Bewertungsmöglichkeiten für den emissionsfreien Betrieb von Regionalbahnen

Abstract

Regionalbahnstrecken werden derzeit oft mit Dieseltriebfahrzeugen betrieben. Da die Emissionen des Dieselbetriebs immer weniger mit umweltpolitischen Zielen im Einklang stehen, steht diese Betriebsform zunehmend unter Druck. Lange Zeit war die einzige technisch ausgereifte Lösung die Elektrifizierung der Regionalbahnstrecke, allerdings ermöglicht der technische Fortschritt seit einiger Zeit auch andere Lösungen für den Fall, dass eine Elektrifizierung nicht machbar oder nicht wirtschaftlich sinnvoll ist, zum Beispiel den Betrieb mit Batterie-Hybrid-Triebwagen oder Wasserstoff-Hybrid-Triebwagen.Da es keine einheitliche Lösung für den Ersatz von Dieseltriebfahrzeugen gibt, wird in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, mit der verschiedene Arten von emissionsfreiem Betrieb solcher Strecken bewertet werden können. Nach einer ausgiebigen Literaturrecherche über Energieversorgungsmöglichkeiten wird ein Überblick über verschiedene Bewertungsmethoden gegeben.Eine Bewertungsmethode für den emissionsfreien Bahnbetrieb auf Regionalbahnstrecken wird angelehnt an eine Nutzwertanalyse entwickelt. Darauf basierend werden die für die Bewertung notwendigen Kriterien identifiziert und diskutiert. Im nächsten Schritt wird dieses Bewertungsmodel lauf ein praktisches Beispiel angewendet: auf die Mühlkreisbahn in Oberösterreich, die durch das Stadtgebiet von Linz verlängert werden soll. Da die Mühlkreisbahn derzeit nicht elektrifiziert ist, werden drei verschiedene Varianten angeführt: die Komplettelektrifizierung der Stadtstrecke und der gesamten Mühlkreisbahn, die Teilelektrifizierung bis Kleinzell mit einer Ladestationam Streckenendpunkt in Aigen-Schlägl und die Teilelektrifizierung ohne jegliche Ladestationen. Auch werden Gewichtungsfaktoren festgelegt und beschrieben. Für alle drei Varianten wird ein Musterfahrplan mithilfe der Software FBS erstellt.Das Resultat zeigt, dass unter den getroffenen Annahmen die dritte Variante (Teilelektrifizierung ohne Ladestationen) das Ergebnis mit der besten Bewertung aufweist, allerdings die in Punkten ausgedrückten Ergebnisse der drei Varianten nahe bei einanderliegen, da alle drei Varianten mit demselben Muster-Batteriehybridtriebwagen berechnet wurden. Weil die meisten Zugkilometer auf dem in allen Varianten zu elektrifizierenden Abschnitt erbracht werden, zeigen sich bei den Kriterien, die anhand der Zugkilometer berechnet werden, keine großen Unterschiede in den Punkten. Die Arbeit zeigt, dass das vorgeschlagene Bewertungsverfahren erfolgreich auf eine Regionalbahnstrecke angewendet werden kann und dass ein emissionsfreier Betrieb unter den getroffenen Annahmen möglich ist.

Regional railway lines are currently often operated by diesel locomotives or multiple units. Becausetheir emissions conflict with environmental goals, there is an increasing trend of discontinuing this kind of operation. Electrification of regional railway lines has been a commonly accepted alternative, but for some years technical progress has allowed for other solutions, such as using battery hybrid electric multiple units or hydrogen multiple units in cases where electrification is not feasible or does not make sense from an economic point of view As there is no one-size-fits-all approach to replacing diesel-powered operations, an evaluation method is developed in this study, which can be used to assess different modes of emission-freeoperation of such lines. After an extensive literature review of ways for providing energy, an overview about different evaluation methods is given. A method for evaluating emission-freeoperations is developed as a weighted-sum model. Then criteria which are crucial for evaluatingdifferent modes of emission-free operation are identified and discussed. In the next step the method is applied to the practical example of the Mühlkreisbahn in Upper Austria which is going to be extended through the city of Linz. As the Mühlkreisbahn currently is not electrified,three different variants of providing emission-free operations are described: full electrification of the whole railway line, partial electrification from Linz to Kleinzell (with a charging stationin Aigen-Schlägl) and partial electrification from Linz to Kleinzell (without a charging station).Furthermore weighting factors are defined and discussed. A timetable which is calculated by the software FBS is used for all the variants.Overall using the assumptions of this study the third variant (partial electrification without charging stations) scores best, although the results of all three variants do not differ much, sinceall variants use the same battery hybrid electric multiple unit from the FBS software. As most of the train operations are in the section which is electrified in all three variants, criteria whose points are calculated from train kilometres do not differ much in their points. The study showsthat the proposed evaluation method can be successfully applied to a regional railway line and that emission-free operation is possible under the assumptions made.