Neben Gleichstrombahnen können zudem Vollbahnen (15 kV, 16,7 Hz) über Mittelspannungsgleichstromnetze effizient mit Energie versorgt werden. In diesem Fall müsste an den entsprechenden Einspeisepunkten lediglich ein einphasiger Wechselrichter zur Erzeugung der Fahrdrahtspannung installiert werden. Bei einer zusätzlichen Anpassung des Spannungsniveaus wird durch den Einsatz einer DAB, wie in Bild 3 zu sehen ist, zusätzlich die galvanische Trennung zwischen Fahrdraht und Versorgungsnetz sichergestellt.
Bei der Energieversorgung von Vollbahnen können somit durch die Gleichstromtechnologie ebenfalls Kosten und Verluste reduziert werden. Aufgrund der Möglichkeit eines bidirektionalen Leistungsflusses kann zudem die Bremsenergie in das speisende Gleichspannungsnetz zurückgeführt werden.
Ergebnis, Zusammenfassung, Ausblick
Durch den Einsatz von hocheffizienten gleichspannungsgespeisten Unterwerken werden Verluste und somit auch Kosten reduziert. Da die galvanische Trennung in den Gleichstromwandlern mit Mittelfrequenztransformatoren (ca. 1 – 10 kHz) sichergestellt wird, können durch die kompaktere Bauform gegenüber 50 Hz- und 16,7 Hz-Transformatoren Material und Kosten eingespart werden. Somit lassen sich die Anschaffungskosten für die Netzanbindung von Vollbahnen (15 kV, 16,7 Hz) um ca. 34 % reduzieren. Weiterhin lassen sich aufgrund der höheren Effizienz von ca. 1,8 % Einspeiseverluste gegenüber dem klassischen Konzept reduzieren und Leerlaufverluste nahezu eliminieren.
Die Netzanbindungskosten von Gleichstrombahnen sind momentan bei der Energieversorgung durch Gleichstromnetze ca. 70 % höher. Die höheren Kosten eines gleichspannungsgespeisten Unterwerks werden jedoch über die Lebensdauer des Unterwerks durch die um ca. 2,2 % höhere Effizienz im Nennarbeitspunkt und durch die nahezu vollständig eliminierten Leerlaufverluste, sowie durch die optimale Nutzung der rückgespeisten Bremsenergie kompensiert. Darüber hinaus wird der Anschluss und Betrieb von Ladestationen, Energiespeichern und regenerativen Energiequellen simpler, effizienter und robuster.
Referenzen
[1] R. D. White. “DC electrification supply system design”. Railway Electrification Infrastructure and Systems (REIS 2013), 6th IET Professional Development Course on. 2013, pp. 57–85.
[2] R. W. de Doncker. “Power electronic technologies for flexible DC distribution grids”. Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014 - ECCE-ASIA), 2014 International. 2014, pp. 736–743.