Im Internet heißt es, dass „Chinas Hochgeschwindigkeitszüge 10.000 Kilowattstunden Strom pro Kilometer verbrauchen“. Ist das wahr?

Heutzutage ist das Reisen durch die Hochgeschwindigkeitszüge sehr bequem. Mit der Entwicklung des Hochgeschwindigkeitsverkehrs nahmen jedoch auch die Äußerungen zu, die den Hochgeschwindigkeitsverkehr diffamieren und angreifen. Manche Gerüchte halten sich sogar schon seit mehr als zehn Jahren, tauchen immer wieder im Internet auf und führen viele Leser in die Irre. Das Gerücht, dass „Hochgeschwindigkeitszüge 10.000 Grad Strom pro Kilometer verbrauchen“, ist ein typisches Beispiel.

Wie hoch ist also der Energieverbrauch der Hochgeschwindigkeitszüge Chinas? Als Nächstes werden wir anhand eines Berechnungsfalls zur Simulation des Energieverbrauchs von Hochgeschwindigkeitszügen die „geschminkte Haut“ der Gerüchteverbreiter aufdecken.

(Foto des chinesischen Hochgeschwindigkeitszuges Fuxing EMU: Xinhuanet)

1. Wie berechnet man den Energieverbrauch von Hochgeschwindigkeitszügen?

Bei der Berechnung des Energieverbrauchs von Hochgeschwindigkeitszügen sind viele komplexe Faktoren zu berücksichtigen, darunter die Zugleistung, die Geschwindigkeit und die Masse des Zuges, die Fahrzeit, die Fahrstrecke und die Betriebsumgebung. Im Allgemeinen kann die Schätzung mit den folgenden Schritten durchgeführt werden:

Sammeln Sie zunächst Daten . Wir müssen die Durchschnittsgeschwindigkeit, die durchschnittliche Zugleistung und andere relevante Parameter von Hochgeschwindigkeitszügen erfassen (wie Zugqualität, Formation, Kapazität usw.).

Zweitens: Berechnen Sie den Gesamtenergieverbrauch . Wenn wir die durchschnittliche Traktionsleistung des Zuges (in Kilowatt) und die Gesamtfahrzeit des Zuges (in Stunden) kennen, können wir den Gesamtenergieverbrauch (in Kilowattstunden) mit der Formel W = P × t berechnen, wobei W der Gesamtenergieverbrauch, P die durchschnittliche Traktionsleistung und t die Fahrzeit ist.

Drittens: Berechnen Sie den Energieverbrauch pro Kilometer . Wir teilen den Gesamtenergieverbrauch W durch die Gesamtlänge der Hochgeschwindigkeitsstrecke L, um den Energieverbrauch pro Kilometer (in Kilowattstunden/km) zu erhalten. Das heißt, E (Energieverbrauch pro Kilometer) = W (Gesamtenergieverbrauch) / L (Kilometer).

Viertens: Berechnen Sie den Energieverbrauch pro Person und Kilometer . Wir können den Energieverbrauch pro Kilometer durch die Anzahl der Passagiere in jedem Hochgeschwindigkeitszug teilen, um den Energieverbrauch pro Person und Kilometer (in Kilowattstunden/Personenkilometer) zu erhalten. Das heißt: N (Energieverbrauch pro Person pro Kilometer) = E (Gesamtenergieverbrauch) / Anzahl der Passagiere·L (Kilometer).

Gemäß dem obigen Verfahren sieht die Simulationsberechnung des Energieverbrauchs eines Hochgeschwindigkeitszugs wie folgt aus (alle Daten sind simulierte Daten und dienen nur als Referenz):

(1) Hochgeschwindigkeitszugverband: 8 Waggons mit einer Kapazität von 576 Personen (geschätzt).

(2) Durchschnittliche Zuggeschwindigkeit: Die durchschnittliche Betriebsgeschwindigkeit beträgt 300 km/h. Der tatsächliche Betrieb kann aufgrund von Haltestellenstandorten und Geschwindigkeitsanpassungen variieren.

(3) Zugfahrzeit: Berechnet auf Grundlage der Durchschnittsgeschwindigkeit und unter der Annahme, dass eine Hochgeschwindigkeitsstrecke 1.200 Kilometer lang ist, beträgt die erforderliche Fahrzeit 4 Stunden (1.200 Kilometer/300 Kilometer/Stunde = 4 Stunden). Werden Stopps sowie Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge berücksichtigt, verlängert sich die tatsächliche Fahrzeit.

(4) Durchschnittliche Antriebsleistung des Zuges: Nehmen wir an, dass die durchschnittliche Antriebsleistung des Zuges 8.000 Kilowatt beträgt. Die tatsächlichen Werte können je nach Faktoren wie Zugzusammensetzung, Auslastung und Geschwindigkeit abweichen.

(5) Berechnen Sie den Gesamtenergieverbrauch des Zuges: W (kWh) = durchschnittliche Antriebsleistung P (kW) × Fahrzeit t (Stunden)

W = 8000 Kilowatt × 4 Stunden = 32000 Kilowattstunden oder 32000 Kilowattstunden Strom.

(6) Berechnen Sie den Energieverbrauch pro Kilometer des Zuges: Energieverbrauch pro Kilometer E (kWh/km) = Gesamtenergieverbrauch W (kWh) / Gesamtstrecke L (km)

E = 32000 kWh/1200 km ≈ 26,7 kWh/km, also etwa 26,7 kWh/km.

(7) Berechnen Sie den Stromverbrauch pro Person und Kilometer N (kWh/Person/Kilometer) = Gesamtenergieverbrauch W (kWh) / (Anzahl der Personen × Gesamtstrecke L)

N = 32.000 kWh/(576 Personen × 1.200 km) ≈ 0,046 kWh/Person·km oder etwa 0,046 kWh/Person·km.

Durch Simulationsberechnungen wissen wir, dass der Hochgeschwindigkeitszug während des Betriebs etwa 26,7 Grad Strom pro Kilometer verbraucht und jeder Mensch etwa 4,6 Grad Strom pro 100 Kilometer.

Ich frage mich, woher das leise Gerücht kommt, dass Hochgeschwindigkeitszüge 10.000 kWh Strom pro Kilometer verbrauchen? Es werden immer noch so viele Menschen getäuscht!

2. Woher stammt das Gerücht, dass Hochgeschwindigkeitszüge 10.000 Kilowattstunden Strom pro Kilometer verbrauchen?

Es waren die Experten der Eisenbahnbehörde, der China Academy of Railway Sciences, die den Trick der Gerüchtemacher aufdeckten: Sie versuchten, Konzepte zu vertauschen!

Warum? Denn diese Leute verwechseln die Antriebsleistung des Zuges mit dem Stromverbrauch des Zuges pro Kilometer. Die beiden haben überhaupt nichts miteinander zu tun.

Beispielsweise beträgt die Antriebsleistung des Fuxing-Hochgeschwindigkeitszuges CR400BF 10.140 Kilowatt und der Stromverbrauch des Zuges in einer Betriebsstunde beträgt 10.140 Kilowattstunden (kWh). Nach tatsächlichen Berechnungen beträgt der tatsächliche Stromverbrauch dieses Zugtyps pro Kilometer nur 21,1 kWh, was sich nicht wesentlich von den Daten unterscheidet, die wir zuvor simuliert haben.

(Quelle für den Stromverbrauch verschiedener Arten chinesischer Hochgeschwindigkeitszüge: Offizieller WeChat-Account der China Railway)

Laut aktuellen Angaben der Eisenbahnbehörde beträgt der Stromverbrauch von Hochgeschwindigkeitszügen lediglich 3,8 kWh pro Person und Kilometer.

Hochgeschwindigkeitszüge sind tatsächlich schnell und energiesparend!

Welche „Killertricks“ wenden Hochgeschwindigkeitszüge also an, um Energie zu sparen und den Verbrauch zu senken? Nehmen wir als Beispiel den Hochgeschwindigkeitszug Fuxing.

3. Wie sparen Chinas Hochgeschwindigkeitszüge Energie und reduzieren den Verbrauch?

Einer davon ist das stromlinienförmige Design mit geringem Widerstand.

Die Vorderseite der Fuxing EMU weist ein stromlinienförmiges und glattes Design mit geringem Widerstand auf. Dieses Design ist nicht nur schön, sondern kann, was noch wichtiger ist, den Luftwiderstand deutlich verringern und somit den Energieverbrauch senken. Berechnungen zufolge verringert sich der Luftwiderstand von Fuxing im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen um etwa 10 %, was insbesondere bei Hochgeschwindigkeitszügen mit hoher Geschwindigkeit einen erheblichen Energiespareffekt darstellt.

Der zweite Grund ist die leichte Karosseriestruktur.

Die Karosseriematerialien von Fuxing wurden optimiert. Durch die umfassende Verwendung von Leichtbaumaterialien wie Aluminiumlegierungen wird das Gewicht der Karosserie effektiv reduziert. Durch die Gewichtsreduzierung des Wagenkastens benötigt der Zug bei gleicher Geschwindigkeit weniger Zugkraft und reduziert so den Energieverbrauch.

Das dritte ist die intelligente Klimaanlage mit variabler Frequenz.

Die intelligente EMU von Fuxing nutzt eine fortschrittliche Klimatechnik mit variabler Frequenz, die die Kühl- oder Heizleistung automatisch an Bedingungen wie die Temperatur im Wageninneren und die Anzahl der Passagiere anpassen kann. Dadurch wird der „Einheitsmodus“ herkömmlicher Klimaanlagen vermieden und der Energieverbrauch effektiv gesenkt. Laut Statistik reduziert diese Technologie den Energieverbrauch von Klimaanlagen um etwa 10 %.

Das vierte ist das Energierückkopplungsbremssystem.

Fuxing nutzt beim Bremsvorgang eine Energierückkopplungstechnologie, die die beim Bremsen erzeugte elektrische Energie zurück in das Stromnetz speist und so für Energierecycling sorgt. Diese Technologie reduziert nicht nur den Energieverlust beim Bremsen, sondern bietet auch eine gewisse Leistungsunterstützung für das Stromnetz.

Der fünfte Punkt ist die Optimierung des Betriebs- und Terminmanagements.

Neben der energiesparenden Konstruktion des Fahrzeugs selbst wurden auch der Betrieb und die Einsatzplanung von Fuxing optimiert. Durch eine sinnvolle Gestaltung der Abfahrtsintervalle, der Strecken und der Zwischenstopps werden Leerlauf- und Wartezeiten der Züge reduziert, die Betriebseffizienz verbessert und somit indirekt der Energieverbrauch gesenkt.

Sechstens: die Nutzung grüner Energie.

Obwohl der Fuxing-Zug noch nicht direkt auf grüne Energie wie Solarenergie und Windenergie als Antriebsquelle setzt, wird im chinesischen Hochgeschwindigkeitsbahnsystem aktiv die Anwendung grüner Energie erforscht. So werden beispielsweise in einigen Hochgeschwindigkeitsbahnhöfen und -anlagen entlang der Strecke mittlerweile Photovoltaik-Solarmodule zur Stromerzeugung eingesetzt, die das Hochgeschwindigkeitsbahnsystem mit zusätzlicher Energie versorgen.

Wir sind davon überzeugt, dass es mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie und dem zunehmenden Bewusstsein für den Umweltschutz bei Hochgeschwindigkeitszügen künftig zu weiteren Durchbrüchen bei der Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung kommen wird. Hochgeschwindigkeitszüge werden umweltfreundlicher, effizienter und nachhaltiger und fördern so eine grüne Revolution in der globalen Hochgeschwindigkeitsbahnindustrie.

Autor: Wang Lin, leitender Eisenbahningenieur, Mitglied der Chinese Writers Association, Mitglied der Chinese Science Writers Association

Produziert von: Science Popularization China