08.04.2021 - 15:54

Zugprototyp mit BZ- und Batterie-Antriebssystem an Bord

Im Rahmen des EU-Projekts FCH2RAIL (Fuel Cell Hybrid Power Pack for Rail Applications) entwickelt und erprobt ein Konsortium mit Partnern aus Belgien, Deutschland, Spanien und Portugal einen neuen emissionsfreien Zugprototyp als Alternative zu herkömmlichen Diesel-Triebzügen auf Oberleitungs-freien Schienenabschnitten.

Herzstück des Projekts ist ein hybrides bimodales Antriebssystem, das Stromversorgung aus den Oberleitungen mit einem „Brennstoffzellen-Hybrid-Power-Pack“ – bestehend aus Wasserstoff-Brennstoffzellen und Batterien – kombiniert. Das Konzept: Wenn Energie aus der Oberleitung verfügbar ist, nutzt der Zug diese, falls es keine Oberleitung gibt, kommt die Energie aus dem Brennstoffzellen- und dem Batterie-System. Konkrete Leistungsdaten sind noch nicht publik.

Das Energieversorgungssystem wird laut einer Mitteilung des an dem Projekt beteiligten Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) so ausgelegt, dass Leistung und Reichweite erweiterbar sind: „Die Anzahl der Brennstoffzellen und Batteriemodule beeinflusst die Antriebskraft, während die Anzahl der Wasserstofftanks die Reichweite auf nicht elektrifizierten Strecken bestimmt. So kann die Triebeinheit sowohl für den Personen- wie auch für den Gütertransport eingesetzt werden“, teilt das DRL mit.

„Wir möchten zeigen, dass diese Art bimodaler Zug eine wettbewerbsfähige und umweltfreundliche Alternative zum Dieselzug ist“, erklärt Wissenschaftler und Projektleiter Holger Dittus vom Institut für Fahrzeugkonzepte des DLR. Das FCH2RAIL-Projekt startete bereits im Januar, inzwischen haben die Teilnehmer die ersten Referenzstrecken und Betriebsszenarien für den Prototyp festgelegt. Mit einem Budget von 14 Millionen Euro soll binnen vier Jahren ein Wasserstoff-Antriebssystem entwickelt, im Triebzug demonstriert und auch zugelassen werden. Allein 10 Millionen Euro steuert das europäische Programm Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (FCH 2 JU) bei.

Konkret geplant ist nun, einen elektrischen CIVIA-Nahverkehrszug des spanischen Herstellers CAF umzubauen und ihn mit dem Brennstoffzellen-Hybrid-Powerpack auszurüsten. Die staatliche spanische Eisenbahngesellschaft Renfe stellt den Zug zur Verfügung, Toyota steuert die Brennstoffzellen-Systemmodule bei und CAF liefert Batterien und Stromrichter zu. Erste Funktionsprüfungen und der Probebetrieb für die Zulassung wird auf spanischen und portugiesischen Strecken erfolgen. Parallel baut das spanische Wasserstoff-Forschungszentrum Centro National de Hidrogeno (CNH2) eine Wasserstofftankstelle auf.

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Bis die ersten Probeläufe beginnen, hat das internationale Projektteam laut dem DLR noch eine Reihe technologischer Herausforderungen zu bewältigen: „Für das vorgesehene Design müssen Brennstoffzellen und Batteriemodule kombiniert und so gesteuert werden, dass das System alle Anforderungen erfüllt und gleichzeitig auch kosteneffizient umgesetzt werden kann. Darüber hinaus soll gezeigt werden, dass die Abwärme der Brennstoffzellenmodule effizient für die Heizungs- und Klimaanlage des Zuges genutzt werden kann.“ Der Hersteller der Klimaanlage Faiveley / Stemmann Technik (STT) und das DLR seien vor diesem Hintergrund dabei, innovative Lösungen für die Reduzierung des Energiebedarfs für die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage zu erforschen.

Das Projekt prüft darüber hinaus bestehende Normen und Standards in den Bereichen Wasserstoff und Eisenbahnwesen und versucht, beide zu kombinieren, um eine sichere Verzahnung zwischen der Wasserstofftechnologie und dem Fahrleitungssystem sicherzustellen. Auf dieser Grundlage entwickelt das Projektteam Vorschläge für die zuständigen Behörden, um EU-weit Zulassungen für derartige Züge in Zukunft zu erleichtern.

In diesem Bereich tut sich bei Herstellern und Behörden aktuell viel. Erst Anfang März hatte etwa das Bundesverkehrsministerium publik gemacht, sein 2019 aufgelegtes Elektrifizierungsprogramm für die Schiene fortentwickelt zu haben. Es enthält nun alle Maßnahmen, mit denen das Ziel des Koalitionsvertrages, 70 Prozent des Schienennetzes mit Oberleitungen auszurüsten, erreicht werden soll. Gefördert werden sollen in diesem Zuge auch alternative Antriebe in Fahrzeugen und Zügen.

Demselben Ziel dient zudem eine kürzlich neue eingerichtete Förderrichtlinie des BMVI für Schienenfahrzeuge mit alternativem Antrieb. Hier betont das BMVI die Technologieoffenheit, da sowohl Batterien als auch Brennstoffzellen und im Güterverkehr auch die Umstellung auf CO2-freie synthetische Kraftstoffe gefördert werde.
dlr.de, toyota.eu

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