Bahn frei für die Brennstoffzelle

Reinhard&Tatrafan:

Zitat

Dass Wasserstoff sich irgendwo im Tunnel sammeln und explodieren könnte. Ich würde sagen: Damit das nicht passieren kann, muss die Tunneldecke so geformt sein, dass leichtes Gas immer herausströmen kann. Grundsätzlich scheint aber ein Tunnel kein Ausschlusskriterium zu sein, denn nach Brandoberndorf kommt man durch einen solchen.

Danke für die Nachhilfe in Chemie. Ich hatte mich von "Tunnel in der freien Natur sind in der Regel relativ feucht." ablenken lassen und da den Zusammenhang gesehen. Ja, das Zeug ist äußerst explosiv.
Sollte aber die "natürliche" Durchlüftung eines Tunnels nicht ausreichend sein?
Ich denke auch, dass die Gasanlage zu 100% dicht sein muss, da darf nix entweichen.

Mit Tunnel in der freien Natur habe ich auf den Gegensatz zu den innerstädtischen Tunnelanlagen anspielen wollen. Ebenso auf das sog Knallgas, wobei nicht unbedingt undichte Tanks, sondern eventuelle Gasaustritte im Falle eines Unfalls im Fokus stehen könnten. Auch hier wieder die innerstädtischen Anlagen im Blickpunkt, da ja eine Durchbindung U- / S-Bahn in der Frage angesprochen wurde.

Zitat von Condor

Fragt Mal Tante Google zum Thema iLINT, da wird die technische Konzeption erläutert. Die Brennstoffzelle bzw. Bremsenergie wird in einen Energiespeicher (im allgemeinen als Batterie bezeichnet) zugeführt, der wiederum die Fahrmotoren mit Energie versorgt.
Ob die Brennstoffzellen in der Lage sind, die benötigte Energie direkt bereitzustellen, kann ich aus dem Stehgreif nicht sagen, dürfte aber noch Zukunftsmusik sein.

Das ist korrekt. Die Brennstoffzelle liefert relativ kontinuierlich eine Leistung, die zwar die benötigte Gesamtleistung der Fahrt ergibt (ca. 400 kW), aber deutlich unterhalb der benötigten Leistung zum Anfahren (oder Bergauffahren) liegt (ca. 1500 kW). Daher ist die Kopplung mit der Batterie notwendig, die dann gemeinsam die benötigte Anfahrtsleistung bedienen. Anschließend wird die Batterie durch Bremsen und Brennstoffzelle wieder aufgeladen.

So ist es. Eine Brennstoffzelle ist schlecht regelbar und läuft deswegen sozusagen in Grundlast. Die Lastschwankungen müssen dann durch andere Stromquellen ausgeglichen werden. Normalerweise sind das schnellladefähige Akkus, die recht hohe Leistungen bereitstellen können, aber nicht zwangsweise eine allzu große Kapazität besitzen müssen. Superkondensatoren sind auch eine Möglichkeit, allerdings ist deren Kapazität meist zu gering. Ideal wäre natürlich eine Kombination von Brennstoffzelle, Kondensatoren und Batterien, ob das gemacht wird, weiß ich aber nicht. Die Elektrik wird dadurch jedenfalls nicht einfacher.

Aufgrund des eh vorhandenen elektrischen Antriebs wäre aber auch Brennstoffzellenzüge mit Stromabnehmer sinnvoll. Klar, man bräuchte noch einen zusätzlichen Trafo, aber sonst wäre alles dar. Energieeffizienter wäre es allemal. Man darf ja nicht vergessen, dass Wasserstoffantriebe eine recht verschwenderische Angelegenheit sind. Wird der Wasserstoff aus Erdgas erzeugt, ist der Zug nicht sauberer als ein gasbetriebener Zug, nur teurer. Wir er aus irgendwann mal vorkommendem Überschussstrom aus erneuerbaren Energien erzeugt, was ja wünschenswert ist, dann sind die Energieverluste recht hoch. Strom zu Wasserstoff zu Strom hat dann einen Wirkungsgrad von ca. 25 %. Strom aus der Oberleitung liegt bei knapp 100 %, braucht also nur ein Viertel der Energie.

Daher sollten Eisenbahnstrecken möglichst schon elektrifiziert werden. Wenn man jetzt natürlich Nebenstrecken mit engen Tunnelprofilen hat, die keine Elektrifizierung erlauben und jetzt auch nicht so oft befahren werden, dass man teure Tunnelumbauten durchführen könnte, dann bietet sich Wasserstoff natürlich schon an. Die vielverkündete Superlösung sind Brennstoffzellenzüge aber auch nicht, gerade wegen des schlechten Wirkungsgrades.

Zitat von Andi

Wird der Wasserstoff aus Erdgas erzeugt, ist der Zug nicht sauberer als ein gasbetriebener Zug, nur teurer. Wir er aus irgendwann mal vorkommendem Überschussstrom aus erneuerbaren Energien erzeugt, was ja wünschenswert ist, dann sind die Energieverluste recht hoch. Strom zu Wasserstoff zu Strom hat dann einen Wirkungsgrad von ca. 25 %. Strom aus der Oberleitung liegt bei knapp 100 %, braucht also nur ein Viertel der Energie.

Zumindest für den Betriebsbereich der hessischen Teststrecken steht fest, dass der Wasserstoff schon vorhanden ist und nicht extra für den Zugebetrieb hergestellt werden muss. Er ist ein Abfallprodukt aus der Chlor-Alkali-Elektrolyse in den Industrieparks Hoechst und Griesheim. Die Frage nach dem Wirkungsgrad stellt sich deshalb an dieser Stelle zumindest nicht. Oder?

Zumindest nicht für den Testbetrieb. Für einen späteren Regelbetrieb sollte schon überlegt werden, ob Strecke nach Königstein dann nicht doch (langfristig) unter Draht kommen sollte. Falls es dann noch einen gemeinsamen Fahrzeugumlauf Königstein - HBF-Usingen/Brandoberndorf geben sollte, wäre doch ein großes Stück mit Fahrdraht ausgestattet.

Im norddeutschen Raum könnte eine direkte Umwandlung Windenergie - Wasserstoff, also ohne eine Einspeisung der Windenergie in öffentliche Stromnetz, sinnvoll werden. Wind, Windräder und Wasser gibt es dort genug.
Zumindest ist das ganze sauberer als ein Verbrennungsmotor. Außerdem werfe ich noch ins Rennen, das der Bahnstrom auch aus AKW und Kohlekraftwerke kommt.

Gib der Forschung an Brennstoffzelle mal genausoviel Zeit wie der Forschung an Verbrennungsmotoren. Wie das ganze in 30-50 Jahren aussieht, weiß keiner.
Die ersten Triebwagen (und Automobile) mit Verbrennungsmotoren waren auch eine Pionierleistungen mit entsprechenden Rückschlägen.

Hessenschau.de teilt mit, dass am 13. April ein entsprechendes Fahrzeug, vermutlich der aktuelle Prototyp, präsentiert werden soll:

http://www.hessenschau.de/wirt…n,wasserstoffzug-102.html

Return of the Dampfzug.
Lustig finde ich, wie der Artikel beschreibt, daß die Kapazität dank der Brennstoffzelle höher wäre - wenn man aber genau schaut, ist der im Video gezeigte iLINT aber die nächst größere Bauform (zwei Türen pro Wagenteil und Seite) im Vergleich zu den LINTen, die bisher von der HLB am Standort Königstein eingesetzt werden.

Die Präsentation auf einen Freitag den 13. zu legen halte ich für mutig.

Interessant auch die Strecke der Vorführfahrt, Wiesbaden - IP Höchst. Schön im Flachland. Königstein und Usingen finde ich angebrachter.
Ob die Fahrzeuge dann auch mal im Fahrgastbetrieb eingesetzt werden?

HR:

Zitat

Die Wasserstoffzüge sollen ab Ende 2022 auf den Regionalbahnlinien RB11, RB12, RB15 und RB16 fahren, also zwischen Bad Soden und Frankfurt-Höchst,......

Schau'n wir mal, wer / was dann tatsächlich zwischen Höchst und Bad Soden fährt. Mehrsystem oder Brennstoffzelle

Zitat von Condor

Interessant auch die Strecke der Vorführfahrt, Wiesbaden - IP Höchst. Schön im Flachland. Königstein und Usingen finde ich angebrachter.

Was ist dabei der Unterschied, außer dass die Brennstoffzelle mehr Energie liefern muss (was sie sicherlich kann)? Es wird ja kein Reichweitentest gemacht.

Zitat von SoundofN1

Was ist dabei der Unterschied, außer dass die Brennstoffzelle mehr Energie liefern muss (was sie sicherlich kann)? Es wird ja kein Reichweitentest gemacht.

Ich glaube dein Vorschreiber zielt darauf ab, daß die Brennstoffzelle bei hoher Leistungsanforderung erst wirklich zeigen muß was sie kann. Und die höchste Leistungsanforderung hast du halt nicht im Flachland sondern bei Bergfahrt, und die noch kombiniert mit Beschleunigung.
Wie auch schon in diesem Thread anklang, ist eine Brennstoffzelle aber nicht unbedingt gut geeignet für stark intermittierende Leistungsabgabe und erst recht ist sie, bei sinnvoller Größe, nicht für hohe Leistungsdichte bekannt. Dafür müssen dann Batteriezwischenspeicher herhalten (die, in Lithium-Ionnen-Technik aufgebaut, zwar auch nicht der Champion bei der Leistungsdichte sind, aber noch besser als die Brennstoffzelle).

Genau das isses. Wenn ein Zug auf der ebenen "Vorführstrecke" z.B. in Eddersheim einmal auf 120 km/h hochzieht und dann abschalten würde, dann müsste er in Hattersheim trotzdem noch kräftig bremsen, so gut rollt das.

Ich habe auch von einem Tf gehört, dass ein 423 (laut Anzeige des Fahrzeugs) von Niedernhausen aus auf Talfahrt bis Hofheim/Kriftel genauso viel Energie rückspeist wie er verbraucht. Man möge jetzt überlegen, was das dann auf Bergfahrt bedeutet...

Was den iLINT betrifft, so kursieren Gerüchte, die Akkus seien in der Ebene bereits bei 30 km/h leer. Ich kanns mir irgendwie nicht vorstellen, aber nach der Probefahrt wissen wir sicher mehr.
Bei der Brennstoffzelle ist übrigens von einer Leistung von 2x 200 kW die Rede (zum Vergleich Diesel: 2x 335 kW).

Zitat von MdE

Genau das isses. (…)

Ich habe auch von einem Tf gehört, dass ein 423 (laut Anzeige des Fahrzeugs) von Niedernhausen aus auf Talfahrt bis Hofheim/Kriftel genauso viel Energie rückspeist wie er verbraucht. Man möge jetzt überlegen, was das dann auf Bergfahrt bedeutet...

Was den iLINT betrifft, so kursieren Gerüchte, die Akkus seien in der Ebene bereits bei 30 km/h leer. Ich kanns mir irgendwie nicht vorstellen, aber nach der Probefahrt wissen wir sicher mehr.
Bei der Brennstoffzelle ist übrigens von einer Leistung von 2x 200 kW die Rede (zum Vergleich Diesel: 2x 335 kW).

Um einmal die Physik sprechen zu lassen: Pro Promille Gradiente (vulgo Steigung) und Kilonewton Masse ist ein Newton zusätzlich Zugkraft notwendig zur Kompensation der Hangabtriebskraft. Um daraus den Leistungsanteil bei gegebener Geschwindigkeit zu ermitteln, kann man die Allerweltsformel P=F*v (Leistung = Zugkraft * Geschwindigkeit) bemühen. (Das ist aber dann nur der auf die Gradiente entfallende Leistunganteil! – Die notwendige Gesamtleistung ist natürlich höher.)

Was das Latein vom Tf angeht (gut, daß das kein Jäger oder Angler war – dafür gibts ja dieses böse Wort vom Jäger- oder Anglerlatein :D), hat er nur leider vergessen, daß sein Yoghurtbecher eben doch kein Perpetuum Mobile ist: Luftwiderstand, Rollreibung (Rad/Schiene), Reibung im mechanischen sowie sowie Schalt-, Eisen- und Kupferverluste im elektrischen Antriebsstrang (auch diese Bauteile haben es gerne warm) sorgen dafür, daß er mitnichten genausoviel Energie zurückspeist wie er vorher [Klugsch***modus] nicht (Energie wird nicht verbraucht, nur gewandelt!) [/Klugsch***modus] verbraucht hat.

Zum iLint: Die den Alstom-Vertreter in Berlin 2016 (Innotrans) mühsam aus der Nase gezogenen Angaben ließen bereits vermuten, daß man nicht eine Rakete auf Schienen erwarten sollte. Eher ein Fahrzeug, welches selbst die Fahrdynamik eines dieselmechanischen LINTs unterbietet.
Aber das soll keine Wertung sein: Es ist eben ein (erweiterter) Versuchsträger. Irgendwann und mit irgendwas muß man mal anfangen, Alternativen für die die hubkolbenzerknallmaschinengetriebenen Fahrzeuge zu finden.

Was das "Tf-Latein" angeht: bitte nicht mißverstehen.

Sowohl im 423 als auch im 430 haben wir tatsächlich im Display so eine Anzeige, die wir jederzeit manuell auf Null stellen können und die von alleine auf Null geht, wenn die Zugkonfiguration verändert wurde (also ET an- oder abgekuppelt wurden) oder der Zug frisch aus dem Modus "Aufgerüstet abgestellt" geholt wird. Diese Anzeige besteht aus zwei Zahlen: die kWh, die aus der Strippe gezogen werden, und die kWh, die in die Strippe zurückgespeist werden. Gemeint sind dabei allerdings ausschließlich die kWh, die für die Fahrmotore genommen werden / aus diesen kommen, also keine Nebenbetriebe wie Umrichter aller Art, Lüfter aller Art, Luftpresser, Klimaanlage usw., und natürlich auch keine Leitungsverluste.

Im Normalfall ignoriere ich diese Anzeige (die uns motivieren soll, Energie zu sparen), sie interessiert mich schlicht nicht, trotzdem kenne ich sie.

Was der Kollege gemeint hat: stellen wir uns vor, wir stehen am Bahnsteig in Niedernhausen und nullen das Ding. Jetzt fahren wir los, natürlich geht erstmal die Verbrauchsanzeige nach oben - klar, es wird ja Strom aus der Oberleitung genommen, um den Zug zu beschleunigen. Abschalten, rollen lassen - bei "Verbrauch" steht eine Zahl, bei "Rückspeisung" Null. Dann bremsen wir mal auf Niederjosbach zu: "Verbrauch" bleibt unverändert, dafür klettert jetzt "Rückspeisung". Halt in Niederjosbach, wieder Losfahren - "Verbrauch" geht weiter hoch, "Rückspeisung" bleibt auf dem Wert, den wir beim Stehenbleiben hatten. Bremsen auf Bremthal zu: "Rückspeisung" steigt - undsoweiter.

Da kann es durchaus sein, daß dann in Hofheim oder auch in Kriftel nach dem Anhalten tatsächlich beide Zahlen identisch sind - aber eben auch nur bei der Talfahrt. Ein Perpetuum mobile ist die Bahn deswegen natürlich trotzdem nicht: sie startet ja auf einem deutlich höheren Gravitations-Energieniveau ihre Fahrt, als sie sie dann beendet (weil Niedernhausen ja bald glaub 100 m oder so höher liegt). Natürlich fährt kein Zug der Welt immer und ständig nur bergab - lassen wir die Bahn mal in Hofheim vorzeitig enden ( ) und zurückfahren nach Niedernhausen. Da geht der "Verbrauch" rasant in die Höhe, bei "Rückspeisung" hingegen kommt nur sehr wenig dazu. Unterm Strich also am Ende des Tages immer noch deutlich mehr verbraucht als zurückgespeist - ist ja auch klar.

Nichts anderes meinte der Kollege - eben wirklich nur den Abschnitt Niedernhausen - Hofheim talwärts betrachtet.

Geht sogar noch besser: nächtlicher Leerpark Kronberg - Rödelheim - Mainzer Landstraße - Frankfurt Hbf; auf dem Abschnitt Kronberg - Rödelheim hab ich da sogar selber schon einen negativen Verbrauch geschafft - also mehr zurückgespeist als entnommen. Ist aber auch nicht schwer, erstens interessieren bei diesem Leerpark niemanden irgendwelche Fahrzeiten (solange man es nicht übertreibt und nur noch 20 fährt, heißt das), zweitens gibt es keine planmäßigen Unterwegshalte und in aller Regel "grüne Welle" - man fährt also einmal in Kronberg an, beschleunigt die Bahn auf etwa 35 km/h (nicht mehr, damit man nicht über die Weiche schon wieder zu schnell wird), läßt rollen und braucht dann bis Rödelheim nur noch bremsen Bis Hbf reicht die "Rückspeisebilanz" leider nicht, der Abschnitt bis zur Mainzer Landstraße ist zu uneben und kurvig, da muß man wohl oder übel wieder aufschalten, und ab Mainzer Landstraße nur noch rollen lassen würde auch zu langsam werden.

War nur als kleine Erklärung zum "Tf-Energierückspeise-Latein"

Zitat von SoundofN1

Was ist dabei der Unterschied, außer dass die Brennstoffzelle mehr Energie liefern muss (was sie sicherlich kann)? Es wird ja kein Reichweitentest gemacht.

Bei der Vorführfahrt sicherlich nicht. Wiesbaden liegt aber nicht an der zukünftigen Einsatzstrecke, nur das Umweltweltministerium liegt in Wiesbaden. In Königstein könnte man aber auch genausogut präsentieren.

Das mit der Energielieferung ist ja gerade das interessante. Ob die installierte Leistung (Leistung der Fahrmotoren als auch der Energielierranten Brennstoffzelle / Akku) auch für eine Bergfahrt, auch mit akzeptabler Geschwindigkeit, ausreicht, das ist die Frage. Wäre nicht das erste Fahrzeug, das in der Steigung vor Königstein schlapp macht.

Mir ist auch klar, das das ein Erprobungsfahrzeug ist und die wirklichen Tests (hoffentlich) noch folgen werden.

Zitat von Tatrafan

(…) War nur als kleine Erklärung zum "Tf-Energierückspeise-Latein"

Danke für die Info. Da ist der »Landmark-Speedtest« und der »Turbo«-Taster der 286er PC also in die Führerstände der Yoghurtbecher migriert.

Muß mich [Klugsch***modus] übrigens selbst korrigieren – von wegen Masse:

Zitat von trainspotting

Um einmal die Physik sprechen zu lassen: Pro Promille Gradiente (vulgo Steigung) und Kilonewton Masse (…)

Korrekt müsste es natürlich heißen: Pro Promille Gradiente und Kilonewton Gewichtskraft (…) [/Klugsch***modus].
Nur für den Fall, daß jemand mal eine Bergbahn auf dem Mond (oder gar dahinter, gelle?) betreiben will …
Und zu den verlustbringenden Faktoren der Fahrt kommt natürlich auch noch der Fahrwiderstand im Bogen dazu. Aber auch da wird Energie nicht verbraucht – nur umgewandelt. In Wärme, Späne und manchmal auch Geruch.

Zitat von MdE

Was den iLINT betrifft, so kursieren Gerüchte, die Akkus seien in der Ebene bereits bei 30 km/h leer. Ich kanns mir irgendwie nicht vorstellen, aber nach der Probefahrt wissen wir sicher mehr.
Bei der Brennstoffzelle ist übrigens von einer Leistung von 2x 200 kW die Rede (zum Vergleich Diesel: 2x 335 kW).

Was bringt ein iLint auf die Waage? Nehmen wir ersatzweise mal die Massen der konventionellen Lint: Da hat ein Lint 54 eine Eigenmasse von 98t und besetzt irgendwas unter 144t (ausgehend von 18t RSL max.). Näherungsweise 2/3 Beladung, also 129t.
Um ein solches Gefährt in der Ebene auf 30 km/h zu beschleunigen und ohne Beachtung des Fahrwiderstand (vernachlässigbar bei dieser Endgeschwindigkeit) sind 1,24 kWh notwendig.
Bei angegebenen 110 kWh Batteriekapazität und sicher lebensdauerförderlicher niedriger DoD (Entlkadetiefe) kann man das dennoch für nicht mehr als ein Gerücht halten …

Zum Vergleich: Um auf 80 km/h zu kommen, sind 8,85 kWh notwendig und für 140 km/h Endgeschwindigkeit 27,1 kWh. (Wobei da dann schon mal der Fahrwiderstand zu berücksichtigen ist und die Energieaufnahme entsprechend höher ausfällt.)
Bei einer 40% DoD würde man aber immer noch einmal komplett auf 140 km/h beschleunigen können rein aus der Batterie und hätte noch eine Marge. (Vorausgesetzt, die Leistungsdichte reicht dafür aus. Vernünftigerweise verknüpft man aber die Leistungsabgabe von Brennstoffzelle und Batterien, um Lastspitzen auch bei den Batterien zu vermeiden.)
Okay, Hilfsbetriebe und HVAC fehlen noch. Mit mehr als 30 kW pro Wagenkasten würde ich aber nicht rechnen. Und so lange beschleunigt der rollende Knallgasspeicher trotz seiner »nur« 87 kN Anfahrzugkraft dann auch nicht, daß damit die Batterie leergenuckelt wird.

Genau, mir ging es nicht darum, den 423 hier als Generator "freier Energie" oder sowas darzustellen, sondern nur anschaulich die Frage zu beantworten, was an einer Bergfahrt anders wäre.

Die Berechnungen sind sehr interessant. Woher stammt denn die Angabe für die Batteriekapazität?

Zitat von MdE

Die Berechnungen sind sehr interessant. Woher stammt denn die Angabe für die Batteriekapazität?

Ich gebs zu, die 110 kWh habe ich mir bei der Wiki ausgeliehen. Als weitere Fundstelle gibts aber auch die vom Hersteller: https://www.akasol.com/de/news…l-alstom-antriebskonzepte (und da bekommt man noch 1 kWh obenauf

Beim Wühlen noch was anderes gefunden: Neben der in o.g. Link bereits aufgeführten Leistungsdichte (die schon recht ordentlich ist mit 221 kW), steht nach H2-Infrastruktur für die Schiene, Studie, Ergebnisbericht (Seite 98ƒ) nicht unerhebliche Nennleistung zur Verfügung:
850 kW dauerhaft und 1,3 MW kurzzeitig (40s – das speist sich aus den 450 kWp aus den im 1. Link beschriebenen Batterien).
Erfahrungsgemäß ist die Kurzzeitleistung abhängig vom Temperaturgang der Batterien. Wenn man dort also für ausreichend Kühlung sorgt und mit solcher Technik nicht gerade eine S-Bahn Stammstrecke bespielen will, könnte (!) aus den zusammengebastelten Komponenten schon ein H2-BEMU mit ordentlicher Fahrdynamik herauskommen! Freilich muß man sich bei Alstom dann mal Gedanken machen, die mechanische Seite des Antriebsstrangs vom jetzigen »Prototyp»-Stadium in etwas Serienwürdiges zu überführen: Status Quo sind die kleinen Drehgestelle der DM-Lint und mittels Kardanwelle angeflanschter, unter dem Wagenboden aufgehängter Elektromotoren – je einen pro (AFAIR) einheitsäußerem Drehgestell. Da müssen die Alstom LHBler mal bei ihren Kollegen vom französischen Mutterhaus auf Einkaustour für ein EMU-Drehgestell gehen oder etwas aus den »großen« DG der Coradia Continental Familie ableiten.

Edit: Ich habe ein ganz ähnliches Spielchen ja schon einmal durchgerechnet, da allerdings ein wenig detaillierter, für ein Szenario BEMU (also ET plus Batterie, analog des Bombardier /SWEG /NVBW /TUBerlin Projekts »Talent(2) BEMU«) auf konkreter, nicht elektrifizierter Stich-, abgehend von elektrifizierter Strecke. Als Atlernativbetrachtung zu einer »klassischen« Elektrifizierung:
Sofern die Lithium-Zellen thermisch nicht durchgehen (;() und man die Zulassungsfrage gelöst bekommt (EBA X(, EBA , EBA ) kommen da durchaus interessante Lösungen in Betracht.