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Der Weg zur Kraftstoffoptimierung im Schienengüterverkehr
Das Potenzial digitaler Lösungen nutzen
von David Eldredge, Adam Franco, Joseph Nazareth, William Schoonmaker und Kiron Viegas
Einführung
Treibstoff ist ein wichtiger Faktor im Eisenbahnbetrieb und macht im Durchschnitt 15-20% der Betriebskosten und 90% der Treibhausgasemissionen aus. Wenn Eisenbahnen also weniger Treibstoff verbrauchen, ist das eine Win-Win-Situation für die Eisenbahn und die Umwelt: niedrigere Betriebskosten und geringere CO2-Emissionen.
Heute ist die Schiene das energieeffizienteste und kostengünstigste Verkehrsmittel für den Güterverkehr. Die Effizienz steigt in der gesamten Branche seit Jahrzehnten. 1980 beförderten Züge der Klasse 1 in den USA im Durchschnitt eine Tonne Fracht 235 Meilen pro Gallone Treibstoff. Heute hat sich diese Entfernung auf 489 Meilen mit einer Gallone 1 mehr als verdoppelt.
Also, was kommt als Nächstes? Wie bringen Eisenbahnen die Kraftstoffoptimierung auf die nächste Stufe? Wie kann jeder Zug der effizienteste sein? Die Antwort liegt in den Faktoren, die sich auf den Treibstoffverbrauch auswirken.
Auswirkungen auf den Kraftstoff
Jede Mission hat eine Vielzahl von Variablen, die sich auf die Kraftstoffeffizienz auswirken:
- Gleisneigung und Krümmung
- Variation von Fahrer zu Fahrer
- Geschwindigkeitsbeschränkungen und Signalbedingungen
- Übermäßige Pferdestärken
- Aggressives Bremsen
- Wartung des Weges
- Treffen und Pässe
- Wetter
Und das alles vor dem Hintergrund eines sich ständig ändernden Umfelds. Die Herausforderung bei der Erzielung zukunftsweisender Nachhaltigkeitsergebnisse besteht nicht nur darin, die Variablen zu managen, die sich auf den Kraftstoffverbrauch auswirken, sondern dies auch konsequent und in großem Maßstab zu tun.
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Ein dreistufiger Ansatz
Der Weg zur Kraftstoffoptimierung und -automatisierung
Die digitale Technologie ermöglicht es, diese Herausforderungen zu lösen und das volle Potenzial eines effizienten und nachhaltigen Schienengüterverkehrs auszuschöpfen. Durch Daten, Physik, Algorithmen und maschinelles Lernen kann Wabtec Lokomotiven intelligenter, Züge effizienter und Netzwerke flüssiger machen.
Um Eisenbahnen dabei zu helfen, die Vorteile der Kraftstoffoptimierung durch digitale Lösungen zu nutzen, hat Wabtec ein Framework entwickelt, das einen schrittweisen Ansatz mit sequentiellen Schritten ermöglicht. Jede Phase orientiert sich chronologisch an Faktoren, die sich auf den Treibstoffverbrauch auswirken, und verfolgt klare taktische Ziele. Ein entscheidender Vorteil besteht darin, dass die Eisenbahnen bei jedem Schritt einspringen und sofortige schrittweise Verbesserungen vornehmen können, wodurch das Risiko minimiert und die Kapitalrendite sichergestellt wird. Letztlich können Eisenbahnen dieses Framework nutzen, um eine Strategie zu entwickeln, mit der ein Höchstmaß an Kraftstoffoptimierung und Automatisierung erreicht werden kann.
Verbessern Sie die Zugabfertigung
Der Weg zur Kraftstoffoptimierung beginnt hier:
1) Verteilte Stromversorgung
Um der Nachfrage nach längeren, schwereren Zügen gerecht zu werden und eine effiziente Zugabfertigung zu gewährleisten, ermöglichen moderne dezentrale Stromversorgungssysteme die Fernsteuerung von Lokomotiven, unabhängig von der Hauptlokomotive. Das LOCOTROL® Distributed Power System von Wabtec ist ein bewährtes Steuerungs- und Kommunikationssystem, das eine koordinierte Brems- und Antriebsleistungsverteilung zwischen Leit- und Fernlokomotiven ermöglicht — für eine verbesserte Kraftstoffeffizienz, eine höhere Transportkapazität und geringere Betriebskosten.
2) Tempomat
Tempomat-Energiemanagement: Trip Optimizer™ ist die Grundlage für die Kraftstoffoptimierung. Der Trip Optimizer ermöglicht es den Fahrern, den Kraftstoff optimal zu nutzen, indem er die Geschwindigkeit der Lokomotiven automatisch in Echtzeit steuert, wodurch die Variabilität der Fahrer reduziert und die Konsistenz erhöht wird. Trip Optimizer berücksichtigt das Gelände, die Zusammensetzung der Züge, Geschwindigkeitsbeschränkungen und Betriebsbedingungen, um ein optimales Geschwindigkeitsprofil zu berechnen. Er steuert automatisch den Gashebel und die dynamischen Bremsen der Lokomotive, um den Treibstoffverbrauch zu reduzieren und eine effiziente Zugabfertigung zu gewährleisten. Trip Optimizer lässt sich in Distributed Power integrieren, um die Zugsteuerung in längeren, schwereren Zügen weiter zu verbessern.
Intelligente Zug- und Netzwerkoptimierung
Fügt Intelligenz und Integration hinzu, um schrittweise Kraftstoffeinsparungen zu erzielen:
1) Intelligente Pferdestärken pro Tonne (Smart HPT)
Überschüssige Pferdestärken führen zu einer verringerten Kraftstoffeffizienz und erhöhten Treibhausgasemissionen. Traditionell war das Verfahren zur Bestimmung der Pferdestärken pro Tonne ein manuelles Verfahren, was zu großen Unterschieden in der Kraftstoffeffizienz der einzelnen Züge führte. Außerdem gab es keine Möglichkeit, die Pferdestärken zu kontrollieren oder Triebwerke zu isolieren, wenn ein Zug über mehr Lokomotiven verfügte, als er für einen bestimmten Streckenabschnitt benötigte. Trip Optimizer Smart HPT optimiert die Zugleistung, indem es automatisch die Pferdestärken pro Tonne des Zuges reduziert, ohne die Geschwindigkeit zu beeinträchtigen, wodurch schrittweise Kraftstoffeinsparungen erzielt werden.
2) Netzwerkintegration
Eine effektive Passplanung ist eine der Methoden, um Wartezeiten auf der Strecke in den Griff zu bekommen, Kraftstoff zu sparen und die Vorhersagbarkeit des Zuges zu verbessern. Die Herausforderung besteht in der Bestimmung des Geschwindigkeitsprofils und der Einhaltung des Passplans, der die Leistung und die Kraftstoffeinsparungen in allen Zügen im Netz gleichzeitig optimiert. Die Kombination von Trip Optimizer und Movement Planner ermöglicht eine Pacing-Berechnung, bei der die Wartezeit auf der Strecke neu verteilt und optimiert wird. Eisenbahnen, die Züge im gesamten Streckennetz anpassen, erzielen schrittweise Kraftstoffeinsparungen, da der Treibstoffverbrauch auf der Strecke reduziert wird.
Automatisierung
Ermöglicht genaueres Fahren und Anhalten von Zügen, was neben einer besseren Einhaltung der Fahrpläne zu höheren Kraftstoffeinsparungen führt:
1) Automatische Anpassung für PTC/ATP-Signale
Die Möglichkeit, einen Reiseplan auf der Grundlage von PTC-Signalen und Aktualisierungen der Beschränkungen zu erstellen, sorgt für zusätzliche Kraftstoffeinsparungen. Der Trip Optimizer, der mit PTC/ATP verbunden ist, erhöht die Möglichkeiten zur automatischen Meilung und ermöglicht so weitere Kraftstoffeinsparungen. Der Trip Optimizer mit PTC Interface passt sich automatisch an Netzwerkänderungen in Echtzeit an, basierend auf Aktualisierungen der Signal- und Geschwindigkeitsbeschränkungen. Der Trip Optimizer reguliert die Geschwindigkeit an die PTC/ATP-Grenzwerte und bleibt länger im Automatikmodus, was zu höheren Kraftstoffeinsparungen führt.
2) Automatische Steuerung der Druckluftbremse
Eine Erhöhung des Zeitraumes, in dem der Trip Optimizer arbeitet, führt zu höheren Kraftstoffeinsparungen. Der Trip Optimizer spart mehr Kraftstoff, wenn er für einen größeren Teil der Fahrt im Automatikmodus verwendet werden kann. Das Ziel von Trip Optimizer Auto Air Brake Control besteht darin, die Anzahl der im Auto zurückgelegten Meilen zu erhöhen, und zwar durch:
- Hinzufügen von Starten und Stoppen zum Betriebsumfang
- Ermöglicht es dem Trip Optimizer, bei Bedarf die Druckluftbremsen einzusetzen, um die Zuggeschwindigkeit zu kontrollieren
- Ermöglicht es dem Trip Optimizer, bei Annäherungssignalen im Automatikmodus zu bleiben
3) 100% automatische Meilen
Wenn Sie den Zeitraum, in dem der Trip Optimizer aktiv ist, auf 100% der automatischen Meilen ausweiten, ermöglicht dies eine maximale Kraftstoffeffizienz.
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Alles zusammenbringen
Der Weg zur Kraftstoffoptimierung und -automatisierung von Wabtec zeigt den Rahmen für die Realisierung maximaler Kraftstoffeffizienz durch digitale Lösungen. Es basiert auf einer modularen Systemarchitektur und ermöglicht die schrittweise Integration verbesserter Zugsteuerungs- und Automatisierungslösungen. Dies ermöglicht es den Kunden, die Kraftstoffeinsparungen schrittweise zu skalieren, um ihre betrieblichen und nachhaltigen Umweltziele bestmöglich zu erreichen. (Abbildung 4)
Fazit
Egal, ob Sie gerade erst anfangen oder nach zusätzlichen Effizienzsteigerungen suchen, Wabtec verfügt über ein beispielloses Portfolio an digitalen Produkten, die wichtige Ergebnisse bei der Kraftstoffeffizienz liefern.
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Abbildung 4: Weg zur Kraftstoffoptimierung und -automatisierung
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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Adam Franco ist der leitende digitale Produktmanager für LOCOTROL, Distributed Power und Remote Control bei Wabtec. Derzeit konzentriert er sich darauf, durch Fernsteuerung und Drohnensteuerung ein höheres Maß an Betriebseffizienz und Treibstoffeffizienz zu erreichen.
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Joseph Nazareth ist der Leiter der LOCOTROL-Produktlinie bei Wabtec. Joe entwickelt mit Leidenschaft Fernsteuerungslösungen, die die Produktivität und Effizienz des Güterzugbetriebs verbessern, und verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in diesem Bereich.
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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.