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E-Busse im Überblick

Effiziente Induktion, Wasserstoff für Akkus und Schwungräder

San Francisco, Zürich, London, Wien: Während die deutsche Hauptstadt gerade mit Induktionsbussen startet, fahren E-Busse woanders schon lange - und nutzen ganz unterschiedliche Techniken. Hamburg hat eine besonders interessante E-Bus-Treibstoff-Kombination.

Berlin startet demnächst den ersten Regelbetrieb mit Induktionsbussen, doch E-Busse an sich sind nichts Neues: In vielen Städten fahren sie seit Jahrzehnten. Allerdings nutzen sie andere Ladesysteme und Energiespeicher, viele sind Hybride. Auch unsere Leser haben uns auf einige interessante Systeme hingewiesen. Ein Überblick.

Bisherige E-Bussysteme nutzen die Oberleitung für den Betrieb. Das ist teilweise historisch bedingt; die Akkutechnik war im vergangenen Jahrhundert eben nicht das, was sie derzeit ist. Ein Konzept für die Energiespeicherung mit einem Schwungrad konnte sich nicht durchsetzen. Es wurde zwar in Form eines Gyrobusses umgesetzt, wie uns der Forumsteilnehmer Mingfu geschrieben hat, doch eine weite Verbreitung fand das System im Busverkehr nicht. Schwungradspeicher unterliegen trotzdem keinem Denkverbot: Die Technik hat so viel Potenzial, dass sie sogar im Hybrid-Motorsport getestet wird, allerdings mit einem neuen Konzept: Wer sich dafür interessiert, findet in unserem Artikel "Wer bremst, gewinnt (Energie)" Beispiele.

Deutschland wollte die E-Mobilität auf den Straßen loswerden

Da die Energiespeicherung schwierig war, mussten leichte E-Busse also direkt mit Energie versorgt werden, und das geschah in der Regel per Oberleitung. Die Busse werden Obus (kurz für Oberleitungsbus) oder Trolleybus genannt. In Deutschland gibt es nur noch wenige solcher Betriebe, Ost- wie Westdeutschland haben das System massiv abgebaut. In Westdeutschland wurden zudem zahlreiche Straßenbahnbetriebe stillgelegt. Statt E-Mobilität sollte der motorisierte Individualverkehr gefördert werden und U-Bahn-Systeme den ÖPNV-Verkehr regeln. In Berlin war der ÖPNV vor der Wende sogar ein Politikum: Mit der kommunistischen S-Bahn fuhr man nicht! Derartiges Schubladendenken ist glücklicherweise Vergangenheit.

Oberleitungsbusse sind weltweit in vielen Städten noch Bestandteil des Verkehrskonzepts und werden es auch bleiben, denn die Technik hat sich bewährt. Da eine detaillierte Betrachtung den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, empfehlen wir, etwas Zeit einzuplanen und den sehr ausführlichen Obus-Wikipedia-Eintrag zu lesen. Ein paar Beispiele nennen wir aber - wir sind auch schon selbst mit diesen Bussen gefahren.

Sprinter in San Francisco, Doppelgelenkbusse in Zürich

Was Oberleitungsbusse leisten können, weiß jeder, der einmal in San Francisco war. Nördlich des Silicon Valley betreibt Muni (San Francisco Municipal Transportation Agency) ein recht großes Netz dieser Busse, die sehr sprintstark sind. Dort heißt es "Please hold on" - bitte festhalten, und das ist unserer Erfahrung nach ernst gemeint. Auch ein Berg macht den Bussen nichts aus. Beim Herunterrollen wird ordentlich Bremsenergie ins System zurückgespeist.

Da ist das 75 Jahre alte System in Eberswalde nahe Berlin gemächlicher. Die Busse dort fahren bedächtig, leise und ruckfrei an. Für eine Stadt mit nur rund 40.000 Einwohnern ist zudem erstaunlich, wie sehr das System Kunden anzieht. Auf der Stammstrecke fahren zwei Buslinien mit guter Auslastung selbst am Wochenende in einem kombinierten 15-Minuten-Takt, im Berufsverkehr sogar im 6-Minuten-Takt. Trotzdem sind es nur zwei Buslinien, die Eberswalde elektrisch betreibt.

Wer E-Busse in großer Anzahl aus der Nähe sehen möchte, findet ein schönes E-Bus-System in Zürich. Dort fahren sogar Doppelgelenkbusse als Oberleitungsbusse sind. Allerdings hatte Zürich schon einige Probleme mit den 25 Meter langen Fahrzeugen.

Und es gibt noch einen längeren E-Bus: Das deutsche Fahrzeug mit dem Namen Autotram (PDF-Datenblatt) ist sogar 30 Meter lang und hat zusätzlich zum Dieselmotor einen Dieselgenerator an Bord. Er ist also ein Hybrid, fährt aber nicht mit einer Oberleitung. Was ihn außerdem noch besonders macht, ist ein Kondensator (Supercap), der zusätzlich zum 35-KWh-Akku fast eine Kilowattstunde Kapazität schnell abrufbar bietet.

Ein E-Bus kann auch mit Treibstoff betrieben werden

Der Strom für einen Elektrobus muss nicht aus der Oberleitung oder aus der Dose kommen, er kann auch lokal erzeugt werden. Im Nah- wie Fernverkehr ist das längst gängige Praxis - nicht nur bei der Autotram: Viele Dieselloks sind eigentlich E-Loks, denn sie sind als dieselelektrische Lok gebaut worden, der Treibstoff wird also genutzt, um Strom zu erzeugen. Dazu gehört etwa die BR 245, die nach und nach in Deutschland bei der Deutschen Bahn zahlreiche alte Loks ersetzen soll. Von Vorteil ist dabei, dass die Energie schnell abrufbar ist, während ein Treibstoffmotor erst die Verbrennung hochfahren muss. Airbus forciert daher beispielsweise die Forschung an der E-Fliegerei, hat Konzepte für das Wandeln von Kerosin zu Strom erarbeitet und konnte vor ein paar Tagen mit einem reinen Akkuflieger und ohne Solarzellen leise surrend den Ärmelkanal überqueren.

Im Busbetrieb hat sich hierzulande der reine dieselelektrische Betrieb bisher nicht durchgesetzt - trotz des Potenzials der vereinfachten Wartung von Elektromotoren; es könnte Geld gespart werden, da die Busse seltener in die Werkstatt müssten. Die meisten dieselelektrischen Busse, die wir kennen, sind mit einem Akkupack ausgestattet und haben zusätzlich einen Dieselmotor.

Dieser Hybrid-Gedanke kommt auch bei anderen Bussen hierzulande zum Tragen. In Hamburg fahren neben dem reinen Akku-Bus in Blankenese mit dem Spitznamen Bergziege seit ein paar Monaten auch mehrere interessante Hybrid-Busse auf der Linie 109 herum. Einige davon werden schon länger getestet.

Hamburg fährt mit Wasserstoff-E-Bussen durch die Stadt

Zwei Kombinationen dieser Hybrid-Typen werden mit Wasserstoff betankt und sind besonders interessant: Es handelt sich um einen Brennstoff-Bus mit Akku und einen Akku-Bus mit Wasserstoff.

Berlin hat Wasserstoffbusse vor Jahren mit dem Betrieb von 14 Bussen ausprobiert und anschließend wegen hoher Anfälligkeit 2009 aufgegeben - allerdings hatten die Busse keine Akkus. Hamburg wagt mehrere Jahre später nun auf der Linie 109 einen etwas anderen Ansatz.

Die Busse decken ihren Energiebedarf indirekt über eine Brennstoffzelle, die den Akku speist. Der eine Bus fährt dabei primär mit Wasserstoff, der indirekt einen Elektromotor antreibt, der andere primär mit einem großen Akku, der bei Bedarf durch eine Brennstoffzelle zur Reichweitenerhöhung unterstützt wird. Letzterer kann auch per Kabel mit Strom versorgt werden. Die Bremsenergie wird - für E-Busse typisch - ebenfalls wiederverwendet. Zwei Fahrzeuge wurden bereits im Februar 2015 in Betrieb genommen. Die Linie 109 wurde als Innovationslinie eingestuft, bietet also Raum für weitere Experimente und Forschung im betrieblichen Alltag, der den schwer zu simulierenden Fahrgastwechsel beinhaltet.

Hamburg will zudem nicht nur Wasserstoffbusse testen, wie die Übersichtsseite der Hochbahn erklärt. Unter anderem fährt ein Diesel-Hybrid durch die Stadt, der seine Bremsenergie für das Laden des Akkus nutzt und mit einem Dieselmotor zusätzlich sich fortbewegen kann. Ein anderes Dieselfahrzeug nutzt den Treibstoff nicht direkt für den Antrieb: Ein Dieselgenerator lädt den Akku auf. Zudem gibt es einen elektrischen Plug-in-Bus mit Dachstromabnehmer, der ebenfalls durch einen Dieselmotor unterstützt wird.

Die Hamburger Hochbahn will innerhalb weniger Jahre auf Dieselbusse verzichten

Die Pläne sind ambitioniert. Bereits in fünf Jahren will die Hamburger Hochbahn nur noch emissionsfreie Busse betreiben. Und dazu gehören auch die genannten Oberleitungsbusse mit Akkus. Die sind konzeptionell nah an dem System, das Wien bereits seit Jahren betreibt, allerdings mit einem Nachteil: Hamburg hat die dafür praktische Straßenbahninfrastruktur nicht mehr.

Wien betreibt E-Bus-Linien mit Serienfahrzeugen seit 2013

Wiens E-Bus-System der Wiener Linien ging früh in Betrieb. Ein Blick in die PDF-Broschüre von Siemens aus dem Jahr 2013 zeigt, dass die winzig wirkenden 8-Meter-Busse mit 96 KWh Akkukapazität ausgestattet sind. Das ist eine interessante Kombination: Die dortigen Busse auf den Linien 2A und 3A sind in der Kurzfassung gut für die sehr enge Innenstadt innerhalb des Straßenbahnringes geeignet (Citybus-PDF-Plan) und stören dank des E-Antriebs kaum die empfindlichen Anwohner, die den Lärm des ÖPNV als störend empfinden. Die Innenstadtgeräuschkulisse wird damit weiter vor allem von Fußgängern und Kutschen bestimmt.

Wiens Busse müssen nur kurz an den Fahrdraht

Wiens Busse werden über die Oberleitung geladen, sind aber keine herkömmlichen Oberleitungsbusse, die dauerhaft über den Fahrdraht mit Strom versorgt werden. Anders als Hamburg und Berlin kann Wien hier von seinem großen und vor allem stadtweiten Straßenbahnnetz profitieren - aber eben nur zum Laden. Ein Fahren unter dem Fahrdraht ist nicht vorgesehen, auch wenn die vorhandene Elektroinfrastruktur eigentlich ideal wäre, da der Bus mit einem herkömmlichen Dachstromabnehmer fährt. Um den Fahrdraht zu verlassen und etwa Falschparkern auszuweichen und wieder zurück unter die Stromschiene zu fahren, bräuchte er einen speziellen Stromabnehmer, wie ihn reine Oberleitungsbusse haben.

Der in Serie gefertigte Bus fährt hingegen nur im Bedarfsfall seinen Pantographen aus und lädt sich dort auf. Innerhalb von 15 Minuten ist er laut Siemens aufgeladen. Damit räumte Siemens bereits 2013 mit einem Vorurteil gegenüber der Akkutechnik auf, nämlich dass solche Fahrzeuge stundenlang geladen werden müssten. Das zeigt auch der Edda-Bus des Fraunhofer IVI:

Auch Wien verfolgt einen ambitionierten Plan: Mit der Eröffnung der E-Bus-Linien 2A und 3A soll innerhalb von zehn Jahren die Flotte durch abgasfreie Busse ersetzt werden. Das wäre dann 2023, also drei Jahre später als Hamburg.

Induktionsbusse bewähren sich seit über zehn Jahren mit effizienter Ladetechnik

Für reine E-Busse ist die Induktion eine alternative Ladeplattform zum betrieblich schwierigen Kabel und dem Pantographen - und das schon länger, als wir dachten. Forennutzer Hoschme hat uns auf das seit über zehn Jahren existierende Induktionsladesystem der deutschen Firma Conductix Wampfler hingewiesen, das in Italien erfolgreich betrieben wird. Anders als bei Bombardiers Primove-System ging es hier zunächst aber nicht darum, einen Dauerbetrieb zu ermöglichen, sondern um das Erreichen einer Planstrecke.

Die Busse haben einen Blei-Gel-Akku, der über die Betriebszeit recht stark genutzt werden soll. Die Ladestationen an bestimmten Stellen sollen den Bus den Tag über unterstützen. Der Akku wird betrieblich jeweils um 10 bis 15 Prozent wieder aufladen. Am Ende eines Betriebstages darf er insgesamt durchaus auf 25 Prozent geleert sein und wird nachts im Betriebshof wieder komplett gefüllt.

Mit genug Ladestationen, auch bei Unterwegshalten, dürfte sich aber auch dieses System für den Dauerbetrieb eignen. Im niederländischen s'Hertogenbosch ist die zweite Generation der Technik in 12-Meter-Bussen und 120-KWh-Akkus im Einsatz.

Induktion ist effizient

Wer über Induktion spricht, der sieht häufig ein Effizienzproblem, wie wir aus diversen Diskussionen im Forum der Primove-Artikel sehen konnten. Doch das stimmt nicht. Die Induktion ist aber sowohl beim IPT-System von Conductix Wampfler als auch in dem Primove-System von Bombardier sehr hoch. Tatsächlich gibt die BVG aber eine Effizienz von mindestens 90 Prozent für die Induktionsladung an. Auf Nachfrage sagte uns Bombardier, dass die Ladeeffizienz im Durchschnitt bei 95 Prozent liege. Das ist dieselbe Effizienz, die auch Conductix Wampfler angibt. Beide Unternehmen erreichen die hohe Effizienz durch das Absenken der Ladeeinheit in Richtung Boden. Durch die Reduktion des Abstands zwischen den Ladekomponenten erhöht sich die Effizienz.

Primove ist allerdings auch für das Laden beim Fahren, beispielsweise in Straßenbahnen, vorgesehen. Die Ladezeit von Primove beträgt im regulären Betrieb 4 bis 7 Minuten. Von den 90 KWh sollen bei störungsfreiem Betrieb nur 18 KWh abgerufen und dann entsprechend in der kurzen Zeit wieder aufgeladen werden - und das bei minimalem Gewichtsunterschied: Mit 18 Tonnen zulässigem Gesamtgewicht sind die Akkubusse mit Bombardiers Primove-90-System nur 130 Kilo schwerer als ihre Diesel-Pendants. Würde die BVG sich wie die Mannheimer für das Primove-60-System entscheiden, wäre der Bus sogar leichter. Allerdings braucht es dann mehr Unterwegsladestationen, die in den Beton eingelassen werden, was in Mannheim an Haltestellen mit Fahrgastwechsel ausprobiert wird.

Berlin gleicht mit Induktion die fehlende Straßenbahninfrastruktur aus

Der Vorteil von Induktions- gegenüber Oberleitungsbussen liegt gerade in Berlin bei der höheren Flexibilität. Im Westteil der Stadt fehlt es an Straßenbahninfrastruktur für E-Busse mit Pantographen. Zudem betreibt die Stadt auch viele Doppeldecker. Ein Eindecker müsste also seinen Dachstromabnehmer sehr hoch fahren, damit der Doppeldecker mit Stromabnehmer dieselbe Ladestation verwenden kann. Zudem müsste auf dem Dach eines Doppeldeckers Platz geschaffen werden. Wir gehen davon aus, dass dies nur auf Kosten des Fahrgastraumes ginge.

Da ist London weiter: Dort fahren schon seit 2012 die äußerst modern wirkenden New-Routemaster-Doppeldecker durch die Stadt, die sehr leise sind. London investiert schon lange in E-Mobilität und kann mittlerweile auf mehrere Generationen der Technik im praktischen Einsatz verweisen. Das aktuelle Modell arbeitet wie die Vorgänger noch als dieselelektrischer Hybrid-Bus (PDF-Datenblatt). Ein rein elektrischer Akku-Doppeldecker ist ebenfalls möglich, und natürlich will London die erste Stadt sein, die ihn einsetzt. Ab Oktober 2015 soll der erste Bus in der Stadt in den Dienst auf der Linie 16 gehen. Der chinesische Hersteller BYD will für stolze zwölf Jahre (Primove: 6 bis 8 Jahre) die Benutzbarkeit der LiFePO4-Akkupacks garantieren und verspricht eine Reichweite von fast 250 km im Stadtverkehr. Es ist allerdings noch kein Serienfahrzeug und muss seine Leistungsfähigkeit erst in der Praxis beweisen.

Die nächsten Jahre der Praxis zeigen, welches System sich für welchen Zweck eignet

Was sich durchsetzen wird, lässt sich noch nicht sagen. Denn es wird tatsächlich noch zumindest begleitend geforscht. Dabei geht es vor allem um betriebliche Praxisfähigkeit und nicht wie in den meisten Städten noch vor zehn Jahren darum, die allgemeine Funktionsfähigkeit zu testen. Und auch nicht jedes System wird für die jeweilige Stadt geeignet sein. In einer Stadt mit einem guten Oberleitungssystem zeigt die Induktion weniger Potenzial. Kleinere Städte mit selten fahrenden Bussen werden wohl nicht auf den Dieselmotor verzichten und könnten über Hybride nachdenken. Es könnte dadurch mehr Vielfalt entstehen. Eine Ablösung von Straßenbahnen oder den noch vorhandenen Oberleitungsbussen ist nicht zu erwarten. Die Straßenbahn hat vor allem durch lange Züge mehr Kapazität, und die bestehende Obus-Infrastruktur ermöglich sehr leichte Fahrzeuge mit den Vorteilen eines E-Motors. Doch beide Systeme könnten durchaus mit einem Akku versehen werden.  (as)


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