Energieoptimiertes Fahrprofil im Schienenverkehr (Projekt)

Der Verkehrsträger Schiene ist schon heute sehr emissionsarm und auf gutem Weg zu null Emissionen. Elektromobilität ist im Bahnverkehr seit fast 140 Jahren Realität. Alternative Antriebskonzepte, wie Wasserstoff-, Batterie- und Hybridantriebe, halten im Schienenverkehr überall dort Einzug, wo eine Elektrifizierung der Fahrstrecke durch Oberleitungen nicht wirtschaftlich ist. 

Egal um welche Antriebsart es sich handelt, für alle Fahrzeuge im Personen- oder Güterverkehr auf der Schiene gilt: Mit den innovativen Antriebsmodellen sollen Energie eingespart und Emissionen verringert werden.

Effizienzpotenziale im Schienenverkehr

Bei Schienenfahrzeugen rollen Stahlräder auf Stahlschienen. Aus der relativ kleinen Kontaktfläche zwischen Rad und Schiene und dem niedrigen Rollreibungswiderstand zwischen den Stahlflächen resultiert ein verhältnismäßig geringer Fahrwiderstand. Andere Parameter wiederum haben einen sehr großen Einfluss auf den Energieverbrauch bei der Eisenbahn: Strecken mit starken Steigungen oder vielen Halten, die ein ständiges Anfahren und Abbremsen nötig machen, sind besonders energieintensiv.

Das Entwicklungsteam vom Fraunhofer IFF entwickelt auf Basis des physikalischen Optimums Methoden und Tools für energieoptimierte Fahrprofile im Schienenverkehr.

Jederzeit mit der optimalen Geschwindigkeit unterwegs

Das Führen von Schienenfahrzeugen erfolgt weitestgehend nach Bauchgefühl. Zügig anfahren, beim Bremsen möglichst viel Energie ins Netz zurückspeisen und beim Erreichen einer Steigung die Zugleistung drosseln und den Schwung bergab nutzen – mit einer Fahrweise nah am physikalischen Optimum können Lokführer:innen ihren Energiebedarf um bis zu 30 Prozent senken.

Ein Forschungsteam des Fraunhofer IFF erarbeitet einen Algorithmus auf Basis des physikalischen Optimums, der integrierte Bewegungsgleichungsmodelle mit Energiebedarf und Energierückspeisung nutzt und u.a. Einflussgrößen wie Restfahrzeit, Maximalgeschwindigkeit und das Höhenprofil der Strecke berücksichtigt.

Der Algorithmus erzeugt automatisiert ein optimiertes Geschwindigkeitsprofil unter Berücksichtigung von Fahrweg und Langsamfahrstellen.

Erwartete Projektergebnisse

• Algorithmus zur Bewertung einer energieeffizienten Fahrtrajektorie
• Optimierung des Energieverbrauchs im Schienenverkehr

Das physikalische Optimum PhO ist ein unter vorgegebenen Randbedingungen (Parameter) theoretisch idealer Referenzpunkt zur Bewertung technischer Prozesse. Der Vorteil: Solange die physikalischen Gesetze gelten, ist auch der Referenzpunkt gültig. So lassen sich reale Prozesse stets mit dem physikalischen Optimum vergleichen. Auch mit fortschreitender Entwicklung der Technik muss zu späteren Zeitpunkten kein neuer Referenzpunkt bestimmt werden.