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Mutter mit Kind im Hybridbus
So lässt sich Bremsenergie nutzen

Brake-Energy-Anlagen und ihr Einsatz im ÖPNV

Wer bremst, verliert? Zumindest mit Blick auf den öffentlichen Nahverkehr ist diese Weisheit längst überholt. Denn: Wenn Busse und Bahnen bremsen, wird Energie freigesetzt, die durch smarte Technologien in elektrische Energie zurückverwandelt und weiter genutzt werden kann. Die sogenannte Rekuperation hält den Energiehunger im Verkehrssektor in Schach und schont die Umwelt.

Sie gehören zu den klimafreundlichen Fortbewegungsmitteln, benötigen aber trotzdem jede Menge Energie: Öffentliche Verkehrsmittel wie Bus und Bahn haben einen großen Strombedarf – allein in der Hauptstadt zum Beispiel rund 450 Gigawattstunden Strom pro Jahr, wie die Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) beispielhaft berechnet haben. Um Energie im öffentlichen Nahverkehr einzusparen, wird deshalb vielerorts an neuen Technologien wie den sogenannten Brake-Energy-Anlagen gearbeitet. Für den ÖPNV der Zukunft spielt die Rückgewinnung und Nutzung von Bremsenergie eine wichtige Rolle.

Was bedeutet Rekuperation?

Der Begriff „Rekuperation“ bezeichnet die Rückgewinnung von Bremsenergie. Egal, ob mechanische oder elektrische Energie – bei der Rekuperation geht es immer darum, Strom zu recyceln. Das heißt, Energie, die sonst wirkungslos in Wärme umgewandelt werden würde, kann zurückgewonnen und wiederverwendet werden.

Nachhaltigerer ÖPNV

Wie sich moderne Brake-Energy-Anlagen einsetzen lassen, zeigt unter anderem die Deutsche Bahn, die ihre elektrischen Züge bereits mit einer sogenannten Bremsenergierückspeisung ausgestattet hat. Das heißt, die Motoren der Züge arbeiten bei jedem Bremsvorgang als Generatoren und wandeln auf diese Weise Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Diese wird zurück in die Oberleitungen geführt und kann von anderen Zügen genutzt werden. Das zahlt sich aus: Laut Angaben der Deutschen Bahn spart ein ICE dadurch pro Jahr so viel Strom, wie rund 320.000 Vierpersonenhaushalte zusammen verbrauchen.

Auch der Energiebedarf anderer Antriebssysteme kann durch die Nutzung von Bremsenergie reduziert werden. Gerade im Stadtverkehr, in dem häufig gebremst wird, ist die Energierückgewinnung überaus sinnvoll und effektiv, wie die folgenden Beispiele zeigen.

Wie kann der ÖPNV noch nachhaltiger werden?

In Köln wird die Bremsenergie der Stadtbahnen ebenfalls für andere Bahnen nutzbar gemacht. Dank kurzer Haltestellenabstände und häufiger Bremsvorgänge lässt sich auf diese Weise viel Fahrstrom erhalten. Im Durchschnitt werden laut der Kölner Verkehrs-Betriebe (KVB) rund 40 Prozent der für den Fahrbetrieb eingespeisten Energie als Bremsenergie zurückgewonnen.

Auch für die Speicherung von überschüssigem Strom, der nicht direkt für den Antrieb einer anderen Bahn genutzt werden kann, gibt es in Köln bereits eine Lösung. Die KVB haben eine „Multimodale Lademodul-Integration“ (MuLI) aufgebaut, die an der Stadtbahn-Endhaltestelle Bocklemünd steht. Der stationäre Speicher besteht aus 500 gebrauchten Hochvolt-Batteriezellen von Elektroautos. Diese ermöglichen es, die gewonnene Energie aus dem elektrischen Straßenverkehr zu speichern und auch zu einem späteren Zeitpunkt noch für die Ladung von E-Autos und E-Bussen zur Verfügung zu stellen. Die Speicherung von Energie ist nicht nur interessant, wenn es darum geht, Bremsenergie zu nutzen, sondern bei allen Formen von erneuerbaren Energien. Mehr dazu erfahren Sie in unserem Beitrag „Wie Batteriespeicher die Energiewende sichern“.

Bremsenergie speichern mit Brake-Energy-Anlagen

Zu kleinen Kraftwerken haben sich die Schienenfahrzeuge auch im Wiener Verkehrsnetz verwandelt: Ihre Bremsenergie fließt ins Gleichstromnetz zurück. Im Fokus steht dabei der Austausch der Energie zwischen den bremsenden und den anfahrenden Bahnen.

Anders als in Köln wird überschüssiger Strom, der nicht sofort genutzt werden kann, über Brake-Energy-Anlagen in das Wechselstromnetz der Wiener Linien eingespeist. Diese Anlagen befinden sich an insgesamt vier U-Bahn-Stationen und versorgen Rolltreppen, Aufzüge oder die Beleuchtung in den Stationen mit dem gespeicherten Strom. Ganz nach dem Prinzip: Je mehr Energie recycelt werden kann, desto weniger muss neu erzeugt werden. Laut den Wiener Linien lassen sich im U-Bahn-Netz jährlich rund drei Gigawattstunden Strom „erbremsen“. In Kombination mit dem Projekt Brake-Energy gelingt es, diesen Strom auch zu einem späteren Zeitpunkt noch weiter zu nutzen und die Zukunft des ÖPNVs nachhaltiger zu gestalten.

Rolltreppen als Energie-Kraftwerke

Gleich 770 Rolltreppen betreiben die Stadtwerke München für die U-Bahn-Stationen in der bayerischen Landeshauptstadt. Hier wird viel Energie benötigt, gleichzeitig wird beim Abwärtsfahren der Rolltreppen auch eine große Menge Bremsenergie freigesetzt. Um diese zurück ins Netz zu leiten und weiter nutzen zu können, wurden sogenannte Matrix-Konverter an den Rolltreppen installiert. Die zurückgewonnene Energie steht jetzt für die Beleuchtung der U-Bahn-Stationen zur Verfügung.

Blick auf eine Rolltreppe auf dem Bahnsteig der Münchener U-Bahn-Station Olympia-Einkaufszentrum
Wegweisend: Die Stadtwerke München installierten sogenannte Matrix-Konverter an den Rolltreppen ihrer U-Bahn-Stationen. Diese leiten die beim Abwärtsfahren der beweglichen Stufen freigesetzte Bremsenergie zurück ins Netz. Mit der so gewonnenen Energie werden nun die U-Bahn-Stationen beleuchtet.

So geht klimafreundlicher Verkehr

Der verantwortungsvolle und effiziente Umgang mit Energie spielt auch für die ÜSTRA Hannoverschen Verkehrsbetriebe eine wichtige Rolle. „Wir haben bereits 2008 mit Hybridbussen angefangen und besaßen zeitweise die größte Hybridbusflotte Europas“, sagt Heiko Rehberg, Pressesprecher der ÜSTRA. Die Hybridbusse sind mit einem Diesel- und zwei Elektromotoren ausgestattet. Durch die Kombination der beiden Antriebstechnologien muss der Dieselmotor nicht auf voller Leistung laufen. Zudem wird beim Bremsen Energie erzeugt, die auf dem Dach des Busses in einer Spezialbatterie gespeichert und den Elektromotoren wieder zur Verfügung gestellt wird. Dadurch sparen die Hybridbusse laut ÜSTRA rund 15 Prozent Sprit – mit Blick auf die gefahrenen Kilometer pro Jahr ist dies ein wichtiger Beitrag auf dem Weg zu einem umweltfreundlicheren Nahverkehr.

Ein Hybridbus der hannoverschen Verkehrsbetriebe ÜSTRA fährt eine Straße in Hannover entlang
Auch die Hybridbusse der ÜSTRA nutzen die Energie, die beim Bremsen erzeugt wird: Eine auf dem Dach der Busse installierte Spezialbatterie speichert sie und stellt sie den Elektromotoren wieder zur Verfügung.

Die Hybridtechnologie betrachtete man bei ÜSTRA jedoch von Beginn an nur als Übergangslösung und als Vorbereitung auf die Einführung des E-Busses. „Die E-Busse der ÜSTRA fahren mit 100 Prozent CO2-freiem Ökostrom und haben eine Reichweite von rund 120 Kilometern ohne Nachladung“, so Rehberg. Allein in diesem Jahr bekommt die Flotte 44 neue Busse, davon 29 reine Elektrobusse. „Ein attraktiver Nahverkehr braucht moderne Fahrzeuge. Durch die ausschließliche Anschaffung von Elektro- und Hybridbussen sind ÜSTRA und regiobus besonders klimafreundlich unterwegs“, sagt Ulf-Birger Franz, Geschäftsführer des Verkehrsverbundes Großraum-Verkehr Hannover (GVH) und ÜSTRA-Aufsichtsratsvorsitzender.

Seit Anfang 2015 fahren auch die Stadtbahnen der ÜSTRA mit 100 Prozent emissionsfreiem Strom aus regenerativen Energiequellen von enercity. Zudem erzeugen die Bahnen beim Abbremsen ebenfalls Strom. Wenn drei Stadtbahnen bremsen, kann eine vierte mit dieser Energie direkt anfahren, sofern sie sich im gleichen Streckenabschnitt befindet. Ansonsten kann die gewonnene Energie mithilfe eines Schwungradspeichers zwischengespeichert werden. Das funktioniert, indem der Schwungradspeicher den Strom in kinetische Energie umwandelt. Der Strom kann dann bei Bedarf mit nur geringen Verlusten zurück ins Netz geleitet und von den Stadtbahnen zum Anfahren genutzt werden. Zusätzlich soll der von den Stadtbahnen generatorisch erzeugte und wieder eingespeiste Bremsstrom von den Elektrobussen genutzt werden.

13. Juli 2022
Elektromobilität
Klimaschutz
Hannover

Text: Wiebke Knoche. Fotos: Getty Images (3), Florian Arp/Üstra.

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