Häufig gestellte Fragen
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Entwicklung und Betrieb von Fernverkehrs-Lkw mit Pantograph (Stromabnehmer) sind hochinnovativ. Hier erfahren Sie mehr über die Funktionsweise der Fahrzeuge.
Der Betrieb von Pantographen-Lkw erfordert den Ausbau der Infrastruktur auf den Autobahnen. Hier erfahren Sie mehr über die Oberleitungsinfrastruktur.
Pantographen-Lkw und Oberleitungen werden das Bild der Autobahn verändern. Hier erfahren Sie mehr über allgemeine Potenziale und sicherheitsrelevante Fragen.
Das Fahrzeug
Das Fahrzeug
Der Antriebsstrang eines vollelektrischen Oberleitungs-Lkw besteht im Kern aus Traktionsbatterie, Pantograph und Elektromotor. Das Oberleitungssystem mit den beiden Fahrdrähten (Pluspol und Minuspol) wird entlang der Fahrbahn über dem rechten Fahrstreifen errichtet. Sobald die im Dach befindlichen Sensoren des O-Lkw den Fahrdraht erkennen, wird der eingebaute Stromabnehmer ausgefahren. Dieser stellt den Kontakt zur Oberleitung her und versorgt den Elektromotor des O-Lkw ohne Umweg über die Batterie mit Strom. Parallel dazu werden die Batterien des O-Lkw aufgeladen, um genügend Reichweite im batterieelektrischen Fahrbetrieb zu garantieren. Sobald die Oberleitung endet oder der O-Lkw zu einem Überholvorgang ansetzt, übernimmt die Batterie die Energieversorgung des Elektromotors. Die Geschwindigkeit muss weder beim Ankoppeln noch beim Entkoppeln reduziert werden.
Der Antriebsstrang eines vollelektrischen Oberleitungs-Lkw besteht im Kern aus Traktionsbatterie, Pantograph und Elektromotor. Das Oberleitungssystem mit den beiden Fahrdrähten (Pluspol und Minuspol) wird entlang der Fahrbahn über dem rechten Fahrstreifen errichtet. Sobald die im Dach befindlichen Sensoren des O-Lkw den Fahrdraht erkennen, wird der eingebaute Stromabnehmer ausgefahren. Dieser stellt den Kontakt zur Oberleitung her und versorgt den Elektromotor des O-Lkw ohne Umweg über die Batterie mit Strom. Parallel dazu werden die Batterien des O-Lkw aufgeladen, um genügend Reichweite im batterieelektrischen Fahrbetrieb zu garantieren. Sobald die Oberleitung endet oder der O-Lkw zu einem Überholvorgang ansetzt, übernimmt die Batterie die Energieversorgung des Elektromotors. Die Geschwindigkeit muss weder beim Ankoppeln noch beim Entkoppeln reduziert werden.
Bis 2030 will die DB AG insgesamt 86 Milliarden Euro in die Infrastruktur investieren. Allein für das Jahr 2020 waren bereits 12,2 Milliarden Euro veranschlagt. Im Zuge dessen sollen unter anderem 1.800 Kilometer Gleis erneuert werden.1 Dennoch unterliegt die Erweiterung des Schienengüterverkehrs engen Kapazitätsgrenzen durch hohe Streckenauslastung und limitierte Erweiterungsmöglichkeiten. Deshalb ist es erforderlich, einen Teil der Güter auf der Straße zu transportieren.2 Da der Gesamtgüterverkehr außerdem stetig zunimmt, müssten selbst dann noch 60 Prozent der Güter mit Lkw transportiert werden, wenn die Schienenkapazität um das Zweieinhalbfache gesteigert werden würde. Zudem ist die Bahnanbindung des Empfängers notwendig. Die hohe Flexibilität und die individuellen Gestaltungsmöglichkeiten des Transports über die Straße macht dessen Einsatz also unabdingbar. Damit ist die Elektrifizierung von Lkw zwingend erforderlich, wenn die Klimaziele erreicht werden sollen.
Bis 2030 will die DB AG insgesamt 86 Milliarden Euro in die Infrastruktur investieren. Allein für das Jahr 2020 waren bereits 12,2 Milliarden Euro veranschlagt. Im Zuge dessen sollen unter anderem 1.800 Kilometer Gleis erneuert werden.1 Dennoch unterliegt die Erweiterung des Schienengüterverkehrs engen Kapazitätsgrenzen durch hohe Streckenauslastung und limitierte Erweiterungsmöglichkeiten. Deshalb ist es erforderlich, einen Teil der Güter auf der Straße zu transportieren.2 Da der Gesamtgüterverkehr außerdem stetig zunimmt, müssten selbst dann noch 60 Prozent der Güter mit Lkw transportiert werden, wenn die Schienenkapazität um das Zweieinhalbfache gesteigert werden würde. Zudem ist die Bahnanbindung des Empfängers notwendig. Die hohe Flexibilität und die individuellen Gestaltungsmöglichkeiten des Transports über die Straße macht dessen Einsatz also unabdingbar. Damit ist die Elektrifizierung von Lkw zwingend erforderlich, wenn die Klimaziele erreicht werden sollen.
Für den Betrieb jenseits der Oberleitung stellt eine Traktionsbatterie die Energieversorgung der Lkw sicher. Da die Energie im Fernverkehr über die Oberleitungsinfrastruktur bereitgestellt wird, ist eine vergleichsweise geringe Batteriekapazität hinreichend. Sie muss lediglich zum Beispiel dafür ausreichen, Strecken von Verteilerzentren bis zu einer Autobahn zu überbrücken. Außerdem muss eine adäquate Flexibilität für den Fahrzeugbetreiber sichergestellt sein, so dass eine Variation der Routen möglich ist. Mittels Modularität im LiVePLuS-Antriebsstrang wird eine flexible Batteriekapazität befähigt, um diese möglichst genau an die Anforderungen des Kunden anzupassen. O-Lkw sind prädestiniert für Strecken, deren Start- und Zielorte in der Nähe einer Oberleitung liegen. Ist nur eine geringe Flexibilität erforderlich, lassen sich durch eine niedrige Batteriekapazität hohe Kosten sowie Gewicht in der Zugmaschine sparen. Die LiVePLuS-Sattelzugmaschinen verfügen über eine maximale reinbatterieelektrische Reichweite von bis zu 180 Kilometern.
Für den Betrieb jenseits der Oberleitung stellt eine Traktionsbatterie die Energieversorgung der Lkw sicher. Da die Energie im Fernverkehr über die Oberleitungsinfrastruktur bereitgestellt wird, ist eine vergleichsweise geringe Batteriekapazität hinreichend. Sie muss lediglich zum Beispiel dafür ausreichen, Strecken von Verteilerzentren bis zu einer Autobahn zu überbrücken. Außerdem muss eine adäquate Flexibilität für den Fahrzeugbetreiber sichergestellt sein, so dass eine Variation der Routen möglich ist. Mittels Modularität im LiVePLuS-Antriebsstrang wird eine flexible Batteriekapazität befähigt, um diese möglichst genau an die Anforderungen des Kunden anzupassen. O-Lkw sind prädestiniert für Strecken, deren Start- und Zielorte in der Nähe einer Oberleitung liegen. Ist nur eine geringe Flexibilität erforderlich, lassen sich durch eine niedrige Batteriekapazität hohe Kosten sowie Gewicht in der Zugmaschine sparen. Die LiVePLuS-Sattelzugmaschinen verfügen über eine maximale reinbatterieelektrische Reichweite von bis zu 180 Kilometern.
Die Ökobilanz eines O-Lkw ist primär vom zugrundeliegenden Strom-Mix abhängig. Bei einer kontinuierlichen Erweiterung des Anteils erneuerbarer Energie würde die Nutzung von O-Lkw im Jahr 2030 im Vergleich zu konventionellen Lkw rund 50 Prozent der CO2-Emissionen einsparen.3 Zusätzlich lässt sich die Stromversorgung der Oberleitungen auch heute schon exklusiv mit erneuerbarer Energie sicherstellen, so dass ein O-Lkw vollständig CO2-neutral betrieben werden kann. Außerdem werden durch die direkte Einspeisung der elektrischen Energie in den E-Motor Umwandlungsverluste verringert und der Gesamtwirkungsgrad des Systems vergrößert. Weitere Potenziale ergeben sich durch die Rekuperation (Rückgewinnung) der Bremsenergie.
Die Ökobilanz eines O-Lkw ist primär vom zugrundeliegenden Strom-Mix abhängig. Bei einer kontinuierlichen Erweiterung des Anteils erneuerbarer Energie würde die Nutzung von O-Lkw im Jahr 2030 im Vergleich zu konventionellen Lkw rund 50 Prozent der CO2-Emissionen einsparen.3 Zusätzlich lässt sich die Stromversorgung der Oberleitungen auch heute schon exklusiv mit erneuerbarer Energie sicherstellen, so dass ein O-Lkw vollständig CO2-neutral betrieben werden kann. Außerdem werden durch die direkte Einspeisung der elektrischen Energie in den E-Motor Umwandlungsverluste verringert und der Gesamtwirkungsgrad des Systems vergrößert. Weitere Potenziale ergeben sich durch die Rekuperation (Rückgewinnung) der Bremsenergie.
Die Umrüstung von Lkw ist technisch grundsätzlich möglich. Das Projekt LiVePLuS verfolgt das übergeordnete Ziel, einen modularen Baukasten für die Umrüstung des Antriebsstrangs mit Traktionsbatterie und Pantograph zu konzipieren. Mit Hilfe des Baukastens lassen sich bestehende Sattelzugmaschinen und andere schwere Lkw anwendungsoptimiert elektrifizieren. Im Vergleich zu einem direkten Verbau innerhalb der Serienproduktion ist eine Umrüstung mit Baukasten individuell und manuell aufwendiger und somit insgesamt ineffizienter.
Die Umrüstung von Lkw ist technisch grundsätzlich möglich. Das Projekt LiVePLuS verfolgt das übergeordnete Ziel, einen modularen Baukasten für die Umrüstung des Antriebsstrangs mit Traktionsbatterie und Pantograph zu konzipieren. Mit Hilfe des Baukastens lassen sich bestehende Sattelzugmaschinen und andere schwere Lkw anwendungsoptimiert elektrifizieren. Im Vergleich zu einem direkten Verbau innerhalb der Serienproduktion ist eine Umrüstung mit Baukasten individuell und manuell aufwendiger und somit insgesamt ineffizienter.
Infrastruktur
Infrastruktur
Verschiedene wissenschaftliche Studien sind zu dem Ergebnis gekommen, dass eine Oberleitung auf rund 30 Prozent des deutschen Autobahnnetzes bereits für einen hohen Anteil eines elektrifizierten Güterverkehrs ausreichend wäre. Dabei würden vor allem die vielfrequentierten Strecken ausgestattet werden. Der Umfang liegt bei 3.200 bis 4.000 Kilometern. Nach aktuellen Erkenntnissen würde dieser Anteil dafür ausreichen, dass etwa 80 Prozent der schweren Lkw mit Pantographen fahren könnten.4 Zu den Strecken mit Oberleitung würden zum Beispiel Teile der Autobahn 2, der A3 und der A9 gehören.
Verschiedene wissenschaftliche Studien sind zu dem Ergebnis gekommen, dass eine Oberleitung auf rund 30 Prozent des deutschen Autobahnnetzes bereits für einen hohen Anteil eines elektrifizierten Güterverkehrs ausreichend wäre. Dabei würden vor allem die vielfrequentierten Strecken ausgestattet werden. Der Umfang liegt bei 3.200 bis 4.000 Kilometern. Nach aktuellen Erkenntnissen würde dieser Anteil dafür ausreichen, dass etwa 80 Prozent der schweren Lkw mit Pantographen fahren könnten.4 Zu den Strecken mit Oberleitung würden zum Beispiel Teile der Autobahn 2, der A3 und der A9 gehören.
Laut aktuellen Einschätzungen soll die Errichtung der notwendigen Infrastruktur zwischen vier und elf Milliarden Euro kosten. Nach Abschluss des Ausbaus ab dem Jahr 2030 ist mit jährlichen Instandhaltungs- und Wartungskosten von rund 600 Millionen Euro jährlich gerechnet werden. Für die Finanzierung der Infrastruktur sind derzeit zwei Möglichkeiten denkbar. Die erste Option ist es, die nötigen Mittel durch den nationalen Haushalt bereitzustellen, indem zum Beispiel die Kfz-Steuer oder die kraftstoffbezogene Energiesteuer erhöht werden. Die zweite Möglichkeit besteht in der Finanzierung durch die Nutzer der Oberleitungen.5 Je nach Modell kann der Bau durch Privatunternehmen vorgenommen und vorfinanziert werden. Während des Betriebs soll eine Oberleitungsmaut zur Refinanzierung erhoben werden, wobei der Betrieb eines O-Lkw für den Flottenbetreiber im Vergleich zu konventioneller Fahrt weiterhin günstiger sein soll.
Laut aktuellen Einschätzungen soll die Errichtung der notwendigen Infrastruktur zwischen vier und elf Milliarden Euro kosten. Nach Abschluss des Ausbaus ab dem Jahr 2030 ist mit jährlichen Instandhaltungs- und Wartungskosten von rund 600 Millionen Euro jährlich gerechnet werden. Für die Finanzierung der Infrastruktur sind derzeit zwei Möglichkeiten denkbar. Die erste Option ist es, die nötigen Mittel durch den nationalen Haushalt bereitzustellen, indem zum Beispiel die Kfz-Steuer oder die kraftstoffbezogene Energiesteuer erhöht werden. Die zweite Möglichkeit besteht in der Finanzierung durch die Nutzer der Oberleitungen.5 Je nach Modell kann der Bau durch Privatunternehmen vorgenommen und vorfinanziert werden. Während des Betriebs soll eine Oberleitungsmaut zur Refinanzierung erhoben werden, wobei der Betrieb eines O-Lkw für den Flottenbetreiber im Vergleich zu konventioneller Fahrt weiterhin günstiger sein soll.
Im Normalfall muss die Autobahn baulich nicht an einen Oberleitungsbetrieb angepasst werden. Grundsätzlich wird der Fahrdraht parallel zu der Fahrbahnoberkante in einer Höhe von 5,10 Metern geführt. Muss ein Bauwerk unterquert werden, lässt sich das gesamte Kettenwerk bis auf eine Höhe von 4,50 Metern herabsetzen. Die Oberleitung muss an Schildern oder Brücken nicht unterbrochen werden. Der Fahrdraht wird in diesen Bereichen gesenkt, damit die O-Lkw auf der Strecke durchgehend mit Strom versorgt werden können. In speziellen Abschnitten können vereinzelt Anpassungen der Trasse erforderlich sein, wenn etwa ungünstige geologische Gegebenheiten, Restriktionen in lokalen Raumordnungskonzepten oder Behinderungen durch bestehende Bauwerke vorliegen.
Im Normalfall muss die Autobahn baulich nicht an einen Oberleitungsbetrieb angepasst werden. Grundsätzlich wird der Fahrdraht parallel zu der Fahrbahnoberkante in einer Höhe von 5,10 Metern geführt. Muss ein Bauwerk unterquert werden, lässt sich das gesamte Kettenwerk bis auf eine Höhe von 4,50 Metern herabsetzen. Die Oberleitung muss an Schildern oder Brücken nicht unterbrochen werden. Der Fahrdraht wird in diesen Bereichen gesenkt, damit die O-Lkw auf der Strecke durchgehend mit Strom versorgt werden können. In speziellen Abschnitten können vereinzelt Anpassungen der Trasse erforderlich sein, wenn etwa ungünstige geologische Gegebenheiten, Restriktionen in lokalen Raumordnungskonzepten oder Behinderungen durch bestehende Bauwerke vorliegen.
Witterungsbedingte Einschränkungen in Form von Eis oder Schnee werden durch eine installierte Enteisungsanlage ausgeschlossen. Komplikationen durch umstürzende Bäume bei Stürmen sind aufgrund des großen Abstands zum Fahrstreifen unwahrscheinlich, wenn auch nicht vollkommen auszuschließen.
Witterungsbedingte Einschränkungen in Form von Eis oder Schnee werden durch eine installierte Enteisungsanlage ausgeschlossen. Komplikationen durch umstürzende Bäume bei Stürmen sind aufgrund des großen Abstands zum Fahrstreifen unwahrscheinlich, wenn auch nicht vollkommen auszuschließen.
In Deutschland sollen insgesamt drei Teststrecken für Feldversuche mit O-Lkw betrieben werden. Dazu gehören:
- der „eHighway Hessen“ auf der A5 zwischen Frankfurt/Main und Darmstadt: Testbetrieb seit Mai 2019; https://ehighway.hessen.de/
- die Teststrecke der A1 bei Lübeck in Schleswig-Holstein: Testbetrieb seit Dezember 2019; https://www.ehighway-sh.de/de/
- die Teststrecke der B462 bei Kuppenheim in Baden-Württemberg: Testbetrieb ab Frühjahr 2021; https://ewaybw.de/
In Deutschland sollen insgesamt drei Teststrecken für Feldversuche mit O-LKW entstehen bzw. betrieben werden. Dazu gehören:
- Der eHighway Hessen auf der A5 zwischen Frankfurt und Darmstadt: Testbetrieb seit Mai 2019; https://ehighway.hessen.de/
- Die Teststrecke der A 1 bei Lübeck in Schleswig-Holstein: Testbetrieb seit Dezember 2019; https://www.ehighway-sh.de/de/
- Die Teststrecke der B 462 bei Kuppenheim in Baden-Württemberg“: Testbetrieb ab Frühjahr 2021; https://ewaybw.de/
Sicherheit und Allgemeines
Sicherheit und Allgemeines
Oberleitungssysteme bieten einen geringen Energieverlust und dadurch einen hohen Wirkungsgrad der Energieversorgung. Von Vorteil ist auch die theoretische Reichweite. Da im Idealfall nur kurze Strecken ohne Oberleitung überbrückt werden müssen, kann außerdem die Batteriegröße anwendungsbasiert ausgelegt werden, so dass sich vor allem die Anschaffungskosten minimieren und wertvolle Gewichtseinsparungen zugunsten der Nutzlast realisieren lassen. Da die Batterie während der Fahrt an der Oberleitung aufgeladen wird, entfallen zusätzliche Tank- oder Ladestopps. Dadurch werden die Betriebskosten von O-Lkw verringert und die Verfügbarkeit der Fahrzeuge erhöht. Ein weiterer Vorteil liegt im hohen Reifegrad der Oberleitungs- und Pantographentechnologie, da sich das Know-how aus dem Schienenverkehr auf das System für O-Lkw übertragen lässt.
Oberleitungssysteme bieten einen geringen Energieverlust und dadurch einen hohen Wirkungsgrad der Energieversorgung. Von Vorteil ist auch die theoretische Reichweite. Da im Idealfall nur kurze Strecken ohne Oberleitung überbrückt werden müssen, kann außerdem die Batteriegröße anwendungsbasiert ausgelegt werden, so dass sich vor allem die Anschaffungskosten minimieren und wertvolle Gewichtseinsparungen zugunsten der Nutzlast realisieren lassen. Da die Batterie während der Fahrt an der Oberleitung aufgeladen wird, entfallen zusätzliche Tank- oder Ladestopps. Dadurch werden die Betriebskosten von O-Lkw verringert und die Verfügbarkeit der Fahrzeuge erhöht. Ein weiterer Vorteil liegt im hohen Reifegrad der Oberleitungs- und Pantographentechnologie, da sich das Know-how aus dem Schienenverkehr auf das System für O-Lkw übertragen lässt.
Im Vergleich zu konventionellen Lkw soll es keine betriebsbedingten Einschränkungen geben. Überholvorgänge lassen sich wie gewohnt absolvieren. Außerdem erhöht sich durch die Verwendung von Elektromotoren das Drehmoment, wodurch eine größere Beschleunigung möglich ist. Dennoch gelten für O-Lkw dieselben Geschwindigkeitsregelungen wie für konventionelle Lkw. Demnach ist die zulässige Höchstgeschwindigkeit auf 80 Stundenkilometer begrenzt. Für Fahrstreifen mit Oberleitung besteht kein Recht zur Exklusivnutzung durch O-Lkw, so dass diese Bereiche weiterhin uneingeschränkt für alle anderen Fahrzeuge nutzbar sind.
Im Vergleich zu konventionellen Lkw soll es keine betriebsbedingten Einschränkungen geben. Überholvorgänge lassen sich wie gewohnt absolvieren. Außerdem erhöht sich durch die Verwendung von Elektromotoren das Drehmoment, wodurch eine größere Beschleunigung möglich ist. Dennoch gelten für O-Lkw dieselben Geschwindigkeitsregelungen wie für konventionelle Lkw. Demnach ist die zulässige Höchstgeschwindigkeit auf 80 Stundenkilometer begrenzt. Für Fahrstreifen mit Oberleitung besteht kein Recht zur Exklusivnutzung durch O-Lkw, so dass diese Bereiche weiterhin uneingeschränkt für alle anderen Fahrzeuge nutzbar sind.
Je nach Konzept kann das Oberleitungssystem mit 100 Prozent regenerativ erzeugtem Ökostrom versorgt werden. Dies wird zum Beispiel auf der Teststrecke in Hessen erprobt. Somit wäre das System vollständig klimaneutral.
Je nach Konzept kann das Oberleitungssystem mit 100 Prozent regenerativ erzeugtem Ökostrom versorgt werden. Dies wird beispielsweise auf der Teststrecke in Hessen erprobt. Somit wäre das System gänzlich Klimaneutral.
Um Kollisionen mit den an der Fahrbahn platzierten Masten zu vermeiden, werden Leitplanken der höchsten Schutzklasse installiert. Gegen Gefahren, die vom elektrischen Strom ausgehen, können die etablierten Schutzmaßnahmen des Schienenverkehrs übernommen werden. Die entstehenden elektromagnetischen Felder sind nicht gesundheitsgefährdend und fallen schwächer aus als beispielsweise bei Straßenbahnen. Die Emissionen liegen weit unterhalb der zulässigen Grenz- und Richtwerte. Auch ist die Wahrscheinlichkeit eines Leitungsrisses sehr gering. Sollte es dennoch dazu kommen, sorgt ein spezieller Schutzmechanismus für die sofortige Abschaltung des Stroms. Zusätzlich verhindert die Bauweise des Oberleitungssystems das Hereinragen eines gerissenen Fahrdrahts in den Verkehrsraum.
Um Kollisionen mit den an der Fahrbahn platzierten Masten zu vermeiden, werden Leitplanken der höchsten Schutzklasse installiert. Gegen Gefahren, die vom elektrischen Strom ausgehen, können die etablierten Schutzmaßnahmen des Schienenverkehrs übernommen werden. Die entstehenden elektromagnetischen Felder sind nicht gesundheitsgefährdend und fallen schwächer aus als beispielsweise bei Straßenbahnen. Die Emissionen liegen weit unterhalb der zulässigen Grenz- und Richtwerte. Auch ist die Wahrscheinlichkeit eines Leitungsrisses sehr gering. Sollte es dennoch dazu kommen, sorgt ein spezieller Schutzmechanismus für die sofortige Abschaltung des Stroms. Zusätzlich verhindert die Bauweise des Oberleitungssystems das Hereinragen eines gerissenen Fahrdrahts in den Verkehrsraum.
Quellen:
1 Deutsche Bahn 2020
2 Statistisches Bundesamt 2020
3 Hacker et al. (StratON: Bewertung und Einführungsstrategien für oberleitungsgebundene schwere Nutzfahrzeuge) 2020
4 Jöhrens, Helms (Roadmap für die Einführung eines Oberleitungs-Lkw-Systems in Deutschland) 2020
5 Jöhrens et al. (Roadmap OH-Lkw: Einführungsszenarien 2020-2030) 2020