Feldversuch eHighway Schleswig-Holstein

Technik

Die Technik für den eHighway ist in mehreren Forschungsprojekten entwickelt worden. Die Entwickler haben sich allein in den ENUBA-Projekten fünf Jahre lang mit der Versorgung und dem Antrieb schwerer Nutzfahrzeuge mit elektrischer Energie beschäftigt und von 2010 bis 2015 die verschiedenen Bauteile und Systemkomponenten für den eHighway konstruiert.

So funktioniert der Antrieb

Die Energieversorgung des elektrisch betriebenen LKW (eLKW) erfolgt über eine Oberleitung, mit der der eLKW über Stromabnehmer verbunden werden kann. Die Stromabnehmer für den eHighway sind für das System eHighway neu entwickelt worden, hierzu wurde bahnbekannte Technik adaptiert und mit modernster Sensorik bestückt. Die auch Pantografen genannten Stromabnehmer sind über dem Führerhaus des LKW angebracht und nach Bedarf ausfahr- und absenkbar. Sie bestehen aus aktiv geführten Armen mit zwei Wippen (Plus- und Minuspol) die jeweils mit zwei Kohleschleifleisten für den Kontakt zur Oberleitung bestückt sind.

Sensoren am Fahrzeug überprüfen ständig, ob sich eine Fahrleitung über dem LKW befindet. Wird eine solche erkannt, können die Stromabnehmer selbst bei voller Geschwindigkeit angebügelt werden. Die Stromabnehmer pressen dann die Schleifleisten mit definiertem Druck gegen die Oberleitung.

Die Stromabnehmer sind auch seitlich beweglich und gleichen Bewegungen des eLKW innerhalb der Fahrspur automatisch aus. Sie sorgen außerdem dafür, dass die Schleifleisten gleichmäßig in Anspruch genommen werden. Verlässt der LKW die Spur, um beispielsweise zu überholen oder einem Hindernis auszuweichen, so trennen sich die Stromabnehmer automatisch von der Oberleitung und der Elektromotor des LKW wird übergangslos durch eine Batterie oder den Dieselmotor angetrieben.

Bremst der eLKW an der Oberleitung, so arbeitet der Elektromotor als Generator und nimmt die Bremsenergie wieder auf. Diese fließt entweder in die Fahrbatterie oder wird in die Oberleitung zurückgeführt. Hiermit können nun andere eLKW auf dem eHighway angetrieben werden oder der Strom fließt über einen Wechselrichter im Unterwerk zurück in das Stromnetz.

Die eLKW des Projekts FESH werden mit einem Hybridantrieb, bestehend aus Elektromotor, Dieselmotor und Batterie, ausgestattet sein. Die elektrische Energie aus der Oberleitung treibt im eLKW den Elektromotor an. Außerdem wird über den Strom aus der Oberleitung die Fahrbatterie geladen. Die Größe der Batterie und die Dauer der Ladung entscheiden über die Reichweite sofern der LKW auf einem Streckenabschnitt ohne Oberleitung fährt. Alternativ wird der Verbrennungsmotor zugeschaltet um über einen Generator den Elektromotor anzutreiben.

Das Oberleitungssystem

Die Oberleitungen des eHighways sind an der Oberleitungstechnik der Bahn entlehnt. Sie sind an bis zu zwölf Meter hohen Masten aufgehängt, die in regelmäßigen Abständen neben der Straße aufgestellt sind. Im Projekt FESH wird der Abstand zwischen den Masten ca. 60 Meter betragen. Die Masten verfügen über Querträger, die sogenannten Ausleger, an denen die Kettenwerke, bestehend aus Tragseilen, Hängern und den Fahrdrähten befestigt sind. Die Fahrdrähte werden in einer Höhe von 5,12 Metern geführt, können bei Brücken und Schilderbrücken jedoch abgesenkt werden. Sollte ein Bauwerk niedriger sein als 4,7 Meter, endet die Oberleitung vor dem Bauwerk und wird dahinter fortgeführt, um so die vorgeschriebene lichte Durchfahrtshöhe von 4,5 Metern zwischen Fahrbahnoberkante und Oberleitung einzuhalten.

Die Oberleitungen bestehen aus zwei Hochkettenwerken mit einem Abstand von 1,35 Metern zueinander, bei denen zwischen den durchhängenden Tragseilen und den gerade gespannten Fahrdrähten in Abständen von drei Metern sogenannte Hänger angebracht sind. Durch den kurzen Abstand dieser Hänger wird verhindert, dass bei einem Riss der aus einer hochfesten Kupfer-Magnesium-Legierung bestehenden Fahrdrähte, dessen Enden auf die Fahrbahn reichen.

Die Stromversorgung

Auf der gesamten Teststrecke werden aus Gründen der Spannungsstabilität und des Kurzschlussschutzes im Oberleitungsnetz drei Gleichrichterunterwerke benötigt. Die Unterwerke versorgen jeweils etwa zwei Kilometer der Oberleitungen an beiden Fahrtrichtungen mit Energie. Bei Reinfeld werden sie dazu an das Mittelspannungsnetz des Stromnetzbetreibers an 30 kV AC (Wechselspannung) angeschlossen. Das Oberleitungssystem selbst wird mit einer Nennspannung von 600 V DC (Gleichspannung) betrieben. Der Innenraum ist in einen Traforaum für die Umwandlung der Mittelspannung in Niederspannung und einen Schaltanlagenraum, in dem diese auch gleichgerichtet wird, aufgeteilt.

Derartige Gleichrichterunterwerke sind grundsätzlich Standardlösungen, die in der Gleichstromversorgung von Straßen- und Stadtbahnen, Trolleybussen oder Metros seit Jahrzehnten in ähnlicher Form verwendet werden. Die Gleichrichterunterwerke werden in der Nähe der Strecke in Containern errichtet, die optisch ansprechend verkleidet werden können.

Der Strom, den die eLKW über die Oberleitung nutzen, kommt auch aus regenerativer Erzeugung – der genaue Anteil hängt vom Strommix des Stromlieferanten ab. Das Land Schleswig-Holstein bietet sich besonders als Standort für ein eHighway-Projekt an, weil hier sehr viel Windstrom produziert wird und Oberleitungs-Güterverkehr künftig dazu beitragen soll, regenerativen Strom vor Ort zu verbrauchen. Ziel ist es, dass Wind-, Biomasse- und Photovoltaik-Anlagen wegen Netzengpässen weniger häufig abgeschaltet werden müssen.