ÖV der Zukunft Überall, jederzeit, nahtlos und komfortabel
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ETH Library ÖV der Zukunft Überall, jederzeit, nahtlos und komfortabel Presentation Author(s): Corman, Francesco ; Nold, Michael Publication date: 2022-02-03 Permanent link: https://doi.org/10.3929/ethz-b-000531133 Rights / license: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information, please consult the Terms of use.
DBAUG IVT TS
Prof. Dr. F. Corman
Professor for Transport Systems
öV der Zukunft: überall, jederzeit,
nahtlos und komfortabel
Prof. Dr. Francesco Corman, Michael Nold
Zu unseren Personen
Francesco Corman
Professor für Transport Systeme, Institut für Verkehrsplanung und Transportsysteme, seit 2017.
Studium der Informatikingenieurwissenschaften, sowie Management & Automation Ingenieurwissenschaften an
der Universität Roma TRE. Promotion in «Real-time Railway Traffic Management». Diverse Projekte in der
Forschung als Wissenschaftler sowie später als Assistenzprofessor und Senior Datenwissenschaftler in der
Industrie. Seit 2017 Professor für Transportsysteme am IVT mit den aktuellen Forschungsschwerpunkten:
Analytik, Optimierung und Überwachung von Transportsystemen, Öffentlicher Verkehr, Bahnnetze,
Logistiksysteme.
Michael Nold
Doktorand am Institut für Verkehrsplanung und Transportsysteme, seit 2019.
Studium des Maschinenbaus am KIT Karlsruhe. Mehrfach beurkundeter Erfinder. Bisherige Tätigkeiten
(Auswahl): Projektleitungen, Systemverantwortungsführung, Entwicklungsprojekte, Strategische Projekte sowie
Innovationsmanagement. Bisherige Eisenbahningenieurstätigkeitsfelder (Auswahl): Bremssysteme,
Fahrzeugbeschaffung, Fahrzeugleittechnik, Hilfsbetriebe, Prüfer- und Gutachtertätigkeiten,
Unfalluntersuchungen, Simulationen, Spezifikationen, Traktionssysteme, Zugsicherungssysteme, Zulassung &
Abnahmen.
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 2
Agenda
1. öV und Mobilität
2. Was ist öffentlicher Verkehr und was nicht
3. Einfluss der Stromversorgung auf die Mobilität
4. Neue Technologien und nahtloser Verkehr
5. Fazit
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 3
Die Rolle des öffentlichen Verkehrs auf die Mobilität
Mobilität: Bedeutung
Mobilität verursacht 40% der schweizerischen CO2 Emissionen (Europa: 24%; Welt: 16% GHG)
Mobilität benötigt 40% des gesamt schweizerischen Energiebedarfs
Bundesamt für Statistik (2021) Mobilität und verkehr: Panorama 2020
Bundesamt für Statistik (2017) Mobility and Transport Microcensus MTMC 2015 03.02.2022
DBAUG IVT TS F. Corman 5
SCCER (2020) white paper; OpenZH/covid (2021), Our World In Data (2021)
Mobilität: Bedeutung
Mobilität verursacht 40% der schweizerischen CO2 Emissionen (Europa: 24%; Welt: 16% GHG)
Mobilität benötigt 40% des gesamt schweizerischen Energiebedarfs
Normalized traffic
Bundesamt für Statistik (2021) Mobilität und verkehr: Panorama 2020
Bundesamt für Statistik (2017) Mobility and Transport Microcensus MTMC 2015
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SCCER (2020) white paper; OpenZH/covid (2021), Our World In Data (2021)
Öffentlicher Verkehr ist effizient
Der öV ist sehr effizient,
in Bezug auf Platz,
Energie und Kosten
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 7
Bike citizens; ARE
Öffentlicher Verkehr ist nachhaltig
Ziel 11 für nachhaltige Entwicklung, der Vereinten Nationen:
Städte und Siedlungen inklusiv, sicher, widerstandsfähig und
nachhaltig gestalten
11.2: Bis 2030 den Zugang zu sicheren, bezahlbaren, zugänglichen und
nachhaltigen Verkehrssystemen für alle ermöglichen und die Sicherheit im Strassenverkehr
verbessern, insbesondere durch den Ausbau des öffentlichen Verkehrs, mit besonderem
Augenmerk auf den Bedürfnissen von Menschen in prekären Situationen, Frauen, Kindern,
Menschen mit Behinderungen und älteren Menschen
Nachhaltige Verkehrssysteme Zugang zu einem hochwertigen öffentlichen Verkehrssystem
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 8
Bike citizens
Spezialisierung auf Infrastruktur und Fahrzeuge effizient, unflexibel
Begrenzte und langsam aufrüstbare Infrastrukturkapazität
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RhBSpezialisierung auf Infrastruktur und Fahrzeuge Leistungsfähig
Sehr effizient genutzt und sehr gute Dienstleistungsqualität!
Pünktlichkeit = Qualität
Dutch Railways NS (2018) Yearly report Leistung [Zug km per Bahnstrecke km]
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 10Zukünftige Herausforderungen
öV/ Bahn
51% Wachstum
20102040
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 11
Bundesamt für Raumentwicklung ARE (2018) Verkehrsperspektiven 2040Wünsche für den öffentlichen Verkehr
Kosten
Bitte nicht!
Leistung
(Komfort,
Geschwindigkeit,
Taktfrequenz,…)
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 12Wünschen für den Öffentlichen Verkehr
Kosten
Physikalische,
Bitte nicht! technologische
Grenzen
Leistung
(Komfort,
Technologie; Geschwindigkeit,
bessere Taktfrequenz,…)
Ressourcennutzung
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 13Was öffentlicher Verkehr ist - und was nicht
Öffentlicher Verkehr
Eine Meinung:
“I think public transport is painful. It sucks.
Why do you want to get on something with a lot of other people,
that doesn’t leave where you want it to leave,
doesn’t start where you want it to start,
doesn’t end where you want it to end?
And it doesn’t go all the time.”
(Elon Musk)
http://fortune.com/2017/12/16/elon-musk-public-transport/electrek.co
15Verbindung zweier Punkte
Annahmen und Problemdefinition
Betrachtung eines vereinfachten Falls mit folgenden Eigenschaften:
1. Die Nachfrage ist auf diese beiden Punkte konzentriert und komplett bekannt
2. Die Nachfrage findet nur zwischen den beiden Punkten statt
3. Die Reisezeit ist gegeben (durch technische Parameter eingeschränkt)
DBAUG IVT TS M. Nold 16Verbindung zweier Punkte
Verschiedene Lösungen
Die “Autolösung” Die “Taxilösung” Die “öV-Lösung”
Kosten Fahrzeugkosten Kosten pro gefahrenen Kilometer Kosten für die Fahrkarte
für den Fahrgast Führerausweiskosten
Parkgebühren
Reparaturkosten
Reisezeit Geschwindigkeit bei freier Fahrt Wartezeit Wartezeit
resultiert aus Stau Geschwindigkeit bei freier Fahrt Reisezeit
Parkplatzsuche Stau Verspätung
(Weg zur Haltestelle)
Verfügbarkeit Sehr hoch Abhängig von der Dienstleistung Abhängig vom Fahrplan, der
Taktfrequenz, den Betriebszeit, (der
Linienführung)
Weitere Aspekte • Die Nachfrage wird individuell • Die Nachfrage wird immer • Keine individuelle Bedienung der
bedient. noch individuell bedient Nachfrage
• Signifikanter Platzbedarf für die
Strassen und Parkplätze.
• Erzeugt signifikante externe
Kosten
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 17Der öffentliche Verkehr
Trade-off Beziehungen
• Die reale Nachfrage ist komplex und nicht auf zwei Punkte konzentriert.
• Die Nachfrage lässt sich mit Linien und Fahrplänen bedienen
• Der ÖV der Zukunft: überall, jederzeit, nahtlos und komfortabel
Wäre schon heute mit hohen Kosten bzw. Ressourcen möglich
Für eine effizientere Umsetzung braucht es neue Technologien und Lösungen
• Der öV ist, eine Kompromisslösung, welche aus Zielkonflikte und Trade-off Beziehungen resultiert, diese resultieren unter anderem
aus den Kosten bzw. Ressourcen und:
der räumlichen Verfügbarkeit
der zeitlichen Verfügbarkeit
der Taktfrequenz
der Fahrzeit
der Zuverlässigkeit
Zusätzlich wird die Ressource Energie immer wichtiger.
Diese Zielkonflikte lassen sich durch die Technik nicht komplett beseitigen, es lässt sich jedoch die Trade-off-Beziehung verbessern.
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 18[AMNH; negativespace]
Einfluss der
Stromversorgung
auf die Mobilität
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 19Einfluss der Stromversorgung auf den nahtlosen Verkehr
Übersicht
• Stromverbrauch
• Stromnetz
• Technische Ansätze & Lösungen
• Mögliche Zukunftsauswirkungen
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 20Stromverbrauch
Schweizweiter Stromverbrauch
• Der heutige schweizweite Stromverbrauch ist
jahreszeitabhängig und beträgt ungefähr
Schweizweit 56 TWh (Brutto 60 TWh)
davon:
öV-Anteil: 4.3 TWh
Haushaltsanteil: 18.5 TWh
• Mögliche Änderungen in den nächsten Jahren:
Reduktion durch effizientere Verbraucher und
Energiesparmassnahmen
Steigerung durch zusätzliche Verbraucher
und/oder eine höhere Konsumation
Steigerung durch die Elektrifizierung des
Strassenverkehrs
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 21Stromverbrauch
PKW Vollelektrifizierung Mittelwert dieser Wahrscheinlichkeitsverteilung bei:
15 bis 16 TWh pro Jahr
• Die Vollelektrifizierung des Strassenverkehres ist ein neuer
Stromverbraucher
• Prognosen zum Strombedarf des PKW-Verkehrs haben viele
ungewisse Einflussgrössen: ???
• Fahrzeugtyp (verstärkt sich der Trend zum SUV oder
gibt es eine Trendwende zu sparsameren PKWs)
• Fahrzeugkilometer & Fahrzeugauslastung
• Berücksichtigung der PKW-Heizung, Ladeverluste, etc.
• Fahrweise
Hinweis: Da die einzelnen Einflussgrössen sich teilweise um bis zu einem Faktor 2 Wahrscheinlichkeitsverteilung des zusätzlichen
unterscheiden, kann die Zukunft grundsätzlich schwer vorhergesagt werden. Teilweise schweizweiten Netto-Stromverbrauches durch
berücksichtigen Studien den Verbrauch für die Heizung/Klimatisierung sowie auch die
Ladeverluste nicht. Aus diesen Gründen können Prognosen zu sehr unterschiedlichen
eine Vollelektrifizierung der Schweizer PKWs,
Ergebnissen führen und ggf. in der Zukunft nicht oder anders eintreffen! wenn die Mobilitätsverhältnisse ähnlich bleiben
Eigene Berechnungen und Berücksichtigung verschiedener Szenarien,
basierend auf Daten des Bundesamtes für Statistik, Bundesamtes für
Raumentwicklung, ADAC, sowie 24 verschiedenen Fahrzeugherstellern.
Ein mögliches Bevölkerungswachstum wurde nicht berücksichtigt.
Durch PKW Elektrifizierung entsteht ein neuer Verbraucher, welcher das Netz belasten kann
(E-Busse und E-LKWs sind hier nicht berücksichtigt)
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 22Stromnetz
Allgemeine Aspekte
• Das Stromnetz ist aufgrund der Anforderungen in Höchstspannungsnetz
unterschiedliche Spannungsebenen mit 380 kV / 220 kV (50 Hz)
unterschiedlicher Leistungsfähigkeit aufgebaut.
• Der Ausbau zu einer leistungsfähigeren
Versorgung mit einem besseren Stromnetz ist nicht Überregionale Verteilernetze Bahnstromnetz
36 kV < Spannung < 220 kV (50 Hz) 132 kV (16.7 Hz )
so einfach und schnell umsetzbar. (teilweise auch 66 kV)
Regionale Verteilernetze Fahrleitung
1 kV ≤ Spannung ≤ 36 kV (50 Hz) zum Betreiben der
Züge
15 kV (16.7 Hz )
Bahnhof
Lokale Verteilernetze
Spannung < 1 kV (50 Hz) Ausgelegt für
kurzzeitige hohe
Laden im Wohngebiet Belastungen
Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (2021) Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen
BFE (2018) Elektrizitätsstatistik
SBB Energie (2022) Produktion
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 23Stromnetz Leistung
Netzbelastung Leistungsbezug
Unterschied
• Oberleitungsfahrzeuge beziehen kontinuierlich immer
wieder mehr oder weniger Leistung aus dem Netz.
Zeit
• Akkufahrzeuge beziehen beim Schnellladen so viel Rückspeisung
Leistung in einer so kurzen Zeit, wie möglich um gleich beim Bremsen
Schematischer vereinfachter Leistungsbezug von Oberleitungsfahrzeugen
wieder weiterfahren zu können.
Ladeleistung
Grössenordnung Schnellladen
• Eine SBB Thurbo S-Bahn mit 160 Sitzplätzen bezieht bis
1300 kW als Spitzenleistung
(Ein IC mit rund 1000 Sitzplätzen bezieht rund 7000 kW Spitzenleistung)
• Ein PKW bei einer Schnellladestation bezieht bis 350 kW
(geplant sind bis 450 kW)
Zeit
Schematischer vereinfachter Leistungsbezug von Akkufahrzeugen
• Für Busse gibt es Ladestationen mit 800 kW
Hinweis: Die Darstellungen sind nicht massstäblich dargestellt. Wenn ein Oberleitungsfahrzeug durch ein Akkufahrzeug
Spitzenleistung ersetzt werden würde, so müssten die roten Flächen ungefähr den orangenen Flächen abzüglich der grünen Flächen
entsprechen.
Autobild (2021) So steht es um das Schnellladen von Elektroautos in Deutschland
Porsche (2018) Ultra-Schnellladetechnologie für die Elektrofahrzeuge der Zukunft
Siemens (2019) SICHARGE UC Die flexible Lösung für die urbane Mobilität der Zukunft
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 24Ansatz & Lösung
Ansätze zur Belastungsreduktion (Verbrauch & Peaks)
Allgemein
• Ausbau des Gesamtsystems (Kraftwerke und Netz)
(Nicht so schnell und einfach möglich aufgrund der Kosten, Einsprüche, Umwelteinflüsse, beschränkte Machbarkeit, etc.)
Schienenverkehr
• Energiesparende Fahrweise
• Peak Reduktion durch Fahrplanoptimierungen
Akkubetriebener Strassenverkehr
• Powermanagement (bspw. durch: Spitzenglättung, Stromrationierung oder Drosselung)
(bspw. auf 5 kW)
• Netzabhängiger dynamischer Strompreis
(d.h. der Strompreis hängt von der aktuellen Netzsituation ab - In Extremsituationen gab Focus (2021) Drohende Überlastung der Stromnetze
Blick (2021) Nach dem Mega-Blackout gibts Mega-Rechnungen
es in der USA schon Preise von 9 $ pro kWh Das Aufladen eines 90 kWh Akku würde eFahrer (2021) Um Blackout zu verhindern - In diesem Land werden Ladesäulen einfach abgeschaltet
bei so einem Preis über 800 $ kosten) FAZ (2021) „Spitzenglättung“ Zwangsabschaltung bei Netzüberlastung
Focus (2021) Drohende Überlastung der Stromnetze
Focus (2021) Stromrationierung Drehen Scholz, Baerbock und Laschet E-Auto-Fahrern den Saft ab?
• Laden mit der Bahnstromversorgung Welt (2021) Spitzenglättung Drosselung statt Zwangs-Ladepausen für E-Autos
Blick (2021) Nach dem Mega-Blackout gibts Mega-Rechnungen
Dailymail (2022) Charging points for electric cars 'will be preset to turn off for NINE HOURS a day' Daily Mail Online
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 25Ansatz & Lösung 1
Energiesparende Fahrweise (1)
Optimierung des Geschwindigkeitsprofils zur Reduktion des Gesamtenergiebedarfs für eine Fahrt
Minimieren der Summe folgender Verluste
Energie pro Kilometer
pro Kilometer Fahrt:
• Fahrwiderstandsverluste
• Komponentenverluste
• (Komfortsystemverbraucher)
Komponenten - Hilfsbetriebe
(Kühlung, Kompressor, …)
Komfortsysteme
(Licht, Heizung, Klima, …)
Fahrwiderstand - Luft
Fahrwiderstand - Rollreibung
Geschwindigkeit
Komponenten - Traktionsstrang
(Motor, Trafo, Stromrichter, …) Qualitative Darstellung des Energieverbrauches pro Kilometer
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 26Ansatz & Lösung 1
Energiesparende Fahrweise (2)
Geschwindigkeit
Auswirkung
• Der Zug fährt nicht automatisch langsamer, aber auf einem
optimalen Fahrprofil
• Der Zug bleibt pünktlich
• Die Energieersparnis ist von der Fahrzeitreserve abhängig Weg
Qualitative schematische Beispieldarstellung (keine Simulation)
• Energieersparnis 0 bis 30 %
Mehr Informationen zu lesen in der Eisenbahn Revue 2/2022
Nold, Huggenberger, Corman (2022) Der Einfluss der Verluste in den Traktionskomponenten auf den Energieverbrauch von Zugfahrten
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 27Ansatz & Lösung 2
Peak Reduktion durch Fahrplanoptimierungen
Leistung
Ausgangssituation
• Im Netz treten immer wieder peak-artige Belastungen auf
Zeit
Ansatz
• Optimierung, welche verschiedene Züge in einem Netz so
koordiniert, dass die Leistungspeaks reduziert werden, indem
gezielte Leistungsdrosselung und Keine Drosselung
erforderlich
minimale Abfahrtszeitverzögerung eingeleitet werden.
Leistungs- Leistungs-
Drosselung Drosselung
Auswirkung
• Fahrplanänderungen im Sekundenbereich möglich
(teilweise 10 bis 30 Sekunden)
Minimale
• Deutliche Reduktion der Leistungsspitzen und Netzbelastung Abfahrtsverzögerung
(situationsabhängige Reduktion bis zu 50 %)
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 28Ansatz & Lösung 3
Laden durch die Bahnstromversorgung
Ausgangssituation
• Das Bahnstromnetz führt teilweise durch zentrale innerstädtische Bahnhof
Gebiete und ist erheblich leistungsfähiger als lokale Netze.
• Durch den Taktfahrplan und nächtliche Pausen, ist es zeitweise
ungenutzt. Der Verbrauch ist prognostizierbar.
Ansatz Leistung
• Nutzung der Zeitfenster, in denen das Bahnstromnetz ungenutzt ist
oder Züge bremsen, um damit Strassenfahrzeuge zu laden.
Auswirkung Zeit
• Ermöglicht deutlich höhere Ladeleistungen als lokale Verteilernetze Ladeleistung
• Minimale zusätzliche Frequenzumformverluste, wenn der Strom nicht
in einem Bahnstromkraftwerk erzeugt wurde.
Zeit
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 29Mögliche Zukunftsauswirkungen
Für die Mobilität durch die Stromversorgung
Schienenverkehr Akkubetriebener Strassenverkehr
• Netzfreundliche leistungspeakreduzierende • So lange der Akku für die Mobilitätsanforderung ausreicht, sind keine
und energiesparende Fahrweisen haben nur Mobilitätsauswirkungen zu erwarten.
geringe Einflüsse auf die Fahrzeit.
• Wenn ein Aufladen erforderlich ist, kann es sein, dass
• Das Bahnstromnetz hat das Potential dem Mobilitätsauswirkungen möglich sein können:
Strassenverkehr leistungsfähiges Laden zu Gibt es zeitweise längere Ladezeiten (bspw. durch eine
ermöglichen Spitzenglättung oder Drosselung)?
Gibt es zeitweise höhere Strompreise (dynamischer
Strompreis) und durch ggf. höhere Strompreise beim auswärts
Aufladen?
Ist das nur bei Langstreckenfahrten relevant?
Ist das nur bei niedrigen, sowie hohen Temperaturen
(Heizung/Klima), sowie bei schlechtem Wetter (erhöhter
ADAC (2021) Elektroautos im Winter Reichweitenverlust verringern ADAC
eFahrer (2021) Um Blackout zu verhindern - In diesem Land werden Ladesäulen einfach abgeschaltet
Fahrwiderstand), da dies die Reichweite des Akkus reduziert
FAZ (2021) „Spitzenglättung“ Zwangsabschaltung bei Netzüberlastung
Focus (2021) Drohende Überlastung der Stromnetze
(es ist möglich, dass ein E-Auto «unter bestimmten
Focus (2021) Stromrationierung Drehen Scholz, Baerbock und Laschet E-Auto-Fahrern den Saft ab?
Welt (2021) Spitzenglättung Drosselung statt Zwangs-Ladepausen für E-Autos
Verhältnissen» nur ungefähr die halbe Reichweite hat)
KronenZeitung (2021) E-Auto macht schon nach 120 Kilometern schlapp
Blick (2021) Nach dem Mega-Blackout gibts Mega-Rechnungen
relevant?
Blick (2021) Strom für das Elektroauto ist nur zu Hause garantiert günstiger als Sprit
Dailymail (2022) Charging points for electric cars 'will be preset to turn off for NINE HOURS a day' Daily Mail Online
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 30[AMNH; negativespace]
Neue Technologien und
nahtloser Verkehr
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 31Was sind die Transportsysteme der Zukunft?
Domenica del Corriere (1964) Prisma (1947) Disneyland TV (1958) Magic Highway
03.02.2022 32Vakuumzüge
Hyperloop, Swissmetro und ähnliche Systeme
• Bis 1200 km/h schnell
6 min: Zürich-Bern (heute: 56 min)
17 min: Stuttgart-München (heute: 133 min)
NZZ (2016) Die Swissmetro taucht wieder auf
Watson (2020) Bern nach Zürich in 6 Minuten «Hyperloop» absolviert bemannte Testfahrt
Wikipedia (2021) Hyperloop Spiegel (2018) Elon Musks Hyperloop
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 33Vakuumzüge
Eigenschaften
Allgemein
• Hohe Geschwindigkeit
• Hohe Investition
• Noch nicht ausreichend geklärt:
• Machbarkeit Allgemein
• Sicherheitsanforderungen / Evakuation
• Weichenverbindungen zur Netzbildung
• Geringes Transportvolumen
Hansen (2019) Hochgeschwindigkeitsverkehr in Vakuumröhren - Ist Hyperloop machbar?
Wenn das System machbar sein sollte und in der Schweiz eingeführt werden würde, wird es in der ganzen Schweiz
wahrscheinlich nicht mehr als 5 Haltestellen geben, wenn der Geschwindigkeitsvorteil dieses Systems genutzt werden
soll. In diesem Fall würden nur sehr wenige Personen einen umsteigefreien nahtlosen Zugang zu diesem System
haben. Kein nahtloser Verkehr
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 34Nahtloser Verkehr
Was ist als nahtloser Verkehr interpretierbar?
• Idealerweise umsteigefreie Tür-zu-Tür-Direktverbindungen.
• Wenn das Umsteigen erforderlich ist, kann dies als relativ nahtlos empfunden werden, wenn:
die Anschlussverbindungen gewährleistet werden,
die Wartezeiten kurz sind (aber nicht zu kurz),
gute Umsteigebeziehungen, mit kurzen möglichst barrierefreien Wegen, gegeben sind.
Das notwendige Umsteigen wird meistens nachteilhaft interpretiert, daher sind
umsteigefreie Verbindungen zu bevorzugen.
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 35Nahtloser Verkehr
Auswirkungen umsteigefreier Verbindungen
Allgemein
• Umsteigen wird in der Wissenschaft mit «interchange penalties» quantifiziert.
• Abhängig von der Person, der Region, dem Reisezweck, dem Verkehrsmittel und weiteren Faktoren, sind Fahrgäste bereit, längere
Verbindungen zu wählen um weniger häufig umzusteigen. Bspw.:
• Glasgow 8 min
• London 4 min
• Madrid 15 min Wardmann (2001) Interchange and Travel Choice Volume 1
Garcia-Martinez, Andres, Cascajo, Rocio, Jara-Diaz, Sergio R., Chowdhury, Subeh, Monzon, Andres, 2018. Transport. Res. A
• Zürich 15 min Marra (2021) Tracking Passengers to Analyse Travel Behaviour During Public Transport Disturbances
Beispiele:
Nachfragesteigerungen durch umsteigefreien Verkehr Steigerung
Umsteigefreie Verbindung vom Bayrischen Oberland zum +233 %
Münchener Hbf.
Karlsruher Modell Direktverbindung vom Umland ins Stadtzentrum +800 %
Direktverbindung: Freudenstadt – Stuttgart Hbf. +180 %
Citybahn Chemnitz Direktverbindung vom Umland ins +406 %
Stadtzentrum
Allianz pro Schiene, e.V., 2010. 15 Beispiele erfolgreicher Bahnen im Nahverkehr
Allianz pro Schiene, e.V., 2010. 15 Beispiele erfolgreicher Bahnen im Nahverkehr
AVG, 2015. Stadtbahn verbindet Stadt und Region - Eine Idee aus Karlsruhe setzt sich durch. Albtal-Verkehrs-Gesellschaft mbH, Karlsruhe.
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 36Nahtloser Verkehr
Beispiel: Zweisystemstadtbahn
Ausgangssituation
• Bahnhöfe liegen häufig 1 bis 2 km vom Ortszentren entfernt, sodass kein
nahtloser Verkehr möglich ist
Folgen:
Das Auto verwenden Unterwegs als Eisenbahn (Eigenes Foto, 2004)
Umsteigen in einen Bus oder eine Tram
Bauen eines teuren unterirdischen Innenstadtbahnhofes mit einer
Tunnelanbindung
Zu Fuss gehen
Bahnhof
Streckenende
Lösung Zweisystemstadtbahnen Verlängerung
als Tram Zentrum
Nahtlose Verbindung, indem die Eisenbahn/S-Bahn als Tram die Innerorts in Bad Wildbad (Eigenes Foto, 2008)
«letzte Meile» in die Innenstadt verlängert wird.
Zweisystemfahrzeuge sind eisenbahn- und strassenbahntauglich
(benötigt bspw. Ausrüstung für 15kV und 750 V, spezielle Radprofile, …)
In der Schweiz relativ unbekannt, im Ausland seit über 30 Jahren
etabliert
Bahnhof
Es wurden bspw. Nachfragesteigerung von 2000 auf 18000 Tram
Fahrgäste pro Tag erreicht Zentrum
AVG, 2015. Stadtbahn verbindet Stadt und Region - Eine Idee aus Karlsruhe setzt sich durch. Albtal-Verkehrs-Gesellschaft mbH, Karlsruhe.
Als Tram in Heilbronn (Eigenes Foto, 2004)
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 37Nahtloser Verkehr
Problem 5 min
11 min
Altstetten
Reise: Bern Wankdorf Zürich Altstetten
Reisezeit 91 min Zürich HB
Nutzbar zum Arbeiten < 56 min
2 mal Umsteigen
56 min
Direktzüge sind nicht möglich,
(die Trassen sind voll ausgelastet)
• Längere Fahrzeit
Wankdorf Reduziert die Fahrgastströme
5 min • Umsteigen
Reduziert die Fahrgastströme
Reduziert die nutzbare Arbeitszeit und den Komfort
Bern HB Nachteilhaft für Menschen mit körperlichen
14 min Einschränkungen
• Indirekte Fahrten
Erhöhen den Energieverbrauch
Erhöhen den Fahrzeugverschleiss
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 38Nahtloser Verkehr - Forschungsprojekt: Dynamisches Kuppeln
Konzept
Altstetten
Betriebskonzept
• Zug fährt als S-Bahn und hält an allen Haltestellen.
• Am Stadtrand wird während der Fahrt an den Zürich HB
Fernverkehrszug gekuppelt und gemeinsam mit diesem
auf dessen Trasse mitgefahren.
• Kurz vor dem Stadtrand wird dann während der Fahrt
abgekuppelt und dann als S-Bahn weitergefahren.
Vorteile
Wankdorf • Erheblich kürzere Fahrzeiten
• Erheblich bessere Nutzung der Streckenkapazität
• Umsteigefreier Direktzug
Reisezeit kann besser genutzt werden
Bern HB
Vorteilhaft für Menschen mit Gepäck und/oder
körperlichen Einschränkungen
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 39Nahtloser Verkehr - Forschungsprojekt: Dynamisches Kuppeln
Stand der Technik: ungekuppeltes Nachschieben
Schiebelok
Die Schiebelok trennt sich
(weil sie nach der Steigung
nicht mehr benötigt wird)
Im Einsatz mit der alten konventionellen
Zug- und Stossvorrichtung (Kupplung)
Über 100 Jahre beim «Slip Coach» Betrieb
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 40Nahtloser Verkehr - Forschungsprojekt: Dynamisches Kuppeln
Kupplungsunterstützungsvorrichtung
• Für verschiedene automatische Kupplungen vorgesehen
• Es ermöglicht unter anderem folgenden Funktionen:
Aktive Aufprallkompensation bei der Näherung der Schienenfahrzeuge
Zusammenhalten, Stabilisieren und Heranführen der Schienenfahrzeuge
während des An- und Abkupplungsvorganges während der Fahrt mit
einer konventionellen automatischen Kupplung
Modul
Magnet
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 41Nahtloser Verkehr - Forschungsprojekt: Dynamisches Kuppeln
Fahrzeiten: Bern Wankdorf - Zürich Altstetten
Heute An- und Abkuppeln während der Fahrt Abkuppeln während der Fahrt
Reisezeit 91 min (96 min) 59 min 80 min
Umsteigen 2 mal (1 mal) 0 mal 1 mal
davon Umsteigezeit 25 min (8 min) 0 min 14 min
Nold, Corman (2021) Dynamic train unit coupling and decoupling at cruising speed Systematic classification, operational potentials, and research agenda
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 42Nahtloser Verkehr - Forschungsprojekt: Dynamisches Kuppeln
Weitere Betriebskonzepte
Weitere Information zu dem Forschungsprojekt:
Nold, Corman (2021) Dynamic train unit coupling and decoupling at cruising speed Systematic classification, operational potentials, and research agenda
https://www.research-collection.ethz.ch/bitstream/handle/20.500.11850/473438/Nold_Corman_JRTPM_2021.pdf
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 43Nahtloser Verkehr
Umsetzungshürden (1)
Zweisystemstadtbahn (in den 1980er Jahren und Anfang der 1990er Jahre)
• Widersprach den Grundphilosophien der Eisenbahn, da dadurch eine Tram auf der Eisenbahn fährt.
Die Eisenbahn hat ein anderes Stromsystem, andere Radprofile, andere Fahrzeugbauweise,
andere Sicherheitssysteme, andere Betriebsverfahren und andere Normenwerke als Trams.
Damals gab es einen jahrelangen sehr aufwendigen Überzeugungs- und Zulassungsprozess, bis
dieses System erstmals eingeführt wurde.
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 44Nahtloser Verkehr
Umsetzungshürden
Dynamisches Kuppeln
• Widerspricht den Grundphilosophien der Eisenbahn, da die Eisenbahn im Blockabstand mit absoluten
Bremswegen fährt, sodass sich jeweils nur ein Zug in jedem Blockabschnitt befinden darf (beim An-
und Abkuppeln während der Fahrt sind kurzzeitig zwei Züge in einem Blockabschnitt).
Das Fahren im relativen Bremswegabstand wie es bspw. bei Trams, Bussen, PKWs gemacht wird, wird
bei der Eisenbahn üblicherweise nicht praktiziert.
Obwohl es vergleichbare Betriebsszenarien, wie das Slipping gab und heute das ungekuppelte
Nachschieben gibt, ist ein jahrelanger sehr aufwendiger Überzeugungs- und Zulassungsprozess
für ein dynamisches Kuppeln zu erwarten.
2sec. 2sec. 2sec. 2sec.
DBAUG IVT TS M. Nold 03.02.2022 45Fazit
ÖV der Zukunft: überall, jederzeit, nahtlos und komfortabel
Fazit
• Die Machbarkeit ist unter Inkaufnahme hoher Kosten meist gegeben. Die Frage ist aber: Wie viel darf etwas
kosten?
• Durch physikalische Einschränkungen ist aber auch nicht alles machbar.
• Einige Technologien sind eher weniger zu erwarten, obwohl sie aus der Presse bekannt sind (bspw. Hyperloop).
• Einige Technologien werden funktionieren, werden aber von der Gesellschaft nicht akzeptiert (bspw. dynamisches
Kuppeln).
• Einige Technologien, welche kommen, haben ungewisse und unbekannte Auswirkungen.
• Wahrscheinlich wird es viele kleine eher evolutionäre Änderungen geben.
• Einige bekannte Technologien lassen sich noch immer deutlich optimieren.
Der öffentliche Verkehr in Zürich schneidet in Vergleichsrankings immer sehr gut ab.
DBAUG IVT TS F. Corman 03.02.2022 47DBAUG IVT TS
Prof. Dr. F. Corman
Professor for Transport Systems
ÖV der Zukunft: überall, jederzeit,
nahtlos und komfortabel
Prof. Dr. Francesco Corman, Michael NoldProf. Dr. Francesco Corman Professor for Transport Systems Corman@ethz.ch ETH Zürich Institute for Transport Planning and Systems Stefano Franscini Platz 5 8093 Zürich Switzerland https://www.ivt.ethz.ch/
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