Smart HPT: Eine brillante Methode, um Kraftstoff zu sparen und Emissionen zu reduzieren

Von David Eldredge, William Schoonmaker und Kiron Vegas

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Einführung

Auf dem Weg zu einer höheren Kraftstoffeffizienz und niedrigeren Treibhausgasemissionen ist die Kontrolle der Pferdestärken pro Tonne (HPT) unerlässlich

Hier ist der Grund: Die Anforderungen an die Pferdestärke variieren je nach Beschaffenheit des Zuges, Gelände und anderen Betriebsbedingungen. Wenn Eisenbahnen Züge bauen, müssen sie sicherstellen, dass sie über genügend Lokomotivleistung verfügen, um die steilste Steigung (herrschende Steigung) auf der Strecke zu überwinden. In der Regel ist es jedoch so, dass die herrschende Steigung nur ein kleiner Abschnitt einer gesamten Fahrt ist. In dem Bemühen, den Anforderungen der kritischsten Situation gerecht zu werden, werden während der restlichen Fahrt zu viele Pferdestärken verbraucht. Und dieser Überschuss an Pferdestärken führt zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und den damit verbundenen Emissionen.

Der Schlüssel zur Lösung dieses Problems liegt in der Optimierung der Pferdestärken pro Tonne.

Pferdestärken pro Tonne: Eine Einführung

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Das Verhältnis der Lokomotivleistung zum Gewicht des Zuges beträgt Pferdestärken pro Tonne. Insbesondere wird es berechnet, indem die Pferdestärken aller Lokomotiven im Zug summiert und durch das Gewicht (in Tonnen) des Zuges dividiert werden.

Das daraus resultierende HPT-Verhältnis ist wichtig, da es sich um eine Kennzahl handelt, anhand derer angegeben wird, wie viel Leistung für einen bestimmten Zug benötigt wird. Je nachdem, wie viel Ladung ein Zug befördert, kann beispielsweise ein Zug 75 Waggons und ein anderer Zug 100 Waggons haben. Die Verwendung von HPT, oder Pferdestärken pro Tonne, als Metrik hilft also, den Stromverbrauch aller Züge auf dieser Strecke zu normalisieren. Auf diese Weise wird die Anzahl der Lokomotiven reduziert, die während eines beliebigen Abschnitts der Fahrt eingesetzt werden.

Also, wie schaffen es Eisenbahnen, ein bestimmtes HPT zu erreichen?

Herausforderungen

Die Verwaltung der Pferdestärken pro Tonne ist eine Herausforderung. Hier ist ein Beispiel:

• Nehmen wir an, wir haben den perfekten Zug: zwei Lokomotiven mit jeweils 4.000 PS und 8.000 Schlepptonnen. Für dieses Beispiel lautet meine Eisenbahnregel, mit 0,5 HPT zu fahren. Das würde also bedeuten, eine Lokomotive manuell zu isolieren. Lassen Sie uns das nun der realen Welt ähnlicher machen: Ein weiteres Auto taucht auf. Jetzt wiegt mein Zug 8.100 Tonnen. Da die Betriebsregel 0,5 HPT ist und der einzige Schalter, den Sie haben, darin besteht, eine Lokomotive entweder ein- oder auszuschalten, fährt dieser Zug von 0,49 HPT auf 1,0 HPT. Am Ende müssen Sie also während der gesamten Fahrt zwei Lokomotiven bedienen.

Erschwerend kommt die schwierige Aufgabe hinzu, HPT manuell zu steuern. Für Menschen ist es schwierig herauszufinden, wie viel Strom sie benötigen und wie viel Energie sie nicht benötigen, an jedem Abschnitt der Fahrt. Ausgehend von der Zuglänge, den Geschwindigkeitsbeschränkungen, dem Gelände und den Wetterbedingungen erfordert der Prozess eine Menge manueller und geistiger Anstrengungen. Darüber hinaus erfordern Taktiken wie die Begrenzung der Notaufnahme oder das Abschalten bestimmter Lokomotiven die Einhaltung der Vorschriften durch die Besatzung und dass die Besatzung daran denkt, dies zu tun. Und das alles vor dem Hintergrund eines sich ständig verändernden Umfelds. Das Ergebnis: übertriebene Züge und Ineffizienz.

Wie lösen Eisenbahnen also diese Herausforderungen und profitieren von den Vorteilen optimierter Pferdestärken pro Tonne? Die Antwort ist Automatisierung durch Smart HPT.

Intelligentes HPT

Smart HPT optimiert die Zugleistung für ein bestimmtes Ziel in Pferdestärken pro Tonne.

Das Fundament von Smart HPT basiert auf dem Tempomat Trip Optimizer. Da Trip Optimizer Daten über die Zusammensetzung und Gewichte der Züge hat und das Terrain und die Topologie der Strecke kennt, kann Smart HPT genau bestimmen, welche Pferdestärken an jedem Punkt der Strecke benötigt werden. Das Ergebnis: Eisenbahnen sparen Kraftstoff und reduzieren die Emissionen, ohne die Geschwindigkeit zu beeinträchtigen — automatisch.

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Smart HPT besteht aus drei Funktionen:

1. Intelligenter Planer: Vermeidet übermäßige Pferdestärken, indem das HPT der Züge begrenzt wird, indem der Trip Optimizer-Plan so angepasst wird, dass er dem von der Eisenbahn für den Zug und die Strecke angeforderten HPT-Grenzwerte entspricht. Diese leistungsstarke Funktion automatisiert die Begrenzung der Höchstleistung je nach Standort des Zuges. Es verhindert, dass ein Zug überlastet wird.
2. Automatischer Leerlauf: Erkennt übermäßige Pferdestärken und schaltet nachfahrende Einheiten automatisch im Leerlauf aus, ohne die Zuggeschwindigkeit anzupassen. Diese Funktion erkennt an, dass Lokomotiven effizienter sind, wenn sie mit höheren Drehzahlen betrieben werden. Daher ist es besser, beispielsweise eine Lokomotive in Stufe 5 zu haben, als drei Lokomotiven in Stufe 2. Jedes Mal, wenn der automatische Leerlauf feststellt, dass die im Trip Optimizer vorgesehene Geschwindigkeit mit nur der Leistung einer Lokomotive aufrechterhalten werden kann, werden die nachfolgenden Triebwerke im Leerlauf heruntergefahren und nur die Haupteinheit läuft online.
3. Netzwerksteuerung: Isoliert automatisch die Lokomotiven im vorderen Bereich mithilfe der integrierten Steuerung. Isolierte Einheiten halten sich dann an ihre bahnspezifischen Regeln für das Abschalten. Mit dieser Funktion kann die Haupteinheit der nachfolgenden Einheit befehlen, sich zu isolieren, ohne dass jemand zurückgeht und physisch die Schalter umlegt. Dies ist eine weitere Kraftstoffeinsparung, da die isolierte Lokomotive dann vom Auto Engine Start Stop (AESS) gesteuert wird. Sie kann also komplett abgeschaltet werden und spart Kraftstoff, da sie überhaupt nicht läuft.

Darüber hinaus kann Smart HPT feststellen, ob eine Lokomotive nicht den geplanten Geschwindigkeiten entspricht, und passt sich entsprechend an, sodass die Stromversorgung wieder eingeschaltet wird, um Staus zu vermeiden und den Fahrplan einzuhalten.

Fazit

Smart HPT macht das Rätselraten und die mentale Planung bei der Kontrolle der Pferdestärken pro Tonne zum Kinderspiel — ohne den Zug zu verlangsamen. Das Ergebnis:

• Kraftstoffeinsparung und Emissionsreduzierung: 5-10% (5% EPA-zertifiziert)
• Verbesserte Zugabfertigung

Über die Autoren:

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Dave Eldredge ist Produktlinienleiter bei Wabtec für Trip Optimizer. Er ist verantwortlich für die Entwicklung und Vermarktung branchenführender Energiemanagementlösungen. Dave verfügt über mehr als 17 Jahre Erfahrung in der digitalen Elektronik.

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William Schoonmaker ist Produktmanager bei Wabtec. William verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Implementierung von Produkten für die Steuerung von Güterzügen, darunter über 10 Jahre Arbeit an Trip Optimizer.

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Kiron Viegas ist Produktmanager bei Wabtec. Kiron war über 25 Jahre in den Bereichen Technik und Produktmanagement in der Technologiebranche tätig und hat eine Leidenschaft für die Lösung von Nachhaltigkeits- und Automatisierungsherausforderungen im Güterbahnbetrieb.