H₂Rail: Hydrogen Powered Railway Laboratory
Das Forschungsvorhaben H2Rail ist ein Transfer-to-Industry Projekt, das den Antriebsstrang einer wasserstoffbetriebenen Lokomotive, bestehend aus Batterien und Brennstoffzellen, realitätsnah untersucht. Verschiedene Brennstoffzellen- und Batteriekonfigurationen sowie neue Prototypen für das Energiemanagement können direkt im Zug implementiert und in Echtzeit getestet werden, etwa unter simulierten Klimazonen oder Steigungsprofilen.
H₂Rail verbindet echte Hardware mit einer simulierten Umgebung und macht damit etwas möglich, was ansonsten nur mit kostspieligem Lernen durch Versuch und Irrtum ginge: Die Erprobung der ersten wasserstoffbetriebenen Lokomotive. Was uns bei diesem Thema am meisten interessiert, ist das Zusammenspiel der Vielzahl an Brennstoffzellen und Batterien auf dem Fahrzeug, während es lange Strecken zurücklegt und dabei verschiedenste Klimazonen und Steigungen befährt.
Insgesamt sechs Brennstoffzellensysteme werden installiert, für einen Triebzug reicht im Normalfall eines, und zur Vervollständigung der Energieversorgung werden drei Batteriesysteme hinzugefügt. Dieses hybride Antriebskonzept erreicht die Systemleistung einer modernen Diesellokomotive, und genau die gilt es in Zukunft zu ersetzen.
Der H₂Rail-Anlage ist es dann möglich, wasserstoffbetriebene Schienenfahrzeuge auf Herz und Nieren zu untersuchen. Verschiedene Konfigurationen von Brennstoffzellen und Batterien sind ebenso denkbar wie die Untersuchung neuartiger Prototypen. Da der gesamte Antriebsstrang und auch das Fahrprofil vollständig in Echtzeit simuliert wird, sind Testfahrten quer über fremde Kontinente kein Problem mehr. Auch extreme Klimazonen, die vor allem Batterien stark zusetzen, können ganz einfach nachgebildet werden. Am Ende leistet H₂Rail einen Beitrag zur Verkehrswende, einem integralen Bestandteil der Energiewende, sobald die erste Wasserstofflok auf der Schiene steht.
„Mit H₂Rail beschreiten wir bisher noch unbekanntes Gebiet: Wasserstoffbetriebene Lokomotiven, mit echten Brennstoffzellen und einem simulierten Antriebsstrang. Power Hardware-in-the-Loop macht’s möglich!“
Vor Ort produzierter Wasserstoff aus experimenteller Elektrolyse wird über eine Pipeline zum H₂Rail-Versuchsfeld transportiert und vor Ort verdichtet. Bei einem hohen Druck von 350 bar lagert dieser Treibstoff dann, wie auf der Lokomotive, in Kohlefasertanks (Typ IV).
Die sechs Brennstoffzellensysteme mit jeweils 200 kW Ausgangsleistung können aus diesem Tank gleichzeitig versorgt werden und speisen elektrische Energie in einen DC-Zwischenkreis ein. Die drei Batteriesysteme mit jeweils 600 kW Systemleistung sind ebenfalls mit diesem Zwischenkreis verbunden, um zusätzliche Energie zum Beschleunigen zu liefern und die Bremsenergie zurückzugewinnen.
Durch unterirdische Kabel ist der DC-Zwischenkreis mit der Power Hardware-in-the-Loop Anlage im SEnSSiCC-Gebäude des Energy Lab verbunden, wo das gesamte Eisenbahnfahrzeug in Echtzeit simuliert wird.
AppLHy
AppLHy erforscht, wie flüssiger Wasserstoff bereitgestellt, gespeichert und genutzt werden kann, auch in Verbindung mit supraleitenden Bauteilen und Antrieben.
AEMflex
AEMflex entwickelt und validiert einen modularen 200 kW AEM-Elektrolyseur für die flexible, effiziente und netznahe Produktion von grünem Wasserstoff unter realitätsnahen Bedingungen.
H₂-in-the-Loop
H₂-in-the-Loop testet wasserstoffbetriebene Hardware unter simulierten Stromnetzbedingungen, um technische Fehler früher und realitätsnäher zu erkennen.
