Waller_Moderne Dampftraktion - HTL 1

MODERNE DAMPFTRAKTION
wirtschaftlich und umweltfreundlich

MODERNE DAMPFTRAKTION
wirtschaftlich und umweltfreundlich
1. Industriedampf ist Alltag
2. Renaissance der Dampftraktion
3. Dampfspeichertechnik hat Zukunft
4. Moderne Dampflokomotiven verbessern
die Wirtschaftlichkeit von Nebenlinien
5. Filmbeispiele von modern steam

1. Industriedampf ist Alltag
In der Schweiz sind:
• 4000 Dampfkessel in Betrieb, davon
100 Lokomotivkessel
20 Schiffskessel
• 44% der Elektrizität wird mit
Dampfturbinen erzeugt
Dampf = Nostalgie ?
NEIN ! ►► Dampftechnik wird laufend
weiter entwickelt

Anteil Dampfprozess grösser als 70%

Tägliche Ökostrom-Produktion mit Biomasse im
Furnierwerk Unsleben in Deutschland, 30/7/2008
Wolf-Lokomobil Baujahr 1961 (Kessel mit Dampfmaschine)

Kommerzielle Ökostrom-Produktion mit Biomasse
Sägewerk Noak, Schönau an der Brend Deutschland
Dampfmaschine Wolf-Lokomobil (Neuer Kessel) 30.7.2008

•
•
•
•
•
•
•
Systemvorteile Dampftechnik
„Alle“
–
–
–
–
–
Brennstoffe und Energien sind verwendbar
Kohle (Stückkohle, Briketts, Staub; Stein-,Braunkohle, Anthrazit)
Öl (Schweröl, Leichtöl, Altöl, Bioöl)
Biomasse (Holz, Pellets, Bagasse, Torf)
Gas (Erdgas, CNG, LNG, Biogas, Kompogas)
Abfälle und Abwärme, Geothermie, Solarthermie
Direktantrieb ohne Kupplung und Getriebe
Fahrdrahtunabhängig, keine Systemausfälle
Robust, zuverlässig, keine oder wenig Elektronik
Bei Kondensations-
Riesiges Entwicklungspotential
oder Speicherbetrieb sehr leise
Grosse Speicherfähigkeit (Heisswasser)

2. Renaissance der Dampftraktion
SAR 25 NC 3450 Red Devil

Auszug aus einer Wirtschaftlichkeitsrechnung
der Südafrikanischen Staatsbahnen SAR
"STEAM TRACTION IS MORE ECONOMICAL THAN DIESEL
TRACTION AT ALL TRAFFIC DENSITIES"
Finding of the traction committee of the South African Railways for
the mainline Kimberley–De Aar in 1982/83, comparing:
• Steam locomotives class 25NC (built 1953 – 1955)
• Steam locomotive class 26 (built 1953, rebuilt 1981)
• Diesel locomotives class 34 (built 1971 – 1980)
• Electric locomotives class 7E (built 1978 – 1980)
The traction policy was not changed. The drive to be "modern" was
stronger than the aim to optimise the economics.

Brienz – Rothorn - Bahn
Reine Dampfzahnradbahn bis 1972:
• 5 Dampflokomotiven Nr. 1 bis 5, Baujahre 1891/92
• 2 Dampflokomotiven Nr. 6 und 7, Baujahre 1933/36
► Alte Dampflokomotiven haben zuwenig Kapazität und
sind zu teuer im Betrieb; 3 Mann für 48 - 80 Passagiere
► Studie 1973: „Neue Dampflokomotiven wären die
attraktivste Lösung“. Industrie wollte keine bauen!
• Diesellokomotive Nr. 8, 1973, 2 Mann für 56 Passagiere
• Diesellokomotiven Nr. 9 und 10, 1975, 2 Mann für 112 P.
• Diesellokomotiven Nr. 11, 1987, 2 Mann für 112 P.
► Neue Dampflokomotive Nr. 12, 1992, 2 Mann für 120 P.
► Neue Dampflokomotiven Nr. 14, 15 und 16, 1992/96

VORTEILE MODERNER DAMPFLOKOMOTIVEN
• Einmannbedienung (kein Heizer)
• Ölfeuerung mit Heizöl EL (extraleicht)
• Rauchfreie Verbrennung, sehr gute Abgaswerte
• Vollisolation von Kessel und Zylindern
• Kurze Vorbereitungs- und Abrüstzeiten
• Wesentlich besserer Wirkungsgrad
• Niedrige Betriebs- und Unterhaltskosten
• Moderne abgedichtete Lager, kein Ölverlust
• Elektrisches Vorheizgerät
• Leichtbau (Triebwerk, Zahnradlokomotiven)

Leichtölfeuerung
• Einmann-Bedienung möglich
• Kein Feuer reinigen
• Aschkasten und Rauchkammer entleeren entfällt
• Sauberste Verbrennung, kein Rauch
• Kein Funkenwurf, keine Böschungsbrände
• Besserer Wirkungsgrad
• Garantierte Brennstoffqualität
• Einfach regulierbar, abstellbar (Tunnel!)
• Leicht zu bedienen

Betriebskosten pro Retourfahrt und Passagier in CHF
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
Vergleich der direkten Betriebskosten
der Triebfahrzeuge der Brienz Rothorn Bahn (1999)
Dampf, alt
Lok 1...5
Durchschnittliche Einnahmen pro Retourfahrt und Passagier
Dampf, alt
Lok 6, 7
Diesel, neu
Lok 9, 10 ,11
Dampf, neu
Lok 12, 14, 15

Neue Zahnrad-Dampflokomotive
999.201 der Schafbergbahn

in % zu Dampf neu
700
600
500
400
300
200
100
0
Vergleich der direkten Betriebskosten
der Triebfahrzeuge der Schafberg Bahn (2000 bis 2002)
Dampf, alt Diesel Dampf, neu

Modernisierung der 52 8055

52 7596 (Kohle) und 52 8055 (Leichtöl)

52 8055 mit Orient-Express

52 8055 Rollenlager-Triebwerk

ÖBB Schneeräumer, aufgebaut auf Rahmen
der Dampflokomotiv-Baureihe 52

Radsätze mit Rollenlagern Bauart 52 8055

ÖBB Klima-Schneepflug mit Rollenlagern

Klimaschneepflug im Einsatz,
vmax
= 60 km/h

Klimapflug der ÖBB beim Bahnsteigräumen

Railclean
auch ein englischer
Firmenname garantiert nicht
für moderne Arbeitsweise
Handarbeit
bei den
SBB !!

3. Dampfspeichertechnik hat Zukunft
Gegenwart
•
•
•
•
Speicherlokomotiven im Rangierdienst
Energiespeicher in der Industrie
Speicher für solar-thermische Kraftwerke
Dampfkatapulte auf Flugzeugträgern
Zukunft
•
•
•
•
•
Flurförderfahrzeuge, Thermomobil (in Entwicklung)
Kurzstrecken im Nahverkehr (z.B. Sissach
Tunnellokomotiven, Tunnelrettungsfahrzeuge
Vaporetti
Bus, Taxi
(Venedig), Wassertaxi, Fährschiffe
–
Olten)

Dampfkatapult
beschleunigt ein 36 t schweres Flugzeug auf nur 92 m aus dem Stand
in 3 Sekunden auf 260 km/h. Ohne Katapult sind 1.5 km notwendig.
Ein Ferrari (1.25 t) benötigt 9.5 Sekunden von 0 auf 200 km/h.
Allerhöchste Zuverlässigkeit erforderlich, ansonsten Piloten und
Flugzeuge im Wert von je 70 – 100 Mio. CHF gefährdet wären.

Speicherlokomotiven
wirtschaftlich – sauber – leise – umweltfreundlich – CO2-neutral

Rangier-Diesellokomotiven
Abgase – CO2 – Lärm –Leerlauf –Wartung –Ölabhängigkeit

•
•
•
•
Nachteile der Diesellokomotiven
Kein Direktantrieb vom Motor zum Rad
–
diesel-elektrisch, -hydraulisch oder -hydrostatisch
► Komplexer Antrieb ► Hohe Unterhaltskosten
► 75% Leerlauf ► Energieverschwendung, Lärm
Sehr schlechte Abgaswerte
► Russpartikelfilter und Katalysatoren notwendig
► Nachrüsten mit APU (Auxiliary
► erhöht Komplexität, Kapital-
Power Unit)
+ Unterhaltskosten
Hoher Lärmpegel bei Fahrt und im Stillstand
Abhängigkeit vom Erdöl

Leerlauf von Diesellokomotiven
Idling Consumption: Diesel Fuel: 3.5 - 5 gals/hour
Lubrication Oil: 0.4 - 0.5 gals/hour
= ► Leerlaufverbrauch: Dieselöl: 13 – 19 Liter/Stunde
Schmieröl: 1.5 – 2.0 Liter/Stunde

Effiziente Dieseltraktion?
Entladen von Tonerde-Zügen im Martinswerk Bergheim
-
-
-
-
-
Entladezeit ca. 20 Minuten pro Wagen, total rund 4 Stunden
Laufzeit des Dieselmotors: 4 Stunden =► Leerlaufanteil: 95 %
Dieselverbrauch: 64 l entspricht 640 kWh Kosten: ca. 90.-
Schmierölverbrauch: 7 l Kosten: ca. 20.-
Euro Total: ca. 110.-
Rangierarbeit ca. 10 kWh =► Wirkungsgrad: 1.6 %
Euro
Euro

Dieselabgase gefährden die Gesundheit
Lösungsmöglichkeiten:
-
-
-
Ersatz der schmutzigen Diesellokomotive durch eine
saubere Speicherlokomotive (Lademöglichkeit im
Werk besteht bereits!)
Einsatz der Speicherlokomotive nur in der Halle,
eventuell mit Druckluft statt Dampf
Migros
hat das Problem anders gelöst!!

Funktionsschema einer
Diesellokomotive

Funktionsschema einer
Speicherlokomotive

Vorteile der Speicherlokomotiven
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Emissionsfrei, leise im Betrieb, lautlos im Stillstand
Externe Energieerzeugung:
–
–
–
Beliebige Brennstoffe (lokal, kostengünstig, CO2-neutral)
Solarthermische Dampferzeugung
Nutzung von Abwärme, z.B. von Verbrennungsmotoren
Explosionsgeschützt, keine Funken, kein Brennstoff
Kein Sauerstoffbedarf, ideal für Tunnelarbeit und -rettung
Schnelles Nachladen möglich (15 - 20 Minuten im Normalfall)
Maximales Drehmoment (Zugkraft) beim Anfahren
Überlastbar dank unbegrenzter Energieentnahme
Einmannbetrieb, Funkfernsteuerung möglich
Einfach, robust, zuverlässig, tiefe Unterhaltskosten
Lange Lebensdauer (Batterie: 5-10 Jahre, Speicher: 60-100 Jahre)
Kein Energieverbrauch im Stillstand/Leerlauf

Kantenlänge [Meter]
99% der Verkehrsenergie werden
weltweit von Ölprodukten bereitgestellt
Brennstoff Schütt-Volumen für 10'000 kWh
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Holzpellets 3.07 m3 Holzpellets 3.1 m 3
Braunkohle 3.4 m3 Heizöl EL 1.03 m3 Diesel / Heizöl EL
1.03 m3 Steinkohle 1.6 m3 Holzschnitzel 11.8 m 3
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Kantenlänge [Meter]
Wasserverdängung Kantenlänge
[Meter]
1.5
1
0.5
0
Brennstoff- Gewicht für 10'000 kWh
Holzschnitzel* 2940 kg
Holzpellets 2000 kg
Braunkohle 1880 kg
Steinkohle 1230 kg
Diesel / Heizöl EL 870 kg
0 0.5 1 1.5
Wasserverdrängung Kantenlänge [Meter]
Die hohe Energiedichte erklärt die Dominanz von Öl im Transport

Speichertechnik ermöglicht
Mobilität mit stationärer Energie
• Bei allen Transportmitteln spielt die
Energiedichte eine zentrale Rolle, weil
Gewicht und Volumen begrenzt sind
=► nur wenige Treibstoffe sind geeignet
und deshalb entsprechend teuer
• Bei stationärer Verwendung spielt die
Energiedichte keine Rolle
=► alle Brennstoffe sind geeignet und
deshalb bedeutend billiger

Grosses Sparpotenzial dank
unterschiedlicher Energiepreise
Energiepreise [Rp./kWh]
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Diesel (18.10.2004)
Benzin (18.10.2004)
Biogas Treibstoff (3.2004)
Erdgas Treibstoff (3.2004)
Erdgas zum Heizen (Winter 2003/2004)
Fernwärme IWB (Winter 2003/2004)
mittelgrosse Solaranlage WW 70m3
elektrischer Strom (Grosskunden EWZ, 2004)
Klein-Solaranlagen WW (z.B. 6m2)
Stückholz 0.5/0.33m feucht gemischt
Holz-Pellets (CH, Stand 8.2004), Grossbezüger
Stückholz 0.5/0.33m trocken gemischt
Heizöl EL (CH, Stand 18.10.2004, 6000 Liter ab Basel)
Aktueller Dieselpreis 10/2010: 1.71 CHF
Bisheriger Höchstpreis 07/2008:
2.28 CHF

Nachladen mit Dampf aus einer
stationären Quelle

Sulzer-Dreizugkessel
mit Gasfeuerung
„Dampf-Tankstelle“
der Brauerei Falken

Beispiel Aktionsradius (alte Lok)

Setuza-Werk Usti nad Labem

Sasol-Werk
in Herne, Deutschland

Grosskraftwerk Mannheim

Hochdruck-Speicherlokomotive, 85 bar

Entwicklungspotential
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Rollenlager an Achsen und Triebwerk
Höhere Geschwindigkeiten
Bessere Isolation
Reduktion des Dampfverbrauchs
Vergrösserung des Aktionsradius
Partielle Abdampfkondensation (für Hallen)
Komfortablerer Führerstand
Dampfmotoren und Drehgestelle
Funkfernsteuerung
Zusatzfeuerung (Hybrid)
Energierückgewinnung beim Bremsen
=►
Zur Weiterentwicklung sind eigene
Speicherlokomotiven notwendig

FLC 03160 der DLM

Präsentation der Speicherlokomotiven FLC 03147 und
FLC 03160 in Schaffhausen am 26. und 27.10.2010

1. Funktionsmuster mit Speicherbetrieb

Die automobile Zukunft liegt beim
Elektroantrieb! Oder doch nicht?
Qualitätskriterien der Gemeinschaft autofreier
Schweizer Tourismusorte (GAST) www.auto-frei.ch
Auf sämtlichen befestigten oder gepflästerten Strassen
entlang der öffentlichen Bauzone gilt ein aIlgemeines
Fahrverbot für Verkehrsmittel mit Verbrennungsmotoren.
Der Gast profitiert also von hoher Luftqualität
und hoher Bewegungsfreiheit in den Strassen.
Mit Ortsund Skibussen sowie umweltfreundlichen
Elektrotaxis wird vor Ort ein öffentlicher Transport auf
weite Strecken sichergestellt.

Umweltfreundliches Elektrotaxi (?)

Nein, Dieselantrieb ist in Braunwald die
Regel, es gibt kaum noch Elektromobile
Auspuff = Lärm und Abgase
Begründung des Taxihalters:
-
-
-
-
Elektromobil hat zuwenig
Leistung, vor allem bei
steilen Strassen
Nachladen dauert zu lange,
2. Fahrzeug notwendig
Batterielebensdauer zu kurz
In der Anschaffung und im
Betrieb zu teuer

Thermomobil
HOT2GO

2. Funktionsmuster mit Speicherbetrieb

Substitutionspotential von Dieselöl
Reduktion von CO2 und Lärm
Schienenfahrzeuge:
•
•
1 Rangierlok Industrie: 50‘000 l/Jahr 130 t CO2
Σ Traktion SBB: 12.8 Mio. l/Jahr 33‘000 t CO2
Wasserfahrzeuge:
•
Σ
–
–
–
–
Fähren:
Meilen – Horgen
Konstanz – Meersburg
Romanshorn – Friedrichshafen
Beckenried – Gersau
Strassenfahrzeuge:
• Taxi, Busse
4.5 Mio. l/Jahr
xx
12‘000 t CO2
10 min. 3.0 km 70‘000 Fahrten/Jahr
15 min. 4.5 km 70‘000 Fahrten/Jahr
41 min. 12.0 km 11‘000 Fahrten/Jahr
20 min. 4.0 km 4‘000 Fahrten/Jahr
Mio. l/Jahr
xx‘000 t CO2

„Prognosen sind schwierig, besonders
wenn sie die Zukunft betreffen.“
Die Zukunft liegt in der Brennstoffzelle. Diese
Technik ist umweltfreundlich und emittiert nur
Wasserdampf. In 10 Jahren wird sie serienreif.
Physiklehrer, Gymnasium Zug, 1968
„Willst du immer weiter schweifen?
Sieh das Gute liegt so nah.“
Die Speichertechnik ist umweltfreundlich und
emittiert nur Wasserdampf. Sie ist jetzt
verfügbar und benötigt nur einen Bruchteil an
Entwicklungskosten. Nutzen wir sie!

4. Moderne Dampflokomotiven verbessern
die Wirtschaftlichkeit von Nebenlinien

Spar-Lösung für schwach
frequentierte Nebenlinien?

Viel besser: Einnahmen erhöhen!

Freizeitangebote müssen attraktiv sein
Solche
Triebwagen sind o.k. für die Fahrt zur Arbeit,
für den Freizeitverkehr aber eher ungeeignet

•
•
•
•
•
•
•
•
•
Dampfschiffausflug – ein Genuss
Landschaft statt endlose Tunnels und versprayte Lärmschutzwände
Gute Kundenbetreuung durch präsentes, freundliches Personal
Angenehme Geräuschkulisse statt nervendes Elektronik-Gepiepse
Gepflegte Gastronomie im stilvollen Salon oder im Freien
Fahrplanmässiger Einsatz (Dampfanstatt Motorschiff)
Besondere Attraktionen: Dampferparaden, Parallelfahrten
Normale Fahrpreise
Sichtbare Technik
Zusatzeinnahmen:
– Mehrfrequenzen
– Mehrertrag
– Förderverein
– Sponsoring
– Souvenirverkauf
Sogar alte Raddampfer sind
wirtschaftlich, neue wären
noch besser
Bei der Eisenbahn gibt es kein vergleichbares Freizeit-Angebot

Attraktiver Dampfbetrieb, aber nur für Touristen
Alte Dampflokomotiven sind aufwendig und teuer im Betrieb und
zu langsam für Pendler und Normalverkehr

Projekt neue Dampflokomotiven
Wirtschaftlich und umweltfreundlich
• Einmannbetrieb, höhere Geschwindigkeit
• Wartungsfreies Rollenlagertriebwerk
• Saubere Verbrennung ohne Rauch und Funkenflug

modern steam am Hauenstein

Oberer Hauenstein: Sissach
-
• Elektrischer Betrieb
• Stundentakt
Olten
• Minimale Wendezeiten
• 1 Triebwagenkomposition
• im Tarifverbund Basel
• nur 2. Klasse
• Optimale Rationalisierung
Kostendeckungsgrad: 19%
• Busbetrieb keine Alternative wegen Fahrzeit, Witterung und Kapazität
• Gegend entlang der Linie ist schwach besiedelt
• Fast alle Passagiere fahren nur Teilstrecken
• Durchschnittsertrag pro Fahrgast: 1.- CHF

Starke Nachfrageschwankungen
im Regionalverkehr
Hauptlinie
Nebenlinie
Dampfbahn füllt
das Ertragsloch
Dampfbahn

Modern Steam am Hauenstein
Konzept: Attraktive Dampfzüge ersetzen
-
-
-
-
-
-
-
gleiche Fahrzeit, gleicher Fahrplan
die Triebwagen
gleiche Preise für Pendler, höhere Preise für Touristen
+ attraktiver, sauberer Dampfbetrieb, erlebbare Technik
+ Führerstandsfahrten, Heizerkurse, Ehrenlokführer
+ Speisewagen mit regionalen Spezialitäten, 1. und 2. Klasse
+ Sitzplatz-
und Fensterplatzreservation, Fenster zum öffnen
+ Zugspersonal, Billettverkauf im Zug ohne Zuschlag

Erfolgreiche Tests am Hauenstein
2008: 16 Züge während der Feier 150 Jahre Hauenstein
2009: 78 Züge anlässlich des 17-tägigen Pilotbetriebes
2010: 36 Züge beim 8-tägigen Wirtschaftlichkeitstest
Alle Dampfzüge fuhren zuverlässig und pünktlich q.e.d
Frequenzund Einnahmensteigerung um Faktoren q.e.d.

Warum neue Dampflokomotiven?

Rauch, im Planbetrieb undenkbar!

Umbau der 23 058 auf Leichtölfeuerung
für Touristenzüge
in
Holland

Ein Umbau ohne sichtbare Änderungen!

Neue Dampflokomotiven sind:
• wirtschaftlich: Einmannbetrieb, Fernbedienung
• umweltfreundlich: Leichtölfeuerung, Speicherbetrieb
• wartungsarm: Rollenlager, elektrisches Vorheizgerät
• leistungsfähig und zuverlässig
Neue Dampflokomotiven braucht das Land

•
•
•
•
•
5. Filmbeispiele
Red Devil
mit Güter-
modern steam
und Schellzug
Neue Zahnraddampflokomotiven der BRB
52 8055 Kohle, Tests vor dem Umbau
52 8055 Öl, Tests nach dem Umbau
52 8055 im Einsatz
–
–
Orient-Express
am Hauenstein