Transrapid

Der Energiebedarf des Transrapid wurde per Fahrsimulation am Computer für die Raumordnungstrasse ermittelt, wobei unterschiedliche Zugkonfigurationen berücksichtigt wurden.

Spezifischer Energiebedarf des Transrapid:

4 Sektionen, 430 km/h: 95 Wh/Plkm
5 Sektionen, 430 km/h: 88 Wh/Plkm
6 Sektionen, 430 km/h: 83 Wh/Plkm

Diese Werte beziehen sich ab Ausgang Unterwerk. Die Verluste im Fahrweg, der Teil des Motors ist, sind hier mit eingerechnet. Das Ergebnis deckt sich mit den Angaben im Raumordnungsverfahren zur Transrapid-Strecke für 6-Sektionen-Fahrzeuge .

Größere Fahrzeuglängen führen sowohl bei der Eisenbahn als auch beim Transrapid zu günstigeren Energiebedarfswerten pro Sitzplatz. Dies liegt daran, daß nur der erste Wagen die Luft verdrängen muß (Stirnflächenwiderstand) und alle weiteren Wagen im Windschatten des ersten Wagen fahren.

Die im Raumordnungsverfahren für die Transrapidstrecke zugrunde gelegten Prognose von rund 15 Mio. Fahrgästen pro Jahr ist überhöht, selbst beim unterstellten Wirtschaftswachstum in Höhe von 90% von 1988 bis zum Jahr 2010. (siehe Studie zur Wirtschaftlichkeit des Transrapid) Vielmehr muß dieser Wert um knapp 1/3 nach unten korrigiert werden, und zwar auf 11,1 Mio. Fahrgäste/Jahr . Wegen dieser reduzierten Fahrgastzahl erscheint es angebracht, statt der geplanten 6-Sektionen-Züge im 12- bis 15-Minuten-Takt lediglich 5-Sektionen-Züge im 15-Minuten-Takt verkehren zu lassen. Deshalb wird hier der Einsatz der etwas energieaufwendigeren 5-Wagen-Züge unterstellt. Werden die Verkehrsprognosen der tatsächlichen wirtschaftlichen Entwicklung angepaßt, was nicht Aufgabe dieser Studie ist, so kommen sogar nur 4-Sektionen-Züge zum Einsatz, die pro Sitzplatz noch mehr Energie erfordern.

Für den Auslastungsgrad des Transrapid kann der entsprechende Durchschnittswert der Fernzüge der DB AG von 50% übernommen werden.

Sowohl bei der Eisenbahn als auch beim Transrapid kann durch variable Fahrpreise ein Auslastungsgrad von 0,7 bis 0,75 erreicht werden. Aber weder bei der Deutschen Bahn AG noch für den Transrapid sind derartige Modelle konkret geplant.

Übersicht über den Sekundärenergiebedarf

Um den Treibstoffverbrauch von PKW, Omnibus und Flugzeug mit dem Strombedarf der Eisenbahn und des Transrapid vergleichen zu können, müssen die Heizwerte der Treibstoffe pro Liter in die elektrische Einheit "Kilowattstunde" umgerechnet werden. Diese Umrechnungswerte lauten:

1 l Diesel = 9,8 kWh
1 l Benzin = 9,0 kWh
1 l Kerosin = 9,6 kWh.

Der gewichtete Durchschnittswert zur Umrechnung des Heizwertes von Diesel und Benzin für PKW beträgt 9,1 kWh.

Für den Sekundärenergiebedarf der verschiedenen Fernverkehrsmittel zwischen Hamburg und Berlin ergeben sich die folgenden Werte:

Übersicht über den Treibstoff- und Strombedarf (Sekundärenergie)

	Treibstoff in l/100 km	Energie in Wh/pkm
PKW mit 1,7 Pers. Besetzung	5,35	487
Omnibus einstöckig, 80% Auslastung	0,71	70
Flugzeug Fokker 50, 70% Auslastung	5,30	512
IC mit 10 Wagen, max. 160 km/h		50
ICE 3 mit 14 Wagen, max. 250 km/h		61,2
Transrapid 5 Sektionen max. 430 km/h		176

Wirkungsgrade der eingesetzten Primärenergie

Bezüglich des Wirkungsgrades sind zum einen Transportverluste zu berücksichtigen und zum anderen Verluste bei der Raffinierung des Öls bzw. im Kraftwerk bei Gewinnung des Stroms.

Die Wirkungsgrade der verschiedenen Prozesse sind:

(1) 92,5% bei der Raffinierung von Rohöl in Kerosin, Diesel und Benzin

(2) 98% bei der Verteilung von Diesel und Benzin über Tankstellen

(3) 99,5% bei der Verteilung von Brennstoffen in großen Mengen an Flughäfen und Kraftwerke

(4) 36,5% bei Kraftwerken für Bahnstromerzeugung im Jahr 1992

(5) 46,5% bei Kraftwerken für Bahnstromerzeugung im Jahr 2010 (siehe unten)

(6) 92,6% bei der Verteilung im Bahnstromnetz inkl. Bahnstrom-Unterwerke

(7) ca. 95% bei der Verteilung im Netz für Transrapid-Strom exkl. Unterwerke

(8) ca. 90% in Unterwerken des Transrapid.

Ältere Quellen nennen für den Transrapid einen Wirkungsgrad von 86% im Unterwerk; es wird angenommen, daß dieser schlechte Wirkungsgrad auf 90% verbessert werden kann.

Für das Jahr 2010 werden sich die aufgeführten Wirkungsgrade nicht wesentlich ändern, ausgenommen der Wirkungsgrad in Wärmekraftwerken. Hier sind in den letzten Jahren spürbare technische Fortschritte erzielt worden, die im Jahr 2010 zu einem erhöhten Wirkungsgrad führen werden. Dieser technische Fortschritt senkt den Primärenergiebedarf von Eisenbahn und Transrapid. Betrugen die Wirkungsgrade in Wärmekraftwerken (ohne Kraft-Wärme-Koppelung) im Jahr 1950 nur 18%, so ermöglichten die modernsten Konstruktionen im Jahr 1980 bereits einen Wirkungsgrad von 37%, was im Jahr 1992 etwa dem Durchschnitt aller Kraftwerke entsprach. Die modernsten Kraftwerke erreichen Wirkungsgrade bis zu 58% bei Gas und Öl, bei der aufkommensstärkeren Kohle ist der Wirkungsgrad geringer. Trotzdem erscheint eine Anhebung des Wirkungsgrades um 10 Punkte von 36,5% auf 46,5% für 2010 realistisch.

Für die gesamte Wirkungsgradkette müssen die Prozentwerte als Faktoren von 0,00 bis 1,00 miteinander multipliziert werden. Zwei Wirkungsgrade von 50% (0,50 mal 0,50) ergeben also einen Gesamt-Wirkungsgrad von 25% (Faktor 0,25).

Für die einzelnen Verkehrsmittel sehen die Wirkungsgradketten und Gesamtwirkungsgrade folgendermaßen aus, wobei sich die in Klammern angegebenen Zahlen auf die obige Erläuterung der Wirkungsgrade beziehen:

Gesamtwirkungsgrad PKW, Omnibus: 90,5%
setzt sich zusammen aus:

(1) Raffinerie 92,5%

(2) Verteilung 98%

Gesamtwirkungsgrad Flugzeug: 92%
setzt sich zusammen aus:

(1) Raffinerie 92,5%

(3) Verteilung 99,5%

Gesamtwirkungsgrad Eisenbahn 1992: 33,5%
setzt sich zusammen aus:

(3) Verteilung an Kraftwerke 99,5%

(4) Kraftwerk 36,5%

(6) Verteilung Netz 92,6%

Gesamtwirkungsgrad Eisenbahn 2010: 43%
setzt sich zusammen aus:

(3) Verteilung an Kraftwerke 99,5%

(5) Kraftwerk 46,5%

(6) Verteilung Netz 92,6%

Gesamtwirkungsgrad Transrapid 1992: 31%
setzt sich zusammen aus:

(3) Verteilung an Kraftwerke 99,5%

(4) Kraftwerk 36,5%

(7) Verteilung Netz 95%

(8) Unterwerke 90%.

Gesamtwirkungsgrad Transrapid 2010: 39,5%
setzt sich zusammen aus:

(3) Verteilung an Kraftwerke 99,5%

(5) Kraftwerk 46,5%

(7) Verteilung Netz 95%

(8) Unterwerke 90%.

Unberücksichtigt bleibt hierbei die Tatsache, daß der Energiebedarf des Transrapid-Betriebs extrem starken Schwankungen unterworfen ist. Derartige Schwankungen des Energiebedarfs treten bei einem - fiktiven - ICE-Verkehr, der dieselbe Trasse wie der Transrapid benutzen würde, nur in sehr abgeschwächter Form auf, wie die Abbildung zeigt. Wenn Kraftwerke solche extremen Lastschwankungen bewältigen müssen, ist ihr Wirkungsgrad tendenziell schlechter als bei einer relativ konstanten elektrischen Leistung, wie sie der Eisenbahnbetrieb erfordert.

Übersicht über den Primärenergiebedarf

Aufbauend auf den oben abgeleiteten Werten für Sekundärenergie und Wirkungsgrade ergibt sich der folgende Primärenergiebedarf:

Primärenergiebedarf der Verkehrsmittel im Korridor Hamburg - Berlin

	Sekundär- energie Wh/pkm	Gesamt- wirkungs- grad	Primär- energie Wh/pkm
PKW mit 1,7 Personen Besetzung	487	90,5%	538
Omnibus einstöckig, 80% Auslastung	70	90,5%	77
Flugzeug Fokker 50, 70% Auslastung	512	92,0%	557
IC mit 10 Wagen, max. 160 km/h* - bei Kraftwerkstechnik 1992	50	33,5%	149
- bei Kraftwerkstechnik 2010	50	43,0%	116
ICE 3 mit 14 Wagen, max. 250 km/h* - bei Kraftwerkstechnik 1992	61	33,5%	182
- bei Kraftwerkstechnik 2010	61	43,0%	142
Transrapid 5 Sektionen max.430 km/h* - bei Kraftwerkstechnik 1992	176	31,0%	568
- bei Kraftwerkstechnik 2010	176	39,5%	446

* 50% Auslastung

Der hohe Energiebedarf des Transrapids gegenüber dem Eisenbahn-Hochgeschwindigkeitsverkehr überrascht. Ein wesentlicher Teil des Mehrenergiebedarfs ist auf die höhere Geschwindigkeit zurückzuführen, da der Energiebedarf mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zunimmt.

Doch auch bei gleicher Geschwindigkeit liegt der Energiebedarf des Transrapid spürbar über dem eines vergleichbaren Rad-Schiene-Verkehrs:

Energiebedarf bei Beharrungsfahrt mit 300 km/h, Auslastung 50%

	Sekundär- energie Wh/pkm	Gesamt- wirkungs- grad	Primär- energie Wh/pkm
Transrapid mit 5 Sektionen	103	39,5%	260
ICE 3 mit 14 Wagen und hoher Sitzplatzzahl	72	43%	167

Dieser auffällige Mehrbedarf an Energie des Transrapid ist auf mehrere systemspezifische Unterschiede zwischen beiden Verkehrsmitteln zurückzuführen:

• Der Transrapid benötigt allein zum Schweben schon Energie. Damit eine Tonne Fahrzeugmasse zum Schweben gebracht werden kann, ist eine elektrische Leistung von 1,13 kW erforderlich . Mit dieser elektrischen Leistung pro Tonne erreicht der ICE bereits eine Dauergeschwindigkeit von rund 120 km/h, während der Transrapid noch auf der Stelle schwebt.
  
• Der Wirkungsgrad des Motors ist beim Transrapid schlechter als bei der elektrischen Eisenbahn. Zum einen wird beim Schwebezug ein Motorabschnitt von bis zu 2 km Länge gleichzeitig unter Strom gesetzt, obwohl nur der Motor direkt unter dem Fahrzeug benötigt wird. Zum anderen ist der Luftspalt zwischen Rotor (bzw. Schwebefahrzeug) und Stator (bzw. Fahrweg) beim Transrapid ca. 10 mm groß, während er bei herkömmlichen rotierenden Elektromotoren nur Bruchteile eines Millimeters beträgt. Der Wirkungsgrad von elektrischen Motoren verschlechtert sich mit zunehmendem Luftspalt drastisch.
  
• Der einzelne Transrapid-Zug ist breiter, dafür jedoch kürzer als ein Eisenbahn-Zug. Das bedeutet, daß pro Sitzplatz mehr Luft verdrängt werden muß (größere Querschnittsfläche). Deshalb ist ein möglichst langer Zug wie der zugrunde gelegte ICE 3 mit 14 Wagen gegenüber einem Transrapid mit nur 5 Sektionen deutlich im Vorteil.

Dieser Widerspruch dürfte sich auflösen, wenn man sich folgendes vor Augen führt:

• Es wird der Transrapid, ein bezüglich des Energiebedarfs tatsächlich optimiertes Fahrzeug, mit dem ICE der ersten Generation verglichen. Dieser stellt, was den Energiebedarf pro Sitzplatz betrifft, bei weitem kein Optimum dar. Erst die neueren ICE-Serien sind hinsichtlich des Energiebedarfs optimiert, aber auch nur teilweise.
  
• Allem Anschein nach wird nicht der Primärenergiebedarf, sondern lediglich der Sekundärenergiebedarf von Transrapid und Eisenbahn verglichen. Dieser Verdacht wird dadurch gestützt, daß zusätzlich zu den Werten an elektrischer Energie auch Angaben in Liter Benzin pro 100 km gemacht werden . Der Benzinverbrauch pro 100 km ist jedoch ein typischer Parameter für die Sekundärenergie. Korrekt wäre allein die Angabe der benötigten Primärenergie, weil der Transrapid gegenüber der Eisenbahn einen zusätzlichen Energiebedarf in den extrem aufwendigen Unterwerken (siehe Studie zur Wirtschaftlichkeit des Transrapid) aufweist.
  
• Mit der Formulierung "Zugrunde liegt eine Bestuhlung mit einem Sitzplatzfreiraum entsprechend ICE-Standard sowie ein Bordrestaurant für beide Systeme" soll wohl der Anschein erweckt werden, daß Gleiches mit Gleichem verglichen werde. Doch hiermit ist keineswegs ausgesagt, daß die Länge des zu vergleichenden Transrapid-Zugs tatsächlich identisch ist mit der Zuglänge, wie sie für das konkrete Transrapid-Vorhaben Hamburg - Berlin vorgesehen ist. Denn um beim 12- oder 15-Minuten-Takt die Züge füllen zu können, werden lediglich relativ kurze Transrapid-Sektionen benötigt. Typisch für den Eisenbahn-Fernverkehr sind hingegen Angebote im 1-Stunden- oder sogar nur im 2-Stunden-Takt. Hierfür müssen die Züge relativ lang sein (bis zu 14 Waggons). Dadurch wird der Stirnflächenwiderstand pro Sitzplatz im Vergleich zu den Kurzzügen der Magnetschwebebahn stark reduziert.