Bahn frei für die Brennstoffzelle

Ja, 4nti4sin4 , was du schreibst ist im Prinzip „ich weiß auch nicht, was die Begrenzung ist“. Meine Frage war ja nicht, warum es diese Begrenzung gibt. Aber das ist kein Vorwurf; ich verstehe grade, wie du meine Aussage so verstehen konntest. Wir sollten Anfahrbeschleunigung nicht mit Leistung und Wechselstrommotoren nicht mit Drehstrom-Asynchronmotoren verwechseln, aber das ist für die Diskussion eigentlich egal.

Du schreibst, dass der Akku bei ETA kleiner als bei ETH ist – bei modernen ETA hat man aber typischerweise noch einen Transformator und Gleichrichter für das Aufladen und auch Fahren aus der Oberleitung dabei, was ja dort ebenfalls Gewicht und Platz verbraucht. Hast du denn konkrete Zahlen zur Größe von Akkus in reinen ETA, Oberleitungs-Hybrid ETA und ETH?

baeuchle   4nti4sin4

Das Problem bei Akkumulatoren ist, dass sie zwar verhältnismäßig viel Energie pro Masse speichern können (hohe Energiedichte), diese aber gleichzeitig nur träge bereitstellen können (geringe Leistungsdichte). Hier ein qualitatives Bild hierzu.

Das liegt daran, dass die chemische Reaktion grundsätzlich erst einmal ablaufen muss, sprich frei schwimmende Ionen im Elektrolyt auf eine Elektrode treffen müssen. Durch viele kleine Zellen kann man das natürlich forcieren. Gleichzeitig darf der Akkumulator insgesamt, bei größeren alle kleineren Zellen für sich, nicht zu heiß werden, um ein Schmelzen der Zellen und damit einhergehende Kurzschlüsse und mittelbar Brände zu vermeiden. Durch Klimatisierung des Akkumulators wie bei Elektroautos kann man eine Leistungsdrosselung vermeiden/hinauszögern, verbraucht dabei allerdings wieder Energie.

Zum Thema Fahrdynamik: Die Beschleunigungsfähigkeit von Fahrzeugen orientiert sich an zwei Bereichen: Kraftschluss und Leistungsgrenze.

Kraftschluss ist trivial, mehr kann vom Rad nicht an die Schiene übertragen werden. Dieser hängt von der möglichen Radsatzlast (RSL) und damit direkt von der Streckenklasse des Einsatzortes bzw. bei Massenprodukten wie iLint und co. an einer üblichen RSL ( bei modernen Fahrzeugen i.d.R. 20t) ab.

Entscheidend ist jedoch die Leistungsgrenze. Sie hängt davon ab wie viel Leistung dem Antriebsstrang zur Verfügung steht bzw. von ihm umgesetzt werden kann. Die Zugkraft an der Leistungsgrenze ist die (maximale) Leistung geteilt durch die Geschwindigkeit (Leistungshyperbel).

Hier weist eine Oberleitung mit Kraftwerk dahinter natürlich eine quasi unbegrenzte Leistungsfähigkeit auf. Wenn man Oberstrombegrenzungen mit einbezieht z.B. 600 A auf Standardstrecken (keine SFS) dann kommt man auf eine theoretische Leistungsgrenze von 9000 kW.

Diese Leistungen kann der Akkumulator logischerweise nicht zur Verfügung stellen, weshalb dann in HEMUs i.d.R. kleinere Motoren verbaut werden. Beim iLint sind es lt. Wikipedia insgesamt nur 544 kW. Zum Vergleich: Talent 2 1360 kW Dauerleistung, 2020 kW Kurzzeitleistung.

Bei BEMUs laufen die Motoren im Akkubetrieb mit einer niedrigeren Spannung und entsprechend niedrigeren Leistung, was dann ebenfalls zu den schlechteren Beschleunigungswerten und teilweise zur Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit auf 140 km/h oder weniger führt/führen kann (fehlender Nachweis des ausreichenden Zugkraftüberschusses bei Höchstgeschwindigkeit).

Ich habe es mal grob abgeschätzt, dass der iLint durch die geringere Leistung schon bei rund 34 km/h in die Leistungsgrenze läuft, der Talent 2 erst bei ca. 84 km/h.

Bei HEMUs hat man noch den Vorteil, dass Brennstoffzelle und Akkumulatoren gemeinsam Leistung liefern, während man bei BEMUs dann vollständig auf die Leistungsfähigkeit des Akku beschränkt ist.

PS Auf die Schnelle: Beim ÖBB Cityjet eco wiegt das "Batteriesystem" rund 14t (Absatz unter Bild 2) für 528 kWh (Datenblatt).

14t für 528kWh klingt unterirdisch schlecht. Da muss man jetzt wirklich sehen, was davon Akku ist - bei PKW-Akkus würde man von max. 2,5t für den Akku alleine ausgehen - und was alles "Infrastruktur" ist, und wieso die so schwer ist.

Zitat von baeuchle

Ja, 4nti4sin4 , was du schreibst ist im Prinzip „ich weiß auch nicht, was die Begrenzung ist“. Meine Frage war ja nicht, warum es diese Begrenzung gibt. Aber das ist kein Vorwurf; ich verstehe grade, wie du meine Aussage so verstehen konntest. Wir sollten Anfahrbeschleunigung nicht mit Leistung und Wechselstrommotoren nicht mit Drehstrom-Asynchronmotoren verwechseln, aber das ist für die Diskussion eigentlich egal.

Ich sagte im Wesentlichen, DASS ein Zusammenhang zwischen Leistung und Anfahrbeschleunigung besteht, weil eben ein hypothetisches Fahrzeug mit großer Anfahrbeschleunigung und großer Höchstgeschwindigkeit exorbitant große Fahrmotoren mit sich herumschleppen müsste. Baut man in den iLint tatsächlich die gleichen Motoren in gleicher Anzahl pro Fahrzeuggewicht ein, steht einer gleichen Anfahrbeschleunigung auch nichts im Wege, man schleppt nur bei Geschwindigkeiten >20km/h unnützes Gewicht mit sich rum. Daher könnte es wirtschaftlich sein, die Reibungsgrenze eben nicht auszunutzen, wenn man wirklich wenig Leistung zur Verfügung hat.

Die Motorenbauart spielt hierbei keine Rolle, alle Bauformen kennen als Solche keine Leistungsbegrenzung, sondern lediglich eine Drehzahl- und Drehmomentbegrenzung. Lediglich der Stromrichter (ob jetzt mechanisch oder elektronisch ausgeführt) und die vorgesehene Betriebsspannung stellen weitere Limits dar.

Eine "Volles Drehmoment bis zur Höchstgeschwindigkeit"-Auslegung würde zu extremen Leistungen ohne großen Nutzen führen, ist aber im Labor für spektakuläre Leistungsdaten bereits getan worden.

Der Kompromiss, dass die Leistungsbegrenzung zwischen 1/3 und 1/2 Vmax einsetzt, hat sich relativ universell etabliert.

Ich meinte im Übrigen, dass der Akku eines ETA größer ist als der eines ETH, und daher die Probleme im Verhältnis kleiner sein sollten.

Der Cityjet-Akku besteht aus LTO-Zellen. Diese haben eine deutlich geringere Energiedichte, aber eine extrem viel größere Leistungsdichte als "klassische" Lithium-Ionen-Zellen. Bei üblichen Leistungsdichten um die 3kW/kg und Energiedichten um 60Wh/kg können also gute 10t Batterien mal eben schnell rechnerisch 600kWh, aber eben auch 30MW liefern. Für ein Hybridfahrzeug, das im Wesentlichen über Fahrleitungslose Abschnitte "sprinten" muss, ergibt das auch Sinn, erzeugt aber eine sehr schlecht erscheinende Energiedichte. Außerdem sind neben den Batterien vermutlich auch noch die dazugehörigen Gleichstromsteller nebst Drosseln eingerechnet. Da hier nicht unmittelbar ein Motor oder Transformator eingebunden ist, muss die notwendige Induktivität als Extradrossel bereitgestellt werden. Hier sehe ich auch noch Potential, die 2QS durch geschickte Regelung des Gesamtsystems herauszuoptimieren.

Der PKW ist hier deutlich weiter optimiert, hier wird der Fahrstromrichter direkt aus der Batterie gespeist und muss mit dem ganzen Spannungsbereich der Batterie klarkommen. Dies wäre beim Cityjet auch denkbar, jedoch müsste dann auch beim Betrieb unter Fahrdraht der den Zwischenkreis speisende 4QS der aktuellen Akkuspannung "hinterherlaufen".

Am Ende führt das hier aber zu weit:

Eine Brennstoffzellenfahrzeug, das große Leistungen nur als Spitzenleistung aus einem Akku erbringen kann, MUSS an einer Steigungsstrecke scheitern.

Zitat von Ost-West-Express

Ich habe eben eine kurze Recherche im Netz unternommen: Alstom hat nicht das Monopol auf Wasserstoffzuege. A l l e einschlägig bekannten Hersteller in Europa bauen mittlerweile Wasserstoffzuege

Hat denn deine Recherche auch ergeben, welche der genannten Produkte eine EBA-Zulassung haben?

Zum Zeitpunkt der Ausschreibung gab es nur den iLint. Der Siemens Mireo Plus B war zu dem Zeitpunkt gerade im Entwurfsstadium.

Zitat von 4nti4sin4

Eine Brennstoffzellenfahrzeug, das große Leistungen nur als Spitzenleistung aus einem Akku erbringen kann, MUSS an einer Steigungsstrecke scheitern.

Das ist eine steile These, die mich fragen lässt, ob bei den Herstellern und den EVUs nur Vollidioten arbeiten. Die ÖBB hat ebenfalls den iLINT getestet.

und scheint deine Einschätzung nicht zu teilen.

Zitat

Es wurden die ganze Aspangbahn, die Strecke nach Gutenstein, Puchberg am Schneeberg sowie nach Wien Hbf. befahren. Die bisherigen Erfahrungen zeigten es ist ein uneingeschränkter Betrieb trotz anspruchsvoller Topografie (Bergstrecken) gewährleistet, der Fahrplan kann eingehalten werden und die Betankungsvorgänge und -dauer sind ähnlich wie bei Diesel. Als Vorteile von H2 erwiesen sich die Reichweite und ein durchschnittlicher Verbrauch von 0,23 kg/km, nachteilig sind der Gesamt-Energieverlust bis zum Rad von ca. 75 %, die hohen Betriebskosten des H2 und das Erfordernis einer Gesamt-Systemumstellung.

Quelle

Was die Betriebskosten angeht, ist das Merkmal hoch oder niedrig immer in Relation zum Dieselpreis zu sehen und von der Verfügbarkeit des Wasserstoffs und der Betankungstechnik abhängig. Der Pro-Bahn-Kommentator behauptet, auch der "Abfall-Wasserstoff" würde zu Marktpreisen abgegeben, ohne aber zu sagen, welches der Marktpreis ist (pro kg oder pro kWh). Die Wirtschaftlichkeit dürfte im Jahr 2020 anders beurteuilt worden sein als im Jahr 2023. Derzeit schlägt Diesel mit rd. 15 Cent/kWh zu Buche, Wasserstoff mit 4,5 -6,3 Cent /kWh.

Zitat von tunnelklick

Hat denn deine Recherche auch ergeben, welche der genannten Produkte eine EBA-Zulassung haben?

Nein, das hatte ich - gestern noch unterwegs und nur auf dem Handy - nicht recherchiert. Für den Zeitpunkt der Ausschreibung ist das Argument, dass es nur den iLint gab richtig.

Für den Betrieb im Jahre 2023 sollten jedoch andere Kriterien zählen. Der iLint beweist gerade sowohl seine fehlende Verfügbarkeit als auch betriebliche Probleme in bergigen Lagen. Jetzt kommt es darauf an, überhaupt irgendwelche Züge auf die Taunus-Schienen zu bringen, und wenn möglich Wasserstoff- statt Dieselzüge. Da ist dann natürlich interessant, ob mit den Fahrzeugen von Siemens, Stadler, CAF und Pesa inzwischen bessere Erfahrungen vorliegen u n d ob diese Fahrzeuge lieferbar sind.

Ehe gar nichts fährt, wären sogar alte Dampfzüge besser - für uns Eisenbahnfreunde sowieso .

Wie stellst du dir das vor, Ost-West-Express ? Man wartet auf Fahrzeuge, die nun statt ein paar Jahren Lieferzeit ein bisschen mehr als ein paar Jahre Lieferzeit haben werden, und bestellt währenddessen andere Fahrzeuge, die auch ein paar Jahre Lieferzeit haben werden?

Zitat von Ost-West-Express

Ehe gar nichts fährt, wären sogar alte Dampfzüge besser - für uns Eisenbahnfreunde sowieso .

Ich betrachte mich als Eisenbahnfreund und würde mich über Dampfzüge im Planbetrieb nicht freuen. 🤷‍♀️

Zitat von tunnelklick

Das ist eine steile These, die mich fragen lässt, ob bei den Herstellern und den EVUs nur Vollidioten arbeiten. Die ÖBB hat ebenfalls den iLINT getestet.

und scheint deine Einschätzung nicht zu teilen.

Der Erfolg der vorhandenen Züge (von Lieferproblemen mal abgesehen) liefert hier einen Hinweis.

Der Gegenbeweis wäre trivial zu erbringen: Man bringe eine Wasserstoffflotte auf einer entsprechenden Strecke erfolgreich zum Diesel konkurrenzfähigen Betrieb anbieten.

Die Frage ist, was in den Prototypenzug drinsteckt. War da nicht was, dass der andere Brennstoffzellen mit größerer Leistung hatte?

Wenn wir uns die Teststrecken der ÖBB angucken, sehen wir im Übrigen:

Thermenbahn: Großteil der Strecke flach, am Ende 250 Höhenmeter in 35 km, durchschnittliche Neigung dieses Teils 7,1 Promille. Der lange flache Abschnitt lässt das Fahrzeug seine Stärken ausspielen.

Gutensteinerbahn: Knappe 200 Höhenmeter auf 33 km, durchschnittliche Neigung 6,1 Promille

Aspangbahn: Hier wäre es unfair, die ganze Strecke zu betrachten, am Ende (Lanzenkirchen-Aspang 200m auf 20km, also ca. 10 Promille)

Schneebergbahn: Hier wirds spannend, jedoch stellt sich mir die Frage, ob der Zug auf der ganzen Strecke eingesetzt wurde. Schließlich ist formal ein Steilstreckenabschnitt enthalten, der Rest ist relativ flach...

Wechselbahn: Höchster Punkt ist in der Mitte, 180 Höhenmeter in 14 km (12,8 Promille). Rückzus gehts 100m hoch in 7 km (14,3 Promille).

Und jetzt die Taunusbahn:

Hier wird reichhaltiges Auf und Ab geboten. Erst geht es 100 Meter in 7km hoch (also 14,3 Promille), dann 7km flach, dann 100 Meter in 5 km (20 Promille), Rückzus auch wieder 150 Meter in 14km (10,7 Promille).

Das Fahrzeug muss also pro Runde mehrere erhebliche Steigungen bezwingen. Gleichzeitig gibt es keinen flachen Abschnitt, wo das Fahrzeug glänzen kann. Wenn der Akku ausreicht, um den Mehrbedarf während der Steigung zu decken, sollte das funktionieren. Dann stellt sich aber wieder die Frage, ob man nicht auf die Brennstoffzelle ganz verzichten kann, und stattdessen besser unter dem (bald vorhandenen) Fahrdraht zu laden.

Zitat von Ost-West-Express

Für den Betrieb im Jahre 2023 sollten jedoch andere Kriterien zählen. Der iLint beweist gerade sowohl seine fehlende Verfügbarkeit als auch betriebliche Probleme in bergigen Lagen. Jetzt kommt es darauf an, überhaupt irgendwelche Züge auf die Taunus-Schienen zu bringen, und wenn möglich Wasserstoff- statt Dieselzüge. Da ist dann natürlich interessant, ob mit den Fahrzeugen von Siemens, Stadler, CAF und Pesa inzwischen bessere Erfahrungen vorliegen u n d ob diese Fahrzeuge lieferbar sind.

Sind denn überhaupt schon weitere Fahrzeugbaureihen mit Brennstoffzelle außerhalb der Werkshallen?

Die früher angesprochene Physik gilt für alle, schlimmstenfalls nutzen sie sogar die gleichen Bauteile ( Akkupacks, Brennstoffzelle, Tanks).

Natürlich haben die ersten Fahrzeuge einer Technik immer Nachteile gegenüber späteren Generationen, denn nicht nur Astolm lernt aus diesen Erfahrungen, das tun auch Siemens, Stadler und Co. ( und sei es, dass sie derartige Fahrzeuge nicht anbieten).

Aktuell sind halt leider gerade die Kinderkrankheiten massiv, gepaart mit äußeren Umständen, die bei der Bestellung absolut nicht vorhersehbar waren.

Blöd halt nur für die leidtragenden Fahrgäste.

Baeuchle: Wer sagt denn, dass es bei den anderen Herstellern ähnliche Lieferprobleme gibt ? Ich hatte ja nach Erfahrungsberichten zu anderen Herstellern gefragt, wozu natürlich auch Lieferzeiten gehören. Aber bisher wurde hier noch keine Information dazu eingebracht.

Bei Pesa kann ich mir zugegebenermaßen vorstellen, dass die mit den Bestellungen für den heimischen polnischen Markt gut ausgelastet sind. Alle anderen liefern wie Alstom international.

Zu Dampfzügen im Planbetrieb: Ich hoffe, Du hast meine "Smileys" gesehen. Abgesehen davon erfreuen sich die Plandampf-Betriebe im Harz und auf einigen anderen Strecken durchaus deutlicher Beliebtheit.

Und jetzt durchaus etwas ernsthafter: Wäre es technisch möglich, den Dampf-Antrieb so weiter zu entwickeln, dass dieser sowohl technisch wie ökologisch effizienter wird - vielleicht sogar besser alsDiesel ? Jedenfalls könnte das dann eine Alternative zum Wasserstoff-Antrieb sein, der offensichtlich derzeit zumindest im Taunus nicht verfügbar ist und - so wie ich die bisherige Diskussion verfolge - auch auf technische Grenzen in der Streckentopographie stößt.

Gut, ich gebe zu, Fahrdrähte dürften wahrscheinlich schneller gespannt sein. Bis Usingen sind sie ja mittlerweile ohnehin geplant. Aber so mühselig, wie Planungen in unserem Land umgesetzt werden, könnte die Dampf-Technologie dann doch schneller sein.

Zitat von Ost-West-Express

Baeuchle: Wer sagt denn, dass es bei den anderen Herstellern ähnliche Lieferprobleme gibt ?

Niemand sagt das. Meine „Rechnung“ kam ganz ohne erwartete Lieferprobleme bei anderen Herstellern aus: selbst im besten Fall wirst du eine Lieferzeit von ein paar Jahren haben.

Zitat von 4nti4sin4

Eine Brennstoffzellenfahrzeug, das große Leistungen nur als Spitzenleistung aus einem Akku erbringen kann, MUSS an einer Steigungsstrecke scheitern.

Zitat von 4nti4sin4

Der Erfolg der vorhandenen Züge (von Lieferproblemen mal abgesehen) liefert hier einen Hinweis.

Wenn man den Betrieb einer neuen Triebfahrzeugreihe überall nach zwei Monaten bewertet, MUSS man zu dem Schluss kommen, dass jede Neuentwicklung der letzten zwanzig Jahren gescheitert ist. In diesem Sinne: abwarten.

Zitat von 4nti4sin4

Und jetzt die Taunusbahn:

Hier wird reichhaltiges Auf und Ab geboten. Erst geht es 100 Meter in 7km hoch (also 14,3 Promille), dann 7km flach, dann 100 Meter in 5 km (20 Promille), Rückzus auch wieder 150 Meter in 14km (10,7 Promille).

Das Fahrzeug muss also pro Runde mehrere erhebliche Steigungen bezwingen. Gleichzeitig gibt es keinen flachen Abschnitt, wo das Fahrzeug glänzen kann. Wenn der Akku ausreicht, um den Mehrbedarf während der Steigung zu decken, sollte das funktionieren. Dann stellt sich aber wieder die Frage, ob man nicht auf die Brennstoffzelle ganz verzichten kann, und stattdessen besser unter dem (bald vorhandenen) Fahrdraht zu laden.

Woher nimmst du diese Zahlen? Laut Schienennutzungsbedingungen beträgt die maximale Neigung 19 Promille. Zwischen dem Sattel zwischen Wehrheim und Neu-Anspach bis hinter Hausen geht es kontinuierlich bergab, nicht eben. Vom Sattel zwischen Wilhelmsdorf und Hundstadt geht es bis ins Solmstal wieder kontinuierlich bergab.

Im Übrigen gilt auf den meisten Abschnitten Vmax = 60 km/h, also wird allein dadurch gespart.

Zitat von MdE

Woher nimmst du diese Zahlen? Laut Schienennutzungsbedingungen beträgt die maximale Neigung 19 Promille. Zwischen dem Sattel zwischen Wehrheim und Neu-Anspach bis hinter Hausen geht es kontinuierlich bergab, nicht eben. Vom Sattel zwischen Wilhelmsdorf und Hundstadt geht es bis ins Solmstal wieder kontinuierlich bergab.

Im Übrigen gilt auf den meisten Abschnitten Vmax = 60 km/h, also wird allein dadurch gespart.

Ich habe mich für alle Strecken an den Wikipedia-Streckenverläufen orientiert (z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Taunusbahn_(Hochtaunus) ). Dort stehen natürlich nur die Bahnhöfe drin, ein Sattel auf offener Strecke wird dort nicht erfasst (ist aber dem Energieverbrauch nicht förderlich).

Die Geschwindigkeit ist an der Steigungsstrecke nur indirekt relevant. Fahre ich langsam, brauche ich zwar weniger Leistung, diese aber für eine entsprechend längere Zeit.

In der längeren Zeit hat die Brennstoffzelle aber immerhin mehr Zeit, zusätzliche Energie beizuschaffen.

Hier kann man aber auch mal überschlagen: 60km/h heißt 16,7m/s, heißt in der Höhe bei 20 Promille Steigung 0.33 m/s. Dazu ca. 140t Leermasse + hypothetische 300 Fahrgäste (gesamt 162t) ergibt mal eben eine Leistung von 350kW, die wir nur in Richtung "oben" erbringen müssen. Luftwiderstand, Wandlungsverluste, Hilfsbetriebe etc kommen noch hinzu. Das wird schwierig, wenn die Brennstoffzelle nur maximal 400 kW leistet.

OWE: Mach dich mal auf die Suche nach Ingeneuren die noch an Dampfmaschinen entwickeln.

Wenn du da Erfolg hast, dann suche mal was man so alles braucht um das Abgas verbrannter

Kohle zu reinigen.

Dampfantrieb als Massenanwendung [für Schienenfahrzeuge] ist tot - aber sowas von!

Zitat von 4nti4sin4

Die Geschwindigkeit ist an der Steigungsstrecke nur indirekt relevant. Fahre ich langsam, brauche ich zwar weniger Leistung, diese aber für eine entsprechend längere Zeit.

in Anbetracht der Anzahl der Worte, die du vorher auf fehlende Leistung aufgewendet hast, ist es ein bisschen verwunderlich, dass du nun die Leistung gar nicht als wichtig erachtest.

Aber grundsätzlich: am Anfang sind die Züge durchaus gefahren, hatten aber witterungsbedingte Tankprobleme. Hatten sie denn auch Probleme, die Fahrzeiten einzuhalten? Den Teil hatte ich nicht mitbekommen – die Informationslage war allerdings auch komplex.

Entschuldigt, editierzeit abgelaufen: „gar nicht wichtig“ war schlecht formuliert und bildet einen Strohmann. „als nicht direkt wichtig“ wäre richtig gewesen.

werden aktuell auf der RB 12 auch iLints eingesetzt?