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Daten und Fakten zum Energieverbrauch des Schienenverkehrs

Erstellt am: 16.02.2011 | Stand des Wissens: 08.11.2019
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Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Prof. Dr. M. Wietschel

Grundlegende Daten zum Energieverbrauch und den Schadstoffemissionen des Schienenverkehrs in der Bundesrepublik Deutschland wurden im Rahmen der Fortschreibung des Daten- und Rechenmodells "TREMOD" (Version 5.6) im Auftrag des Umweltbundesamtes (UBA) berechnet [IFEU16]. Darin ist sowohl der Energiebedarf von Elektro- als auch von Dieseltraktionen ausgewiesen. Auffällig sind dabei die Konstanz des absoluten Energieverbrauchs bei den Elektrotraktionen respektive der bis circa 2009 kontinuierlich sinkenden Energieverbrauch bei den Dieseltraktionen (Abbildung 1). Während der absolute Verbrauch von Diesel in Europa zwischen 1990 und 2011 um 31 Prozent sank, stieg die Nutzung von elektrischen Antrieben um 14 Prozent [UIC14].
Darstellung des Gesamtenergiebedarfs nach Traktionsart zwischen 1994 und 2014Abb. 1: Darstellung des Gesamtenergiebedarfs nach Traktionsart zwischen 1994 und 2014 [IFEU16] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Nachfolgend werden zunächst auf der Basis von Daten des Verbands Deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) die unternehmensübergreifenden Energiebedarfe in den Bereichen Reisezugverkehr (Schienenpersonenfern und -nahverkehr), städtischer Schienenverkehr sowie Schienengüterverkehr (SGV) erläutert. Da der Schienenpersonenfernverkehr (SPFV) der Deutsche Bahn AG Konzern (DB AG) circa 99 Prozent des gesamten Verkehrsangebotes auf sich vereint, können dessen Daten als repräsentativ für diesen Sektor angesehen werden. Außerdem veröffentlicht die International Union of Railways (UIC) und seit 2012 in Kollaboration mit der International Energy Agency (iea) jährlich ein Datenhandbuch, genannt "Railway Handbook", mit den Energieverbrauchs- und Kohlenstoffdioxid-Emissionsdaten des globalen Schienenverkehrssektors [UIC14].
Die Angaben des VDV zeigen die Dominanz der elektrischen Energie als Antriebsform im deutschen Schienenpersonenverkehr: 2012 wurden 88 Prozent  der Verkehrsleistung im Reisezugverkehr mit elektrischer Traktion erbracht. Für den Fernverkehr beträgt dieser Wert sogar 98 Prozent. Unter Berücksichtigung der Verkehrsleistung sowie der Angaben zum spezifischen Energieverbrauch ergibt sich für den gesamten Reisezugverkehr ein Verbrauch von etwa 215 Gigajoule (GJ) Fahrstrom beziehungsweise für de Dieseltraktion ein Kraftstoffverbrauch von 264 Millionen Liter Diesel. Die genannten Angaben wurden unter Heranziehung des sogenannten Tank-To-Wheel-Ansatzes (TtW) ermittelt. Dieser berücksichtigt lediglich den Energieverbrauch im Fahrzeug, d.h. ab Tank beziehungsweise Stromabnehmer oder Batterie [IFEU13h].
Der Schienenpersonenfernverkehr (SPFV) weist im Allgemeinen einen geringeren spezifischen Energieverbrauch auf als der Schienenpersonennahverkehr (SPNV) und der städtische Schienenverkehr (S-, U- und Straßenbahnen). Dies ist vor allem den größeren Haltepunktabständen des SPFV geschuldet. Die hohe Haltehäufigkeit im SPNV und beim städtischen Schienenverkehr erhöht dessen Energieverbrauch durch die höhere Anzahl der energieintensiven Anfahrvorgänge sowie Energieverbräuche an Haltestellen (Öffnungs- und Schließvorgänge an Türen, Lautsprecherdurchsagen etc.). Doch durch Optimierung von Signalschaltungen kann auch im Schienenpersonennahverkehr der Energieverbrauch weiter verringert werden. Ein gutes Beispiel zeigt die Nahverkehrsplanung in Lausanne in der Schweiz [OSO15].
Einen differenzierten Überblick über den Energieverbrauch einzelner Verkehrsmittel des städtischen spurgebundenen Verkehrs bieten die Zahlen aus der VDV-Statistik (Abbildung 3). Mit Blick auf den öffentlichen Stadtverkehr in Deutschland ermittelte der Verband für 2009 den durchschnittlichen Verbrauch aller spurgebundenen Elektrofahrzeuge und setzte diesen in Relation zur erbrachten Verkehrsleistung (kWh pro 100 Personenkilometer). Abhängig von dem jeweils betrachteten Verkehrssystem variiert der betreffende Wert zwischen 5,8 kWh/100 Pkm (Bahnen besonderer Bauart, diese umfassen Seilschwebe- und Standseilbahnen, Zahnradbahnen, Kabinenbahnen und Schwebebahnen) und 12,5 kWh/100 Pkm (Stadtbahnen beziehungsweise Straßenbahnen) [VDV10].
Abb. 2: Übersicht des verkehrsleistungsspezifischen Durchschnittsenergieverbrauchs aller elektrisch betriebenen, spurgebundenen Fahrzeuge im öffentlichen Stadtverkehr in DeutschlandAbb. 2: Übersicht des verkehrsleistungsspezifischen Durchschnittsenergieverbrauchs aller elektrisch betriebenen, spurgebundenen Fahrzeuge im öffentlichen Stadtverkehr in Deutschland [VDV10](Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Für den deutschen Schienengüterverkehr (SGV) gibt der VDV einen TtW-Jahresenergieverbrauch von insgesamt 15,5 PJ an (Bezugsjahr: 2012). Davon entfallen etwa 22 Prozent auf die Diesel- und die übrigen 78 Prozent auf die Elektrotraktion. Die Verteilung der Verkehrsleistung betrug dabei 7.696 Millionen tkm zu 102.369 Mio. tkm (Diesel- zu Elektrotraktion). Diese Zahlen belegen auch den höheren Energieverbrauch dieselbetriebener Schienenfahrzeuge für den SGV (Abbildung 4). Der absolute Fahrstromverbrauch des elektrisch betriebenen SGV belief sich auf 12,3 GJ. Für die Dieseltraktion wurden etwa 90 Millionen Liter Kraftstoff verwendet [IFEU13j]. 
Abbildung 4 zeigt den Vergleich der beiden Traktionsarten in Bezug auf den spezifischen TtW- und WtW-Energieverbrauch. Unter Berücksichtigung der gesamten Energiekette verbrauchte die Elektrotraktion um etwa 27 Prozent weniger Energie als die Dieseltraktion. Auch in diesem Fall muss auf die Unterschiedlichkeit der zur Ermittlung der Verbrauchsdaten herangezogenen Verkehrsleistungen hingewiesen werden.
Abb. 3: SGV in Deutschland, Vergleich des spezifischen Energieverbrauchs 2012Abb. 3: SGV in Deutschland, Vergleich des spezifischen Energieverbrauchs 2012 (ohne Rangierfahrten). Eigene Darstellung nach [IFEU13j; IFEU13k] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Für die DB AG liegt umfangreiches Material zum spezifischen Primärenergieverbrauch vor. Abbildung 5 gibt einen Überblick über den Primärenergieverbrauch aller in den Jahren 2016 bis 2018 durchgeführten Verkehrsfahrten des Unternehmens.
Spezifischer Primärenergieverbrauch aller durchgeführten Fahrten des UnternehmensAbb. 4: Spezifischer Primärenergieverbrauch aller durchgeführten Fahrten des Unternehmens. Eigene Darstellung nach [DBIB18] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Nach dem Anstieg des Energieverbrauchs zwischen den Jahren 2010 und 2011, der vornehmlich auf die nach der Wirtschafts- und Finanzkrise wieder gestiegene Nachfrage nach Güterverkehrsleistungen zurückzuführen war, sank der Gesamtverbrauch schienengebundener Verkehre zwischen 2011 und 2012 um 3 Prozent. Der Energieverbrauch der SGV-Sparte der DB-Tochter "DB Schenker Rail Deutschland AG" sank im betrachteten Zeitraum am stärksten, um 7,1 Prozent. Der spezifische Energieverbrauch konnte dabei jedoch in allen Sparten gesenkt werden.
Einen erheblichen Einsparbeitrag leistete mit 781 Gigawattstunden (GWh) die bei Bremsvorgängen in das Stromnetz zurückgespeiste Energie (siehe Abbildung 6) [DBIB18]. Bei diesem Vorgang wird kinetische Energie, welche aus Bremsvorgängen zurückgewonnen wird, wieder in die Oberleitung zurückgespeist. Die so rekuperierte Energie kann dann von Folgezügen genutzt werden.
BremsenergierückspeisungAbb. 5: Bremsenergierückspeisung [DBIB18] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)
Die Deutsche Bahn gibt für das Jahr 2018 an 57,2 Prozent des für den Zugbetrieb benötigten Stroms aus regenerativen Energiequellen bezogen zu haben [DBIB18].
Ansprechpartner
Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Prof. Dr. M. Wietschel
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Energieeffizienz und Schadstoffemissionen im Schienenverkehr (Stand des Wissens: 05.05.2017)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?344430
Literatur
[DBIB18] Deutsche Bahn AG (Hrsg.) Deutsche Bahn Integrierter Bericht 2018 - Auf dem Weg zu einer besseren Bahn, 2019/03/28
[IFEU13h] Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Datenbank Umwelt & Verkehr
2012 - Deutschland - Personenverkehr - Emissionskategorie: TTW - Komponente: Energie (MJ) - Verkehrsträger: Schiene, 2013/11/19
[IFEU13j] Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Datenbank Umwelt & Verkehr
2012 - Deutschland - Güterverkehr - Emissionskategorie: TTW - Komponente: Energie (MJ) - Verkehrsträger: Schiene, 2013/11/19
[IFEU13k] Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Datenbank Umwelt & Verkehr
2000/2012 - Deutschland - Güterverkehr - Emissionskategorie: WTW - Komponente: Energie (MJ) - Verkehrsträger: Schiene, 2013/11/19
[IFEU16] Wolfram Knörr, Christoph Heidt, Sabine Gores (Öko-Institut), Fabian Bergk Aktualisierung "Daten- und Rechenmodell: Energieverbrauch und Schadstoffemissionen des motorisierten Verkehrs in Deutschland 1960-2035" (TREMOD) für die Emissionsberichterstattung 2016, 2016/01/31
[OSO15] Osori, Carolina, Nanduri, Kanchana Energy-efficient urban traffic management: a microscopic simulation-based approach, veröffentlicht in Transportation Science, Ausgabe/Auflage 49/3, 2015, Online-Referenz doi:10.1287/trsc.2014.0554
[UIC14] o.A. Rail Freight Corridors (ECCO), 2014
[VDV10] o. A. VDV Statistik 2009, Köln, 2010/08
Glossar
TREMOD TREMOD (Transport Emission Estimation Model) ist das bisher vom Umweltbundesamt, den Bundesministerien, dem Verband der Deutschen Automobilindustrie, dem Mineralölwirtschaftsverband sowie der Deutschen Bahn AG genutzte Experten-Modell zur Berechnung der Luftschadstoffemissionen aus dem motorisierten Verkehr in Deutschland. Das Modell wurde vom IFEU entwickelt.
Personenkilometer
Die Einheit Personenkilometer [Pkm] beschreibt die im Rahmen einer Personenbeförderung erbrachte Verkehrsarbeit. Diese definiert sich als Produkt der Verkehrsmenge (Summe der beförderten Personen) und der von dieser dabei zurückgelegten Wegstrecke in km.
Verkehrsarbeit [Pkm] = Verkehrsmenge [P] * Wegstrecke [km]
Schienengüterverkehr
Unter Schienengüterverkehr (SGV) wird der Transport von Gütern mit der Eisenbahn verstanden. Diese werden in Güterzügen unter Verwendung (spezieller) Güterwagen befördert. Diese Verkehre können entweder auf gesonderten Güterverkehrsstrecken oder im Mischverkehr, auf gemeinsam durch den Güter- und Personenverkehr genutzten Strecken, realisiert werden. Leistungen des Schienengüterverkehrs werden häufig als Teil einer Logistikkette in logistische Gesamtkonzepte eingebunden.
Traktion Unter Traktion versteht man im Schienenverkehrsbereich die kraftgetriebene Fortbewegung von Triebfahrzeugen. Bei der Art des Antriebssystems unterscheidet man heutzutage i. d. R. Triebfahrzeuge mit dieselelektrischen oder -hydraulischen bzw. rein elektrischen Aggregaten zur Kraftübertragung (auch: Diesel- bzw. Elektrotraktion).  Die Traktionsart Dampf wird hierzulande nur noch im Bereich von Museumsbahnen eingesetzt. Mehrere gekoppelte Triebfahrzeuge bilden eine sog. Mehrfachtraktion. Üblicherweise werden diese nach der Anzahl der eingesetzten Triebfahrzeuge benannt (z. B. Doppel- oder Dreifachtraktion).
tkm tkm = Tonnenkilometer Die Einheit Tonnenkilometer [tkm] beschreibt die im Rahmen einer Güterbeförderung erbrachte Verkehrsarbeit. Diese definiert sich als Produkt der Gütermenge (Summe der beförderten Güter in Tonnen) und der von dieser dabei zurückgelegten Wegstrecke in km. Verkehrsarbeit [tkm] = Gütermenge [t] * Wegstrecke [km]
Schienenpersonennahverkehr Gemäß Regionalisierungsgesetz (RegG) § 2 handelt es sich bei einer auf der Schiene erbrachten Beförderungsdienstleistung um ein Angebot des Nahverkehrs, "wenn in der Mehrzahl der Beförderungsfälle [...] die gesamte Reiseweite 50 Kilometer oder die gesamte Reisezeit eine Stunde nicht übersteigt" [RegG, § 2]. Zur Erfüllung der Daseinsvorsorge wird der SPNV von den Ländern bestellt und unterstützt. Der SPNV kann Teil des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) sein.
TtW Tank-to-Wheel; Teilsystem der Well-to-Wheel Analyse, die die Treibhausgasemissionen des Fahrzeugbetriebs erfasst.
kWh
= Kilowattstunde. Die Wattstunde (Einheitenzeichen: Wh) ist eine Maßeinheit der Arbeit und damit eine Energieeinheit. Eine Wattstunde entspricht der Energie, welche eine Maschine mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.

Im Alltag gebräuchlich und verbreitet ist die Kilowattstunde, das Tausendfache der Wattstunde. In ihr werden vor allem Strom-, aber auch Heizwärmekosten abgerechnet.
WtW Well-to-Wheel; Analyseverfahren, das zur Bewertung und zum Vergleich von konventionellen und alternativen Antriebstechnologien die vollständigen Kraftstoffzyklen erfasst. Das Gesamtsystem besteht aus den Teilsystemen Well-to-Tank und Tank-to-Wheel.
Verkehrsleistung Die Verkehrsleistung gibt Auskunft über die Inanspruchnahme von Ressourcen. Als Verkehrsleistung wird die auf eine Zeiteinheit t (zum Beispiel ein Jahr) bezogene Verkehrsarbeit definiert und als Quotient dargestellt. Die Verkehrsarbeit wird dabei als Produkt von Verkehrseinheiten (zum Beispiel Güter, Personen) und der durch diese zurückgelegten Strecke gebildet. In der Verkehrswissenschaft sind die Einheiten Personenkilometer pro Jahr [Pkm/a] bzw. Tonnenkilometer pro Jahr [tkm/a] gebräuchlich.
Schienenpersonenfernverkehr
Der Schienenpersonenfernverkehr (SPFV) ist die Beförderung von Reisenden mit Eisenbahnzügen über längere Strecken mit mehr als einer Stunde Fahrzeit oder 50 km Entfernung. Im Gegenzug zum Schienenpersonennahverkehr (SPNV) bzw. dem Öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) wird der SPFV eigenwirtschaftlich betrieben und muss sich betriebsökonomisch selbst tragen.
UBA Umweltbundesamt

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?342234

Gedruckt am Mittwoch, 20. November 2019 22:45:05