Erhöhung der Energieeffizienz elektrischer Bahnen durch Digitalisierung

Die Smart Grids Forschungsgruppe der Technischen Hochschule Ulm (THU), die SWU Verkehr GmbH und die SWU Energie GmbH starten ein gemeinsames Forschungsprojekt zum Thema „Energiewirtschaftliche Lösungsansätze zur Erhöhung der Energieeffizienz elektrischer Bahnen durch Digitalisierung“.

Ziel des gemeinsamen, durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg geförderten Verbundprojekts ist es, mit Hilfe neuer digitaler Möglichkeiten verschiedene Lösungen zur Erhöhung der rückgewinnbaren Energie im Straßenbahnbetrieb am Beispiel der Ulmer Straßenbahnen zu untersuchen. Das Projekt läuft bis Oktober 2023.

Elektrische Bahnen zählen bereits seit ihrem ersten Aufkommen Ende des 19. Jahrhunderts zu den energieeffizientesten Verkehrsträgern – bezogen auf die Personenkilometer. In den letzten Jahrzehnten konnte die Effizienz sogar noch weiter gesteigert werden, indem die beim Bremsen entstehende Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. In Gleichstromnetzen, wie z. B. bei Straßenbahnen, ist die rückgewinnbare Bremsenergie jedoch in der Regel begrenzt: Erreicht die entstehende Energie eine bestimmte Spannungsgrenze, werden Anteile der Bremsenergie über Widerstände in Wärme umgewandelt. Im Betrieb des Ulmer Straßenbahnnetzes wurden in einer Vorstudie bereits erste Erkenntnisse dazu gewonnen.

Technische Lösungen zur Erhöhung der rückgewinnbaren Bremsenergie gibt es zwar bereits, zum Beispiel Rotationsspeicher oder Kondensatoren. Aus unterschiedlichen Gründen finden sie jedoch bislang keine größere Verbreitung. Ziel des Verbundprojekts der Technischen Hochschule Ulm, der SWU Verkehr GmbH und der SWU Energie GmbH ist es daher, verschiedene neue Lösungen zur Erhöhung der rückgewinnbaren Bremsenergie im Straßenbahnbetrieb am Beispiel der Ulmer Straßenbahnen mit Hilfe neuer digitaler Möglichkeiten zu untersuchen. Neben Daten, die bereits von der SWU ausgelesen werden (z. B. Geschwindigkeit und Positionsdaten), werden durch das Einbauen einer Messbox im Rahmen eines Masterprojekts weitere Daten erfasst, z. B. aufgenommene und rückgespeiste Energie der Straßenbahn. Durch den Einbau werden diese digitalen Fahr- und Betriebsdaten hochaufgelöst erhoben, wodurch sich neue Erkenntnisse und Analysemöglichkeiten ergeben.

Konkret möchte die Projektgruppe das Straßenbahnnetz in einem energetischen Simulationsmodell abbilden. Daraus sollen netztechnische Veränderungen zur Erhöhung der Energieeffizienz abgeleitet werden. Im Idealfall lassen sich für die SWU aus den Untersuchungen aber auch Empfehlungen für eine energieoptimierte Fahrweise ableiten. Ob der Einsatz von lokalen Energiespeichern nach wie vor technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll ist, kann in diesem Zusammenhang auch noch einmal verifiziert werden.

Diese Lösungsansätze werden vor technischem, wirtschaftlichem und regulatorischem Hintergrund mittels der erhobenen Daten analysiert und bewertet. Abschließend erfolgt auf dieser Grundlage die Entwicklung eines Umsetzungsvorschlags einer oder einer Kombination mehrerer Lösungsansätze für den Ulmer Straßenbahnbetrieb.

Porträt: Technische Hochschule Ulm
Die Technische Hochschule Ulm wurde 1958 als staatliche Ingenieurschule gegründet. Heute ist sie Heimat für rund 4.000 Studierende, 400 Beschäftigte, 6 Fakultäten und 11 Institute. Traditionell setzt die Hochschule einen Schwerpunkt auf den Bereich Energie und Umwelt und bietet dort fünf Bachelor- und zwei Masterstudiengänge an: Elektrotechnik, Energietechnik, Umwelttechnik, Energiewirtschaft International, Energie-Informationsmanagement, Elektrische Energiesysteme und Elektromobilität sowie Sustainable Energy Competence.
Die Smart Grids Forschungsgruppe am Institut für Energie- und Antriebstechnik (IEA) ist eine der größten Forschungsgruppen der THU und stellt mit ihrer umsetzungsorientierten Ausrichtung eine wichtige Schnittstelle zwischen den forschungsstarken Universitäten und der energiewirtschaftlichen Branche im süddeutschen Raum dar. Die breite Ausrichtung mit den Schwerpunkten Energiewirtschaft, Energieinformatik, Energiemeteorologie und Energieinfrastruktur wird durch ein interdisziplinäres professorales Leitungsduo mit technischem und ökonomischem Hintergrund ermöglicht.

Porträt: SWU
Die SWU Stadtwerke Ulm/Neu Ulm GmbH bietet in Stadt und Umland eine breite Produktpalette und umfangreiche Dienstleistungen rund um die Bereiche Energie, Trinkwasser, Telekommunikation und Mobilität an.
Die SWU-Unternehmensgruppe versorgt mit ihren fünf operativ selbstständigen Gesellschaften SWU Energie, Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm Netze, SWU Verkehr, SWUmobil und SWU TeleNet, rund 200.000 Kunden in Ulm, Neu-Ulm und Umgebung mit Strom, Erdgas, Fernwärme, Trinkwasser; dazu kommen Dienstleistungen der Telekommunikation und der Betrieb von 19 innerstädtischen Nahverkehrslinien und 40 eCar-Sharing-Standorten.

Weitere Informationen:

http://www.thu.de/smartgrids