DE102011121162A1

DE102011121162A1 - Verfahren zum optimierten Betreiben eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs auf einer vorgegebenen Strecke

Info

Publication number: DE102011121162A1
Application number: DE102011121162A
Authority: DE
Inventors: Roland Porsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-20
Also published as: US20140365047A1; US9358993B2; EP2773548A2; RU2587126C1; WO2013087832A3; CN103998320B; WO2013087832A2; BR112014014429A2; CN103998320A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optimierten Betreiben eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs auf einer vorgegebenen Strecke. Um das bekannte Verfahren nach weiter zu optimieren, werden die Kosten der in die Strecke eingespeisten elektrischen Energie und/oder die Umweltbelastung bei der Erzeugung der in die Strecke eingespeisten elektrischen Energie erfasst. Es wird das Bereiben des Schienenfahrzeugs auf der Strecke unter Berücksichtigung der Hohe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optimierten Betreiben eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs auf einer vorgegebenen Strecke.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der Dissertation „Optimierung von Fahrweisen im spurgeführten Verkehr und deren Umsetzung", Berlin 2004 von U. Linder bekannt (insbesondere Seite iii sowie Seiten 47 bis 53). Danach lässt sich eine optimale energiesparsame Fahrweise durch Lösen eines mathematischen Optimierungsproblems erreichen, wobei bestimmte Randbedingungen zu berücksichtigen sind. Zu den Randbedingungen gehören die Topografie der Strecke, die Höchstgeschwindigkeit auf der Strecke, die Fahrzeugdaten, die Streckenbelegung sowie der Fahrplan. Die energiesparsame Fahrweise wird beispielsweise online mittels eines Bordrechners des Schienenfahrzeugs anhand eines Algorithmus ermittelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren noch weiter zu optimieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß die Kosten der in die Strecke eingespeisten elektrischen Energie und/oder die Umweltbelastung bei der Erzeugung der in die Strecke eingespeisten elektrischen Energie erfasst, und es wird das Betreiben des Schienenfahrzeugs auf der Strecke unter Berücksichtigung der Höhe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke durchgeführt wird.
Die Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, das Betreiben eines Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Energiekosten und die Umweltbelastung beim Befahren der jeweils vorgegebenen Strecke zu optimieren bzw. bei der Optimierung die Energiekosten und die Umweltbelastung mit zu berücksichtigen. Erfahrungsgemäß sind nämlich die Energiekosten auf den verschiedenen Strecken eines Schienennetzes nicht überall gleich hoch, sondern davon abhängig, welcher Energieversorger die jeweilige Strecke mit elektrischer Energie versorgt. Die verschiedenen Energieversorger belasten auch die Umwelt unterschiedlich stark.
Beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Energiekosten und die Umweltbelastung in verschiedner Hinsicht optimiert werden. So wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs auf der Strecke unter Berücksichtigung der Höhe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke eingestellt wird. Somit ergibt sich die Möglichkeit, auf energetisch preiswerten Strecken relativ schnell unter Schaffung einer Zeitreserve zu fahren und auf energetisch teuren Strecken durch relativ langsames und damit relativ kostengünstiges Fahren unter Einhaltung des Fahrplans die gewonnene Zeitreserve aufzubrauchen.
Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, wenn eine Klimaanlage des Schienenfahrzeugs beim Befahren der Strecke im vorgegebenen Temperaturbereich unter Berücksichtigung der Höhe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke betrieben wird. Ist die gerade befahrene Strecke energetisch günstig, dann wird bei hohen Außentemperaturen möglichst bis an die untere Temperaturgrenze heran gekühlt, während bei niedrigen Außentemperaturen bis an die obere Temperaturgrenze heran geheizt wird. Wird anschließend eine energetisch ungünstige Strecke befahren, dann kann umgekehrt bei hohen Außentemperaturen die obere Temperaturgrenze und bei niedrigen Außentemperaturen die untere Temperaturgrenze berücksichtigt werden, wobei zusätzlich eine Wärmereserve bzw. eine Kühlreserve aufgebracht wird.
Ferner ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen Energiespeicher des Schienenfahrzeugs beim Befahren der Strecke unter Berücksichtigung der Höhe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke aufzuladen. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie, bei niedrigen Energiekosten auf der Strecke aufgeladen, um später auf energetisch ungünstigen Strecken Energie entnehmen zu können.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren auch insofern, als mit ihm ergänzend zur Energiekostenoptimierung oder alternativ dazu auch umweltschonend ein Schienenfahrzeug auf einer Strecke betrieben werden kann, indem die Umweltbelastung berücksichtigt wird, die bei der Erzeugung der in die jeweilige Strecke eingespeisten elektrischen Energie hervorgerufen wird. Es ist nämlich bekannt, welche Umweltbelastung durch den in die jeweilige Strecke einspeisenden Energieversorger verursacht wird. Durch relativ langsames Fahren auf einer mit stark umweltbelastend erzeugten elektrischen Energie versorgten Strecke kann hier der Stromverbrauch gesenkt werden; auf einer Strecke, die mit beispielsweise aus Wasserkraft erzeugter elektrischer Energie gespeist ist, kann dann schneller mit höherem Energieverbrauch gefahren, um den Zeitverlust zu kompensieren und den Fahrplan einzuhalten. Entsprechendes gilt hinsichtlich des Betreibens einer Klimaanlage oder des Ladens eines Energiespeichers in Bezug auf die Umweltbelastung auf verschiedenen Strecken.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kosten für die elektrische Energie unter Berücksichtigung zeitabhängiger Änderungen der Energiekosten erfasst. Die Energiekosten können nämlich tageszeitlich, monatlich oder jahreszeitlich unterschiedlich sein.
Zur praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Kosten und/oder die Umweltbelastung als Optimierungsziele mit Gewichtung außer anderen Optimierungszielen in einer Datenverarbeitungseinrichtung als Vektor gespeichert werden und ausgewählt wird, welches Optimierungsziel primär berücksichtigt werden soll.
Dabei kann in vorteilhafter Weise als Datenverarbeitungseinrichtung eine schienenfahrzeugeigene Rechnereinheit verwendet werden.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, als Datenverarbeitungseinrichtung einen stationären Rechner mit einem Informationsübertragungsweg zum Schienenfahrzeug zu verwenden.
Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Datenverarbeitungseinrichtung verwendet, in deren Speicher ein Vektor abgelegt ist. In diesem Vektor sind verschiedene Optimierungsziele und deren Gewichtung gespeichert. Ein gespeichertes Optimierungsziel kann in bekannter Weise ein minimaler Energieverbrauch sein. Ein weiteres Optimierungsziel sind minimale Energiekosten und minimale Umweltbelastung, beispielsweise minimaler CO2-Ausstoß. Zusätzlich können gegebenenfalls auch Optimierungsziele gespeichert werden, die Fahrgastbelange betreffen.
Während der Fahrt wird aus dem Vektor ausgewählt, auf welches Optimierungsziel hin jeweils optimiert werden soll. Dabei kann die Auswahl des jeweiligen Optimierungsziels mittels einer schienenfahrzeugeigenen Rechnereinheit durch einen befugten Bediener oder durch ein Kommando von einem stationären Rechner aus erfolgen.
Die Optimierungsziele minimale Energiekosten und minimale Umweltbelastung sind von der Höhe der Kasten für die in die jeweils befahrene Strecke eingespeisten elektrischen Energie und der Umweltbelastung abhängig, die bei der Erzeugung dieser elektrischen Energie hervorgerufen wird. Dies ist in der Regel bekannt.
Durchfährt das Schienenfahrzeug eine Strecke mit niedrigen Energiekosten dann wird zur Erzielung geringer Energiekosten mit einer vergleichweise hohen Geschwindigkeit unter Inkaufnahme eines relativ hohen Energieverbrauchs gefahren, wenn nachfolgend zu befahrene Strecken hohe Energiekosten verursachen. Auf den Strecken mit hohen Energiekosten kann dann relativ langsam mit relativ geringem Energieverbrauch gefahren werden. Auf diese Weise kann auf der zunächst befahrenen Strecke eine Zeitreserve aufgebaut werden, die anschließend auf den energieteuren Strecken aufgebraucht wird; der Fahrplan kann trotzdem eingehalten werden, und die Energiekosten sind optimal niedrig.
Soll als Optimierungsziel die Umweltbelastung möglichst klein gehalten werden, dann wird auf einer Strecke mit Einspeisung umweltbelastend erzeugter elektrischer Energie beispielsweise aus Braunkohle vergleichsweise langsam mit geringem Energieverbrauch unter Inkaufnahme eines Zeitrückstandes gefahren. Anschließend befahrene Strecken mit Einspeisung unweltfreundlich erzeugter elektrischer Energie, z. B. aus Wasserkraft, werden relativ schnell durchfahren, wodurch der Zeitrückstand aufgeholt und der Fahrplan eingehalten wird. Insgesamt ergibt sich damit ein optimal umweltschonender Betrieb eines elektrischen Schienenfahrzeugs.
Beim Betreiben einer Klimaanlage des Schienenfahrzeugs wird ebenfalls energiekostenoptimal vorgegangen, indem auf energetisch teuren Strecken die Klimaanlage unter Ausschöpfung eines vorgegebenen Temperaturbereich bei hohen Außentemperaturen vergleichsweise wenig gekühlt bzw. bei niedrigen Außentemperaturen relativ wenig geheizt und jeweils eine Wärme- bzw. Kühlreserve in eine nachfolgende Strecke mit relativ geringen Energiekosten übernommen wird. Dabei können zusätzlich Umweltbelange, wie Erzeugungsart der eingespeisten elektrischen Energie, Berücksichtigung finden.
Entsprechendes gilt für das Laden eines Energiespeichers des Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit von den Energiekosten für die jeweilige Strecke bzw. von der Umweltbelastung, die bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die jeweilige Strecke auftritt.
Niedrige Energiekosten und umweltschonendes Betreiben von Schienenfahrzeugen werden sich zukünftig vor allem bei einem europäischen, grenzüberschreitenden Schienenverkehr erreichen lassen, weil aus sehr verschiedenen Energieversorgungsnetzen in die Strecken in den verschiedenen Ländern elektrische Energie eingespeist wird.
Zum Erreichen der oben beschriebenen Optimierungsziele sind selbstverständlich Streckendaten notwendig, die als Parameter wie Steigung, Gefälle, Kurvenradien, Tunnelwiderstände, usw. zu berücksichtigen sind. Für die Optimierung der Energiekosten werden die Kosten in Währungseinheiten und für die Optimierung der Umweltbelastung wird die Zusammensetzung der eingespeisten elektrischen Energie nach ihrem jeweiligen Anteil im Hinblick auf den CO2-Ausstoß bei der Erzeugung dieser Anteile benutzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Optimierung von Fahrweisen im spurgeführten Verkehr und deren Umsetzung”, Berlin 2004 von U. Linder bekannt (insbesondere Seite iii sowie Seiten 47 bis 53) [0002]

Claims

Verfahren zum optimierten Betreiben eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs auf einer vorgegebenen Strecke, dadurch gekennzeichnet, dass die Kosten der in die Strecke eingespeisten elektrischen Energie und/oder die Umweltbelastung bei der Erzeugung der in die Strecke eingespeisten elektrischen Energie erfasst werden und das Betreiben des Schienenfahrzeugs auf der Strecke unter Berücksichtigung der Höhe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs auf der Strecke unter Berücksichtigung der Höhe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke eingestellt wird
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klimaanlage des Schienenfahrzeugs beim Befahren der Strecke im vorgegebenen Temperaturbereich unter Berücksichtigung der Höhe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeicher des Schienenfahrzeugs beim Befahren der Strecke unter Berücksichtigung der Höhe der Kosten der elektrischen Energie und/oder der Umweltbelastung bei der Erzeugung der elektrischen Energie für die Strecke geladen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kosten für die elektrische Energie unter Berücksichtigung zeitabhängiger Änderungen erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kosten und/oder die Umweltbelastung als Optimierungsziele mit Gewichtung außer anderen Optimierungszielen in einer Datenverarbeitungseinrichtung als Vektor gespeichert werden und ausgewählt wird, welches Optimierungsziel berücksichtigt werden soll.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Datenverarbeitungseinrichtung eine schienenfahrzeugeigene Rechnereinheit verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Datenverarbeitungseinrichtung ein stationärer Rechner mit einem Informationsübertragungsweg zum Schienenfahrzeug verwendet wird.