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Publikationen / Ergebnisse

Projektziele

- Voraussetzungen schaffen für eine ökonomisch und ökologisch sinnvollen Technologieträgerwechsel von diesel zu batteriebetriebenen Schienenfahrzeuge. - Analyse der potenziellen Risiken einer Elektrifizierung für das Bahnstromnetz, sofern die Batterien nicht durch ein zentrales Managementsystem verwaltet werden. Risiken sowohl für das gesamte Bahnstromnetz als auch lokal, sowie für die erwartete Lebensdauer der Batterien. - Analyse der system-, netz- und marktdienlichen Chancen durch ein zentrales Managementsystem der Batterien. Konzeption eines Lösungskonzepts zur Integration der Traktionsbatterien ins Bahnstromnetz (IT-Lösung, Nutzeranforderungen, Anforderungen an Ladeinfrastruktur, Sicherheitsaspekte). - Erarbeitung von Rahmenbedingungen wie Stakeholdererwartungen, regulatorische Rahmenbedingungen und mögliche Geschäftsmodelle. - Aufzeigen der generellen Funktionsfähigkeit der konzipierten Lösung für eine zentrale Steuerung der Batterieladung in einem Proof of Concept.

Abstract

Dieselbetriebene Schienenfahrzeuge der SBB verbrauchen über 11 Mio. Liter Diesel pro Jahr und stossen rund 30'000 t CO2 aus. Die SBB plant als Beitrag zur Ambition «klimaneutrale SBB» einen Technologieträgerwechsel zu batteriebetriebenen Fahrzeugen. Diese Studie schafft Voraussetzungen für deren Integration in das 16.7 Hz Bahnstromnetz. Analysiert wurde der zukünftige Energiebedarf im Batteriebetrieb basierend auf Einsatz- und Verbrauchsdaten der heutigen Dieselflotte. Die zu erwartende Zusatzlast für das Bahnstromnetz ist mit durchschnittlich 4 Megawatt und maximal 8 Megawatt durch die geringe Gleichzeitigkeit der Ladung deutlich geringer als ursprünglich angenommen. Die maximale Zusatzlast liegt bei etwa 1 % heutiger Maximallasten im Bahnstromnetz und wird deshalb als unkritisch eingeschätzt. Lokale Überlasten an spezifischen Abstellanlagen können durch ein Lademanagement verhindert und teure infrastrukturseitige Leistungsreserven reduziert werden. In den Batterien der mit dem Bahnstromnetz verbundenen Fahrzeuge ist jederzeit eine Kapazität von 60 – 80 Megawattstunden verfügbar. Dies entspricht der Kapazität eines mittleren Kraftwerks in einer Stunde. Über ein zentrales Lademanagement kann diese Kapazität von SBB Energie im Sinne aller Bahnstromkunden bewirtschaftet werden. Ein besonders hohes Nutzenpotenzial ist dann gegeben, wenn die Kapazität selten und kurz benötigt wird, beispielsweise in Überlastsituationen und zur Abdeckung extremer Lastspitzen. Ein zentrales Lademanagement dient vor allem auch den Fahrzeugbesitzern und -nutzern. Es sichert eine ausreichende Batteriekapazität für die nächsten Einsätze, ermöglicht batterieschonendes Laden und unterstützt das Asset-Management hinsichtlich einer Optimierung der Lebenszykluskosten (LCC). Allein das in der Studie abgeschätzte Nutzenpotenzial durch eine reduzierte Batteriealterung liegt bei über 1 Mio. CHF pro Jahr. Basierend auf den Stakeholder-Bedürfnissen wurde eine zentrale Batteriemanagement-Plattform konzipiert und mit einem ersten Proof of Concept in einer Simulationsumgebung getestet. Empfohlen wird, eine solche Plattform «as a service» von SBB Energie in der Funktion als Systemführer Bahnstrom nutzerorientiert zu entwickeln und allen Bahnstromkunden zur Verfügung zu stellen. Mit einer einheitlichen Lösung können Synergien genutzt und eine Gesamtsystemoptimierung realisiert werden.