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Fokus 3 | 18

Nächster Halt – neue Energie für den Nahverkehr

Moderne Konzepte für Bus und Bahn

Intelligent und leistungsstark – so muss der Nahverkehr der Zukunft sein, um den Verkehrskollaps der Ballungszentren zu verhindern. Er will umweltfreundlich sein und in nie gekannter Weise komfortabel. Hinzu kommen digitale Lösungen, die sowohl die Steuerung der Verkehrssysteme als auch den Service für die Passagiere auf ein neues Niveau heben.

Der Nahverkehr boomt. Besonders augenfällig wird dies, wenn Städte Straßenbahnen wiederbeleben, die sie längst stillgelegt haben. So hat Lugano 1897 eine Straßenbahn in Betrieb genommen – ausgestattet von der damaligen BBC – und in den 1950er-Jahren eingemottet. Jetzt gibt es in der Tessiner Stadt erneut Baupläne. Auch in Karlsruhe und Mainz entstehen derzeit neue Straßenbahn- und U-Bahn-Strecken. Begünstigt von positiven Zahlen auf dem Arbeitsmarkt und dem stetigen Bevölkerungsanstieg wächst der Bedarf an modernen ÖPNV-Lösungen. Der Verband Deutscher Verkehrsunternehmen zählte im Jahr 2017 im ÖPNV 10,32 Mrd. Fahrgäste, ein Drittel davon Schüler und Studierende, 14 % Berufspendler. Bei den Anteilen der Verkehrsmittel im ÖPNV liegen Busse mit 41 % knapp vor städtischen Bahnen, die auf einen Anteil von 38 % kommen.

Mobil und emissionsarm

Zusätzlicher Motor für das Wachstum im ÖPNV sind Endlosstaus, Luftverschmutzung und das Damoklesschwert von Innenstadt-Fahrverboten für den Individualverkehr. Immer mehr Fahrgäste schätzen den staufreien Komfort von Straßenbahnen und Bussen.

Grenzen zwischen Verkehrsarten fließen

Harald Hepp, Leiter Traction bei ABB Schweiz: „Wir erleben einen Ausbau aller Strukturen des öffentlichen Verkehrs und vor allem sehen wir, dass die Grenzen zwischen den Verkehrsarten immer mehr fließen. Ein Doppelgelenkbus ist der Dimension nach fast eine Straßenbahn und die Energieversorgungssysteme entwickeln sich in immer paralleleren Bahnen. Beispielsweise werden immer mehr Busse oder Straßenbahnen mit Energiespeichersystemen ausgerüstet.“ Neue Technologien entwickeln sich immer schneller. Dabei müssen die Betreiber und Lieferanten beachten, dass Transportinfrastrukturen sehr langlebig sind. Auch deshalb ist die Ausstattung des Nahverkehrs immer ein politisch stark beachtetes Thema mit komplexen Entscheidungsprozessen. „Für die Industrie bedeutet das, dass wir modulare und flexible Technologielösungen anbieten müssen, die skalierbar und nachrüstbar sind“, sagt Hepp. „Wir bei ABB interpretieren unsere Rolle deshalb als ‚Enabler‘, der Fahrzeugherstellern und Betreibern die beste Lösung ermöglicht.“

„Für die Industrie bedeutet das, dass wir modulare und flexible Technologielösungen anbieten müssen, die skalierbar und nachrüstbar sind.“

Von Straßenbahn bis ICE

Die Produkte und Leistungen von ABB in der Antriebstechnik von Schienenfahrzeugen umfassen die gesamte Leistungselektronik und Fahrzeugleittechnik. Markus Bernd, Leiter Vertrieb, Projekte und Service, Traction Deutschland bei ABB, umreißt das Spektrum: „Wir statten alle Fahrzeugarten und Leistungsstufen aus: von der Straßenbahn über die S-Bahn und weiter bis zum ICE als Spitze der Leistungspyramide.“ Immer mehr Lösungen kombinieren verschiedene Antriebskonzepte. Beispielsweise wird der EcoTrain der Deutschen Bahn auf den nicht elektrifizierten Strecken der Erzgebirgsbahn mit Antrieb und Bordnetzversorgung von ABB als Hybrid aus Diesel- und Elektroantrieb fahren. „Innerstädtisch fahren Bahnen abschnittsweise batteriegespeist ohne Fahrdraht. Das reduziert Investitionen, vermeidet aufwendige Genehmigungen und lässt den Blick auf historische Stadtansichten unbeeinträchtigt“, sagt Bernd.

Kompakt und leicht

Bei der Auslegung von Straßenbahnantrieben sind zwei grundsätzliche Herausforderungen zu bewältigen: Die Fahrzeuge haben häufig sehr begrenzte zulässige Achslasten, die meist von Brücken vorgegeben sind. Außerdem sollen die Bahnen aus Komfortgründen möglichst durchgängig niederflurig sein. Das begrenzt sowohl den Platz zwischen Fahrgastraum und Schienen als auch den Raum auf dem Dach zwischen den Stromabnehmern. Die doppelte Herausforderung löst ABB mit der Kompaktbauweise von Systemen, die zugleich Antrieb und Bordnetzversorgung enthalten – einmalig bei Antrieben für Straßenbahnen. „Unser Spitzenmodell ist der Kompaktstromrichter BORDLINE CC400 DC, der 600 kg weniger als frühere Lösungen wiegt“, erläutert Bernd.

Fuhren Straßenbahnen bis ungefähr 1990 mit Gleichstrommotoren, sind heute effizientere Drehstrommotoren Stand der Technik. Für den Antrieb der Drehstrommotoren wandeln die Stromrichter die Gleichspannung von 750 V mithilfe von Halbleitern in Drei-Phasen-Wechselstrom um. Durch den Technologiewechsel hin zu Drehstrommotoren und wachsende Anforderungen wie stärkere Bordnetzversorgung müssen Straßenbahnen modernisiert werden. In einem solchen Retrofit-Projekt steuert ABB bis Ende 2019 die neue Antriebstechnik für 33 Bahnen der Kölner Verkehrsbetriebe bei. Ähnliches geschieht in Berlin: Dort rüstet die S-Bahn 70 Züge aus den 1990er-Jahren mit 140 neuen Antriebscontainern mit wassergekühlten Kompaktstromrichtern aus, die an die bestehende Fahrzeugleittechnik angebunden werden.

Während die Passagiere an der Haltestelle aus- und einsteigen, lädt das Flash-System die Busbatterie.

Die Zukunft ist digital

Den wichtigsten Trend für Nahverkehrsmittel sieht Markus Bernd in der fortschreitenden Digitalisierung: „Ob Fernübertragung, Auswertung von Diagnosedaten, vorausschauende Wartung oder vor allem die Auswertung von Betriebsdaten, kombiniert mit geografischen Informationen – die digital verknüpften Leistungen eröffnen den Verkehrsunternehmen ganz neue Potenziale.“ Wenn beispielsweise ein Sensor immer an der gleichen Stelle im Schienennetz ein Antriebsproblem meldet, kann ein Problem wie eine defekte Weiche vorliegen, das mit anderen Methoden viel schwerer zu identifizieren wäre. Ähnlich kann eine immer an der gleichen Stelle unzureichende Einspeisung auf bisher unentdeckte Leistungsprobleme beim zugehörigen Unterwerk hinweisen.

„Unsere technologisch offene Plattform erlaubt es, mit jedem Bushersteller zu kooperieren.“

Offene Plattform für E-Busse

Die Elektrifizierung von Bussen hat großes Potenzial – sie reduziert schädliche Emissionen und macht den ÖPNV effizient. Valentin Holz, Business Development E-Mobility in der Division Power Grids bei ABB Deutschland, erläutert die Rolle von ABB in diesem Feld: „Unsere technologisch offene Plattform erlaubt es, mit jedem Bushersteller zu kooperieren. ABB ist in der Lage, alle Elemente vom Motor über Traktionsumrichter und Batterien bis hin zur Schnittstelle und Ladeinfrastruktur sowie zur Netzanbindung beizusteuern.“

Grundsätzlich unterscheidet ABB vier Arten, E-Busse zu laden. Beim Depot-Laden muss die Batterie für die gesamte Tagesfahrleistung ausgelegt sein und wird erst abends im Depot geladen. Dagegen beziehen die E-Busse beim OppCharge – von Opportunity Charging – ihre Energie an ausgewählten Haltestellen mit fahrplanmäßig längeren Stopps von drei bis sechs Minuten, wo sich Pantographen von der Ladestation zum Busdach herabsenken. Die erste OppCharge-Station in Deutschland ist seit 2018 in Göttingen in Betrieb. Bei der dritten Technologie, dem In-Motion Charging, lädt ein Trolleybus während der Fahrt unter dem Fahrdraht eine Traktionsbatterie auf und kann anschließend Streckenabschnitte oberleitungsfrei bedienen. OppCharge und Depot-Laden sind die Techniken mit dem größten Marktvolumen.

Laden in Sekunden

Die vierte Technologie von ABB ist das System TOSA mit der Flash-Ladetechnologie. FlashLaden ist insbesondere für stark nachgefragte und damit hochfrequentierte Strecken eine sehr gute Option. Die Busse benötigen nur eine kleine, dachmontierte Batterie von 70 bis 80 kWh Kapazität und tragen die Steuerung an Bord; die Station dient als Spannungsquelle für die Ladung in 15 Sekunden bei 600 kW. Das Linienfahrzeug dockt in einer Sekunde an die Flash-Ladeinfrastruktur an. Möglich macht das ein lasergesteuertes Energy Transfer System, das die Infrastruktur mittels RFID-Tag als Zielmarke identifiziert. Die Kontaktschiene an der Flash-Station erlaubt bis zu 3 m Abweichung in Längs- und das Transfer System 0,5 m in Querrichtung. Das System toleriert zudem Kneeling – das Absenken der Busse auf der Einstiegsseite.

Eingesetzt wird das System seit 2017 in Genf, wo zwölf Busse auf der Strecke zwischen Flughafen, Krankenhaus und einigen Wohnorten fahren. Die vollelektrischen Gelenkbusse können bis zu 133 Personen gleichzeitig transportieren und nutzen an 13 von 50 Haltestellen die Flash-Ladetechnologie. Auch in Nantes werden von 2019 an vollelektrische Doppelgelenkbusse per Flash-Technologie geladen.

Seit 2009 ist in Dubai die Metro in Betrieb, deren Netz inzwischen 75 km umfasst.

GIS für Metro Dubai

Erstaunlicherweise kommt auch auf der ölreichen arabischen Halbinsel der Ausbau des elektrischen öffentlichen Nahverkehrs voran. Seit 2009 ist in Dubai eine Metro in Betrieb, deren Netz inzwischen 75 km umfasst. Anlässlich der Expo 2020 in der größten Stadt der Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) wird eine Linie von der Innenstadt zum Ausstellungsgelände hin um 15 km verlängert. Den Auftrag erhielt ein internationales Konsortium. ABB beliefert das prestigeträchtige Großprojekt über das Energieministerium der VAE mit drei gasisolierten Schaltanlagen (GIS) mit je sechs Feldern. Die Anlagen sind wichtiger Bestandteil von drei Umspannwerken, die die 132-kV-Hochspannung aus dem Verteilnetz in die von der Metro benötigte Mittelspannung von 33 kV umwandeln. Jannik Schäfer, Projektleiter für Gasisolierte Schaltanlagen bei ABB Deutschland, weiß, was die GIS für Dubai zudem auszeichnen soll: „Wegen der hohen Anforderungen des Endkunden an Zuverlässigkeit und Sicherheit der Anlage im heißen Wüstenklima liefern wir die GIS mit einer besonders robusten Spezifikation.“

Die erste Lieferung nach Dubai befindet sich in ungefähr 30 Containern auf dem Seeweg. Zuvor haben die Schaltanlagen die Werksabnahme (FAT) in Hanau mustergültig bestanden. „Auf den drei Baustellen installiert der Generalunternehmer die GIS ab Juni 2018. Auf jeder Baustelle wird ein ABB-Mitarbeiter vor Ort die Installation und Inbetriebnahme überwachen; zudem sind zwei Projektkoordinatoren von ABB Deutschland in den VAE stationiert, um jederzeit schnell auf Kundenwünsche reagieren zu können“, sagt Schäfer. Noch im Jahr 2018 sollen die Schaltanlagen betriebsbereit sein, bevor 2019 die Metro mit Erprobungsfahrten und ab Anfang 2020 mit dem fahrplanmäßigen Betrieb beginnt.

„Wegen hoher Anforderungen im heißen Wüstenklima liefern wir die GIS mit einer besonders robusten Spezifikation.“

Zwei Metro-Linien fahren derzeit durch die Wüstenstadt. Zur Expo 2020 wird eine der Linien verlängert.

Metro für Fußball-WM 2022

Die Metro Dubai war zugleich eine der Blaupausen für die jetzt mit Blick auf die Fußballweltmeisterschaft 2022 im Bau befindliche Metro Doha in Katar. Auch dort ist ABB als Lieferant von Hochspannungsschaltanlagen (GIS) involviert. Projektleiter Robert Schönherr von ABB erläutert: „Für die Metro Katar liefern wir fünf Schaltanlagen inklusive Aufbau und Inbetriebnahme innerhalb des Großauftrags Qatar Phase 12, der insgesamt 23 Anlagen umfasst.“ Die fünf Unterverteilstationen versorgen bestimmte Streckenabschnitte der neuen Metro mit Strom, drei sind bereits am Netz. „Wir haben die 132-kV-Anlagen in drei typischen Größen von 12, 14 und 18 Feldern nach der Endkunden-Spezifikation von Kahramaa, der Qatar General Electricity & Water Corporation, zu liefern. Die Spezifikation gibt sämtliche Details wie Design, Layout, Steuerung, Verriegelung und Schnittstellen der Schaltanlage vor“, sagt Schönherr. Eine weitere Besonderheit ist dem Klima geschuldet: Um das volle Potenzial der Leistung ausnutzen zu können, befinden sich die Anlagen in klimatisierten Hallen.