wasserstoff.
Im Streckenregionalverkehr mit hohem Oberleitungsanteil ist die Variante BZH-OL-BiMode am besten geeignet. Auf den nicht mit Oberleitung ausgestatteten Hafenbahnbereichen von duisport (200 km Gleislänge) ist ein leistungs- und reichweitenstarker fahrdrahtunabhängiger Antrieb in jedem Fall erforderlich. Da der rangierlastige Mischbetrieb in der Regel nicht unter Fahrdraht stattfindet und eine hohe Autonomie erforderlich ist, sind hier BZH-Antriebe besser geeignet als BiMode-Fahrzeuge.
Gegenüberstellung von Neubau vs. Umrüstbarkeit von Bestandslokomotiven
Die Umrüstbarkeit von Bestandslokomotiven auf Brennstoffzellenantrieb ist grundsätzlich möglich, wobei im Einzelfall der Umrüstungsaufwand je nach Bestandslokomotivarchitektur variiert. Die größte Flexibilität sowohl für den BZH als auch für den BZH-OL bietet jedoch grundsätzlich ein entsprechend auf das Antriebssystem optimiertes Neufahrzeug. Des Weiteren wurden auf Grundlage der Bewertungsaspekte Einsatzspektrum, Art der Leistungsübertragung, Alter des Fahrzeugs, Massen, Bauräume, modulare Basis, Fahrzeuggenehmigung, Umrüstkosten und Aufwandskosten die Übertragung des Umbaus auf weitere Baureihen bewertet.
Nachfolgendes Umsetzungsvorhaben
In Hinblick auf ein Umsetzungsprojekt finden aktuell Branchenworkshops mit weiteren Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) statt, um die duisport-spezifischen Anforderungen an die Fahrzeugauslegung abzugleichen. Für die Zusammenstellung eins Konsortiums werden parallel Sondierungsgespräche mit der Schienenfahrzeugindustrie geführt, um ein gefördertes Realisierungsvorhaben voranzutreiben.
Auftraggeber
- Duisburger Hafen AG (duisport)
- Gefördert im Programmbereich progres.nrw des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie Nordrhein-Westfalen (MWIDE)
Projektpartner
- Duisburger Hafen AG
- DLR Institut für Fahrzeugkonzepte (DLR-FK)
- Zentrum für Brennstoffzellen-Technik (ZBT)
Projektlaufzeit
- 03/2021 bis 12/2022