Rekuperatives Bremsen bei Zügen: Wann Energie genutzt wird
Was mit dem beim Bremsen eines Zuges erzeugten Strom geschieht und warum seine Nutzung vom Stromnetz, von anderen Zügen und von der installierten Technik abhängt.
Das Wichtigste
Beim Bremsen können die Traktionsmotoren Strom erzeugen, statt ihn zu verbrauchen. Dieser kann andere Züge versorgen, ins Netz zurückgespeist oder – sofern die Anlagen dafür ausgelegt sind – gespeichert werden; Überschüsse lassen sich in Widerständen in Wärme umwandeln.
Was es bedeutet, beim Bremsen Energie zurückzugewinnen
Beim rekuperativen Bremsen können elektrische Traktionsmotoren während des Abbremsens ihre Funktion wechseln: Statt Strom für die Fortbewegung des Zuges zu verbrauchen, erzeugen sie Strom, während der Zug langsamer wird. Die erzeugte Energie kann im Bahnsystem genutzt werden, wird aber nicht automatisch in jedem Fall wiederverwendet.
Entscheidend ist, zwei Dinge auseinanderzuhalten: Zum einen kann der Zug beim Bremsen Strom erzeugen. Zum anderen müssen eine Anlage vorhanden sein, die diesen Strom aufnehmen kann, und ein Bedarf, der ihn nutzt. Treffen diese Voraussetzungen nicht zusammen, kann der Überschuss in Widerständen im Zug in Wärme umgewandelt werden. Deshalb gibt es keinen allgemeingültigen Wert für die zurückgewonnene Energie oder die Einsparung, der für jede Strecke gilt.
Quellen dieses Abschnitts: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Treatment of regenerative braking for metered operators on the DC network ↗
- Die Stromerzeugung beim Bremsen bedeutet nicht, dass der gesamte Strom genutzt wird.
- Wohin die Energie fließt, hängt vom Stromversorgungssystem und vom verfügbaren Bedarf ab.
- Nicht zurückgewonnene Energie kann in Widerständen in Wärme umgewandelt werden.
Vom Traktionsmotor ins Stromsystem
Der erzeugte Strom muss einen Weg finden, der mit der jeweiligen Anlage vereinbar ist. Auf einer elektrifizierten Strecke kann er in das Stromversorgungssystem eingespeist werden und dort für andere Verbraucher verfügbar sein. Ob der Strom den Zug verlassen und vom System aufgenommen werden kann, hängt jedoch von den Eigenschaften und der Konfiguration des Netzes sowie von den aktuellen Bedingungen ab.
Quellen dieses Abschnitts: Treatment of regenerative braking for metered operators on the DC network ↗
Wohin der zurückgewonnene Strom fließen kann
Eine Möglichkeit ist, dass der Strom einen anderen Zug versorgt, der im selben Stromversorgungsabschnitt gerade beschleunigt oder fährt. Für das herkömmliche Gleichstromnetz erklärt Adif, dass andere Züge im selben elektrischen Abschnitt die rekuperierte Energie nutzen können. Auch in einem von Network Rail beschriebenen Netz mit Stromschiene hängt die Nutzung davon ab, ob sich ein anderer Zug in der Nähe befindet, der Strom verbraucht.
Eine weitere Möglichkeit ist, den Überschuss ins allgemeine Stromnetz zurückzuspeisen. Dafür muss die Infrastruktur den Stromfluss in diese Richtung ermöglichen. Adif beschreibt den Einsatz von Wechselrichtern in Unterwerken als eine Möglichkeit, die Traktionsstromversorgung umkehrbar zu machen und Energie ins Hochspannungsnetz zurückzuspeisen, die andernfalls im jeweiligen Abschnitt nicht genutzt würde.
Adif unterscheidet diesen Fall auch von Hochgeschwindigkeitsstrecken mit Wechselstrom, bei denen die Rückspeisung der Bremsenergie ins Versorgungsnetz laut Adif auf natürliche Weise erfolgt. Das ist nicht als einheitliche Regel für alle Anlagen zu verstehen: Wie die Energie gehandhabt wird, hängt von der konkreten Auslegung der Strecke ab.
Auch eine Speicherung ist möglich, darf aber nicht vorausgesetzt werden. Adif hat Projekte zur Speicherung von Energie aus dem rekuperativen Bremsen erwähnt. Das bedeutet nicht, dass alle Strecken mit installierten Speichersystemen ausgestattet sind.
Quellen dieses Abschnitts: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Adif: proyectos de recuperación de energía de frenado ↗ · Third rail ↗ · Memoria medioambiental 2019 ↗
Rekuperation, Widerstandsbremse und Reibungsbremsen
Beim rekuperativen Bremsen und beim Bremsen über Widerstände ist der Ausgangspunkt derselbe: Die Motoren erzeugen während des Abbremsens Strom. Der Unterschied liegt darin, wohin diese Energie fließt. Kann sie im Netz genutzt werden, wird sie zurückgewonnen. Andernfalls kann der Überschuss laut Adif in Widerständen im Zug in Wärme umgewandelt werden.
Die Rückgewinnung von Strom kann den Einsatz der Reibungsbremsen verringern, ersetzt sie aber nicht vollständig. Ein Zug mit rekuperativem Bremssystem ist also nicht ausschließlich auf die Energierückgewinnung angewiesen.
Der folgende Vergleich fasst die Funktion der einzelnen Optionen zusammen, ohne vorauszusetzen, dass alle Züge oder Strecken die Bremsenergie auf dieselbe Weise handhaben:
| System | Was geschieht | Mögliches Ergebnis |
|---|---|---|
| Rekuperatives Bremsen | Die Traktionsmotoren erzeugen beim Abbremsen Strom. | Wenn die Anlage dafür ausgelegt ist, kann der Strom andere Züge versorgen oder ins Netz zurückgespeist werden. |
| Bremsen über Widerstände | Der erzeugte Strom wird in Widerständen im Zug in Wärme umgewandelt. | Die Energie wird in Wärme umgewandelt, statt im Netz genutzt zu werden. |
| Reibungsbremsen | Die Rückgewinnung von Strom kann ihren Einsatz verringern. | Sie werden dadurch nicht überflüssig. |
Quellen dieses Abschnitts: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Virgin Pendolino fleet clicks up 100 million miles ↗
Welche Voraussetzungen für die Nutzung erfüllt sein müssen
Um eine konkrete Strecke beurteilen zu können, sollten die Bedingungen der Stromversorgung, der Bedarf und die installierten Anlagen geprüft werden:
Quellen dieses Abschnitts: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Treatment of regenerative braking for metered operators on the DC network ↗ · Third rail ↗
- Ermöglicht die Stromversorgung, Energie zurückzuspeisen oder mit anderen Zügen zu teilen?
- Gibt es im selben Stromversorgungsabschnitt nahegelegene Verbraucher, wenn die Züge bremsen?
- Verfügt die Strecke über umkehrbare Unterwerke oder andere Speicherlösungen?
- Wird erfasst, wie viel Strom erzeugt, ins Netz eingespeist und tatsächlich genutzt wird?
Wie sich die Nutzung auf einer konkreten Strecke berechnen lässt
Es gibt keinen Rückgewinnungsanteil, der für alle Strecken gilt. Für eine Schätzung müsste mindestens ermittelt werden, wie viel Energie die Züge beim Bremsen erzeugen, wie viel davon die Stromversorgungsanlage erreicht und wie viel verbraucht, ins Netz zurückgespeist oder gespeichert wird. Außerdem müsste die elektrische Auslegung der Strecke bekannt sein, ebenso die Abschnitte, in denen sich Energieflüsse teilen lassen.
Eine praktische Bewertung sollte die erzeugte Energie mit der tatsächlich genutzten Energie über einen repräsentativen Zeitraum vergleichen und dabei Informationen zum Zugverkehr und zum Bedarf berücksichtigen. Ist nur bekannt, wie viel Energie an Bord erzeugt wurde, bleibt unklar, welcher Anteil auf einen Verbraucher oder eine Infrastruktur traf, die ihn aufnehmen konnte. Und wenn nur ein bestimmter Zeitraum betrachtet wird, sollten seine Ergebnisse nicht als allgemeingültiger Wert dargestellt werden.
Bei einer Aussage über Einsparungen sollte geprüft werden, welche Größe gemessen wird, auf welcher Strecke und mit welchen Anlagen. Ohne diese Angaben ist es sinnvoller, den Mechanismus und seine Voraussetzungen zu erklären, statt einen bestimmten Prozentsatz zu versprechen.
Quellen dieses Abschnitts: Adif: subestaciones reversibles y recuperación de energía de frenado ↗ · Treatment of regenerative braking for metered operators on the DC network ↗ · Third rail ↗
- Aufzeichnungen zur beim Bremsen erzeugten Energie und zur tatsächlich vom Netz aufgenommenen Energie zusammentragen.
- Art der Stromversorgung, elektrische Abschnitte sowie vorhandene umkehrbare Unterwerke oder Speicher dokumentieren.
- Die Bremsvorgänge mit dem Verbrauch anderer Züge im selben Zeitraum in Beziehung setzen.
- Erzeugte Energie, zurückgewonnene Energie und als Überschuss abgeführte Energie getrennt ausweisen.
Wird die gesamte beim Bremsen eines Zuges erzeugte Energie ins Netz zurückgespeist?
Nein. Andere Züge können die Energie nutzen oder sie kann ins Netz zurückgespeist werden, wenn die Anlage dafür ausgelegt ist. Überschüsse können in Widerständen in Wärme umgewandelt werden.
Macht rekuperatives Bremsen mechanische Bremsen überflüssig?
Nein. Die Rückgewinnung von Strom kann den Einsatz der Reibungsbremsen verringern, bedeutet aber nicht, dass diese wegfallen.
Lässt sich für jede Strecke ein Einsparungsprozentsatz angeben?
Nein, nicht allgemeingültig. Für eine Berechnung braucht man Angaben zur erzeugten und genutzten Energie, zur Stromversorgung der Strecke und zum verfügbaren Bedarf.
