Energie: Bus vs. Straßenbahn

Der direkte Vergleich im Energieverbrauch ist einer der Maßstäbe zur Bewertung von Verkehrsmitteln. Wir haben euch hier einmal Diesel-Solo-Bus, Diesel-Gelenkbus und Straßenbahn gegenübergestellt. Besonderheit: Es handelt sich bei den Angaben um real gemessene Werte der Betreiber – keine Herstellerangaben, keine Schätzungen. Wir vergleichen Dieselbusse (Solo und Gelenk) mit zwei Typen moderner Straßenbahnen (30 Meter und 45 Meter) – sowohl im absoluten Energieverbrauch, also auch im Verbrauch pro Personenkilometer.

Abhängig davon, wieviele Fahrgäste befördert werden müssen, haben unterschiedliche Verkehrsmittel in Sachen Energieverbrauch die Nase vorn. Aber das Ergebnis ist ziemlich eindeutig.

  • Die 30-Meter-Straßenbahn verbraucht immer weniger Energie als ein Diesel-Gelenkbus. Die 30-Meter-Straßenbahn ist folglich immer energieeffizienter als der Gelenkbus – egal, ob 10 oder 100 Fahrgäste transportiert werden.
  • Im Bereich bis 70 Fahrgäste hat der Diesel-Solobus die Nase knapp vorn. Sowie allerdings mehr als ein Solobus benötigt wird, ist die Straßenbahnvariante in jedem Fall (egal ob 30 oder 45 Meter) effizienter.
  • Sowie mehr als 100 Fahrgäste befördert werden (also mehr als ein voller Gelenkbus), benötigt auch die 45-Meter-Straßenbahn weniger Energie als Gelenkbusse. Und das obwohl, die Bahn dann nicht einmal zur Hälfte voll ist.
  • Je mehr Fahrgäste befördert werden, desto größer wird der Energie-Vorteil der Straßenbahnen gegenüber den Dieselbussen.

Diagramm I: Absoluter Energieverbrauch: Wieviel Kilowattstunden werden benötigt, um X Personen mit dem jeweiligen Verkehrsmittel einen Kilometer weit zu befördern?

Diagramm II – spezifischer Energieverbrauch. Wieviel Energie wird pro Kopf benötigt, wenn X Personen mit dem jeweiligen Verkehrsmittel transportiert werden?

Quellen und Fahrzeuge

In den Vergleich fließt die gesamte Busflotte der Rheinbahn ein – denn diese gibt in ihren Nachhaltigkeitsberichten den Verbrauch aufgesplittet auf Solo- und Gelenkbusse an. Insgesamt sind so reale Verbräuche der >400 Linienbusse des Düsseldorfer Verkehrsunternehmen enthalten.

(Bild: burts, DVB 2829 (NGTD12DD) at Altmarkt, Dresden, CC BY-SA 3.0)

Grundlage für die Energieverbräuche der Straßenbahnen sind Angaben der Dresdener Verkehrsbetriebe für zwei ausgewählte Straßenbahntypen: Die NGT6DD (30 Meter, 184 Plätze) und die NGTD12DD (45 Meter, 260 Plätze). Beide Fahrzeuge sind 2,30 Meter breit und sind rückspeisefähig. Mit dem Einsatz von SuperCaps könnten die Bahnen ihren Verbrauch nochmal spürbar senken.

Anmerkungen zur Interpretation

Der Heizwert von Diesel liegt bei 9,7 kWh pro Liter 1)Jan Hoinkis: Chemie für Ingenieure. Wiley-VCH, Weinheim 2015, ISBN 978-3-527-68461-82)Bie Berliner BVG beispielsweise setzt einen Faktor von 9,94 kWh/Liter Diesel an. Das BMVI legt in seinem Leitfaden „Berechnung des Energieverbrauches des ÖPNV“ für Diesel einen Faktor von (je nach Dieselart) zwischen 32,8 und 35,9 Megajoule fest.. Es handelt sich hierbei um den primär-Energieverbrauch (Tank-to-Wheel). Bei Betrachtung der gesamten Kraftstoffkette verschiebt sich das Verhältnis nochmal deutlich zugunsten der Straßenbahn. Dazu mehr in dem Fachartikel:

Die Fahrkapazitäten der Busse und Bahnen wurden einheitlich gemäß den Vorgaben des Verbands Deutscher Verkehrsunternehmen ermittelt. Details dazu in dem Fachartikel:

Quellen   [ + ]

1. Jan Hoinkis: Chemie für Ingenieure. Wiley-VCH, Weinheim 2015, ISBN 978-3-527-68461-8
2. Bie Berliner BVG beispielsweise setzt einen Faktor von 9,94 kWh/Liter Diesel an. Das BMVI legt in seinem Leitfaden „Berechnung des Energieverbrauches des ÖPNV“ für Diesel einen Faktor von (je nach Dieselart) zwischen 32,8 und 35,9 Megajoule fest.
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Jasper

Ich glaube im zweiten Diagramm (spezifischer Energieverbrauch) sind die Datenreihen vertauscht: Die rote Linie zeigt die Daten des Gelenkbusses (und nicht 30m-Bahn), die gelbe die des Solobusses (und nicht Gelenkbus) und die Daten der 45m-Straßenbahn fehlen.

Ralf Boecker

Für fairen Systemvergleich mit Diesel-Bussen müsste auch die Straßenbahn mit Diesel betrieben sein. Auf einfachste Weise gelingt dies, indem man die Stromversorgung der Unterwerke mit Diesel-BHKW ausführt bzw. modelliert: Dabei kann man für einen optimal laufenden 1MW-Dieselmotor als thermodynamischen Wirkungsgrad etwa 45% ansetzen, inkl. Generator & Gleichrichter rund 40%, also 4kWh(el) je Liter Diesel-Kraftstoff. Damit kommt eine 30m-Tram pro 100km auf 395kWh ~ 99 Liter Diesel für 180 FG, während der Gelenkbus bei 56 Liter für 100 FG und der Solobus bei 40 Liter für 70 FG liegt: Alles erstaunlich nah gebündelt um 0,56 Liter pro 100 Fahrgast-Kilometer ! Vergleichshalber… Weiterlesen »

Olli

Touche ! Gleichstand könnte man sagen; wohl ein Zufall, dass stets so genau ca. 2,2kWh pro 100 Fahrgast-Kilometer (bei voller Auslastung nach VDV: immerhin nur etwa 1/10 von Pkw-Verbrauch). Im Rahmen der Ungenauigkeit scheint die These von sparsamerer Straßenbahn so wohl kaum belegbar, aber auch umgekehrt kann man keinen Vorteil für Busse ableiten, obwohl sie in Punkto Leergewicht etwas im Vorteil sein dürften: Tram-Hersteller könnten sich da gewiss noch ins Zeug legen, wenn Ausschreibungen mehr Sparsamkeit einfordern! Dafür ist umgekehrt der Elektromotor wohl doch etwas wirtschaftlicher als ein Diesel-Verbrenner, der mit unterschiedlicher Last bzw. Drehzahl im Stadtverkehr wohl selten im… Weiterlesen »

Ralf Boecker

In der Tat scheint Volvo die Nase vorn zu haben mit kräftigem 130kW-E-Motor, der den auf 177kW geleichterten Diesel wirkungsvoll unterstützt und den Li-Akku auch auf langer Bergab-Strecke effektiv aufladen kann: https://www.volvobuses.de/de-de/our-offering/buses/volvo-7900-electric-hybrid/specifications.html Der mit nur 19kWh spärlich dimensionierte Akku könnte aber gern größer sein, damit ihn nicht wie zuletzt an heißen Tagen schon die Klimaanlage „ausknockt“ und verstärkt in Dieselbetrieb zwingt. Dagegen bieten MAN und Daimler ihre „Hybrid“-Busse nur mit „besserem Anlasser“ als E-Motor an (~15kW), der in seinen SuperCaps vmtl. nicht mal gewöhnliche Haltestellen-Zyklen rekuperieren kann, um danach wieder auf wenigstens 30km/h zu beschleunigen: Kinet. Energie wird wohl überwiegend… Weiterlesen »

Olli

Tram hat unstrittige Vorteile: Stau-frei auf eigenem Bahnkörper, besserer Fahrkomfort (wenn Gleise gut liegen), größere Transportkapazität pro Fahrer-Lohnkosten und künftig vlt. bald sogar autonom selbstfahrend: https://blog.citybahn-verbindet.de/darmstadt-autonome-tram Doch warum sollte eine Straßenbahn prinzipiell viel weniger Energie pro Fahrgast verbrauchen als ein Bus ? Auf Strecken im Fernverkehr kann Rad-Schiene mit weniger Reibung als Gummireifen im Vorteil sein, aber vlt. werden Tram-Fahrzeuge dafür weniger leicht konstruiert, als bei der optimierten Serienproduktion von Bussen Gewicht zu sparen? Wenn der Energieverbrauch zum Beschleunigen je Haltestelle der wesentliche Faktor ist, dürfte die Tram einem leichter gebauten Bus unterliegen, vor allem gerechnet pro Fahrgast, wenn in… Weiterlesen »

Ralf Boecker

1) mehr Nutzlast = Fahrgäste pro Leergewicht wäre als These am Beispiel zu belegen: Busse sind dank großer Serienfertigung oft stärker optimiert beim Gewicht (Leer ~12 to / 70 FG für Diesel; E-Busse leiden unter Akku-Last) 2) Rekuperation ist bei älteren Trams oft dürftig oder fehlt, wird andererseits aber auch schon bei aktuellen Hybrid-Bussen eingeführt: https://www.volvobuses.de/de-de/our-offering/buses/volvo-7900-electric-hybrid.html 3) Wirkungsgrade von Elektro- mit Dieselmotor direkt zu vergleichen ist wie Melonen mit Karotten: Der Dieselmotor leistet mit bis zu 45% die thermodynamische Umwandlung von Primärenergie in mech. Arbeit, deren Verluste für elektrisch zugeführte Energie bereits im Kraftwerk abgezogen wurden. 4) Abwärme des Verbrennungsmotors… Weiterlesen »

Ralf Boecker

Da können die Tram-Hersteller von Bussen noch viel lernen, da man sich offenbar auf den hohen Achslasten für Rad-Schiene ausruht, die bei Bussen schon immer ein kritischer Punkt waren. Dabei belastet das Leergewicht bei schwach besetzten großen Tram-Fahrzeugen umso mehr den Verbrauch je Fahrgast: ➯ Benchmarks um Beschleunigung an Haltestellen zu bewerten, könnten hier neuen Schwung ins Geschäft bringen, wie auch für Techniken zur Rekuperation! Wie effizient Rekuperation arbeitet hängt ab vom: 1) Motor im Generatorbetrieb: ideal bei Tram oder seriellem Hybrid (z.B. Wasserstoff-Fahrzeug); Parallel-Hybride wie Volvo 7900EH mit schwächerem E-Motor brauchen oft Hydrodynamische Getriebe als Verlust-Bremse dazu. 2) Speichermedium:… Weiterlesen »

Ralf Boecker

Der beste Zeitpunkt zum Anfangen war gestern.
Der zweitbeste ist heute…

OnBoard-Rekuperation mit Akku + SuperCaps inkl. optimierte Fahrautomatik lassen sich jederzeit nachrüsten, wenn das Fahrzeug nicht allzu bald in Ruhestand soll.

➯ Entwicklungen aus E-Mobilität werden hier schon bald für mehr konkurrierende Angebote und günstigere Preise sorgen…

Ralf Boecker

Vergleich für Energieverbrauch konnte ich im o.g. Artikel nicht finden, da er zugrundeliegende Verbrauchsdaten hinter bilanziertem CO2 je Fahrstrecke verbirgt. Vergleichen wir CO2-Wirkungsgrad für mech. Arbeit ab Motorwelle und einigen uns für Tram mit E-Motor auf 72% ab Unterwerk-Übergabepunkt aus Verbundnetz (= 85% Umformer & Oberleitung × 85% E-Motor mit Umrichter)? ➯ CO2 für Strommix (inkl. Atomkraft): 550g/kWh(el) / 72% = 765g/kWh(mech) Für Dieselmotor angenommener Wirkungsgrad 40% vom Heizwert ~10 kWh/Liter (bis 45% im optim. Arbeitspunkt) macht je kWh mech. Antrieb 0,25 Liter Diesel-Verbrauch = 665g CO2 (nur Tank-to-Wheel) ➯ zzgl. Produktionskette Well-to-Tank, liegt tatsächlich der E-Motor auch im konventionellen… Weiterlesen »

Ralf Boecker

Ok: hatte ich übersehen.

Doch wie gesagt: Vergleiche auf Basis des Gesamtenergieaufwandes pro gefahrenem Fahrzeugkilometer (kWh/km) sind in ihrer Sinnhaftigkeit äußerst fragwürdig, sobald die primäre Energie aus unterschiedlichen Quellen stammt, z.B. fossil vs. Wasserstoff aus PtG-Elektrolyse mit Windkraft-Überschuss oder synthetischer Kraftstoff aus „kostenloser“ Solarenergie:
https://www.golem.de/news/sun-to-liquid-solaranlage-erzeugt-kerosin-aus-sonnenlicht-wasser-und-co2-1906-141912.html ➭ Solarthermische SynGas- & Kerosin-Produktion (StL)

Klimapolitisch relevanter hingegen CO2-Äquivalente (g CO2/km), die allerdings nicht isoliert je Fahrzeug-Antrieb zu betrachten sind, sondern eben unterschiedliche WtT-Produktionsketten berücksichtigen müssen:

➯ Das CO2-Label gehört auf die Zapfsäule, nicht aufs Fahrzeug !

Ralf Boecker

Die Straßenbahn gewinnt hier nur scheinbar, allein durch den unzulässigen Vergleich von Diesel-Heizwert als chemischer Primärenergie einerseits mit Elektrizität als unmittelbar elektromechanisch wandelbarer Kraft andererseits, mit „Mogelfaktor“ ~2,5 für rund 40% thermodynamischen Wirkungsgrad, der korrekt auch für Stromerzeugung im Kraftwerk aufzulasten wäre ! Umgekehrt genau der Grund, warum der Verbrennungsmotor in perfekter Kraft-Wärme-Kopplung Abwärme zum Heizen bereitstellt, die beim Kraftwerk oft ungenutzt via Kühlturm verpufft… ➯ Was mit verlustarmer Rad-Schiene im Fernverkehr zutrifft, ist übertragen als verbreitet behauptetes Gerücht, dass Straßenbahn prinzipiell weniger Energie verbrauchen soll als Busverkehr, wissenschaftlich nicht haltbar (wenn nicht verkehrt): Warum ? Bei langsamer Fahrt mit… Weiterlesen »

Ralf Boecker

…und bilden (abgesehen vom Benzinmotor) eine relativ eng liegende Punktewolke ±10% um 60kWh/100km ohne klare Sieger (bei allen Ungenauigkeiten & Vorbehalten der Relevanz an sich). Der entscheidende Punkt aber: Die oft zitierte und gerne geglaubte These, dass angeblich Straßenbahnen prinzipiell weniger Energie verbrauchen als Busverkehr, ist bei korrekter Berechnung nicht haltbar! Im o.g. WtW Diagramm sind beide nicht zu finden, da dieses ausschließlich Pkw berücksichtigt. Eine versuchte analoge Geichsetzung mit BEV bzw. ICEV wäre ebenfalls unzulässig, da es im angesetzten „Systemstreit“ nicht um Antriebskonzepte Diesel vs. E-Motor geht, sondern primär um Relationen von unterschiedlichen Fahrzeuggrößen und Leergewichten je Fahrgast: In… Weiterlesen »

Ralf Boecker

Dass die Tram in wichtigen Punkten logischerweise gewinnt, wollen Sie mir doch ohne Belege glauben? Umgekehrt habe ich das gängige Gerücht von der sparsameren Tram in 4 Punkten physikalisch argumentativ entkräftet, wenn nicht wiederlegt: Welche Studien braucht es dazu weiter? Im übrigen sind Sie in Sachen Studien & Quellen allemal besser sortiert – Respekt! Tut mir leid, wenn Sie diesen Artikel in Würdigung der Erkenntnisse teilweise umschreiben müssen: Im wesentlichen bedarf es der korrekten Berücksichtigung der thermodynamischen Wirkungsgrade von 30~50% für Kraftwerke bzw. mechanische Antriebskraft aus Diesel-Heizwert, womit allerdings genau die postuliert angeblichen Vorteile der elektrischen Tram kollabieren und sich… Weiterlesen »

Ralf Boecker

In welchem Punkt genau zweifeln sie an meinen Ausführungen ?

Im Grunde zeige ich nur einen Trugschluss auf, den man intrinsisch erkennen, nachvollziehen und korrigiert leicht einrechnen kann (qualitativ kaum wichtig ob mit Wirkungsgrad 30, 40 oder 50%).

➯ An welcher Stelle sehen Sie in meiner Argumentation eine fragwürdige Behauptung, die eines externen Beleges bedarf ?

Im übrigen kennen wir uns vlt. schon gut genug, damit Sie wissen, dass ich Ihnen keinen Bären aufzubinden versuche ?

Ralf Boecker

Noch nicht: dachte nur, dass ihnen meine bisherigen Beiträge einen Eindruck vermittelt hätten? habe selbst lange im Rhein-Main-Gebiet gelebt, Kreis Bad Homburg. Jetzt in Göttingen, wo wir für FCHV-Busse statt OppCharge streiten und eine Stadtbahn / Regiotram in die Debatte bringen wollen. ➯ ESWE ist für beides als Vorreiter gefragt und möge sich bloß nicht von Daimler mit E-Bussen in die Sch*** reiten lassen: Weder OppCharge noch Akkus mit „Tageskapazität“ scheinen bisher ausgereift genug, um in Widrigkeiten des „Theorie-fernen Praxisbetriebes“ zu bestehen, ohne dass es die Fahrgäste ausbaden müssen, z.B. mit kumulierenden Verspätungen falls Ladezeiten nicht ausreichen, weil bleischwere E-Busse… Weiterlesen »

Ralf Boecker

Well-to-Wheel ist das entscheidende Stichwort, denn Verbrauchswerte von Diesel als Primärenergie mit ~10 kWh/Liter zu vergleichen mit Elektrizität hinkt doch gewaltig: ➤ Die chemische Energie von Diesel-Kraftstoff muss zuerst in mechanische Arbeit gewandelt werden: Diesel-Motoren in Bussen schaffen das mit 30-40% Effizienz (moderne Hybrid-Busse bis zu 45%). Große Stationärmotoren in BHKW erreichen neuerdings bis zu 50%. ➤ Elektrizität lässt sich unmittelbar mit gut 90% Motor-Wirkungsgrad in mechanische Arbeit wandeln. Dafür muss sie aber zuerst in einem Kraftwerk erzeugt werden, z.B. aus Primärenergie von Diesel oder Erdgas, von der ca. 45% an der Oberleitung ankommen und letztlich rund 40% auf der… Weiterlesen »

Olli

Wenn ich recht sehe, gibt es Quellen der Verbrauchsdaten für Straßenbahnen nur in kWh Elektrizität sowie für Busse nur in Liter Diesel, also auf zwei unterschiedlichen Skalen-Einheiten ? Die These eines unterschiedlichen Verbrauchs von Bussen zu Straßenbahnen wird hier in diesem Artikel belegt, allein indem diese beiden Skalen über den Heizwert von Diesel als Umrechnungsfaktor ins Verhältnis gesetzt werden ? Müsste man aber nicht den etwas höheren Brennwert von Diesel als tatsächliche Energie rechnen ? Da es zwar für den Heizwert als Zahl eine Quelle als Beleg gibt, nicht aber für die offenbar kontrovers angewendete Methode der Umrechnung als solche,… Weiterlesen »

Ralf Boecker

Die große Spanne zwischen 32,8 und 38,9 MJ/Liter sieht ganz danach aus, als ob man sich dort auch nicht recht entscheiden konnte, den (unteren) Heizwert Hu zu verwenden oder den chemischen Brennwert (auch bezeichnet als „oberer Heizwert“ Ho).

Allgemein tendiert man heute eher dazu, letzteren als realen Energiegehalt zu verwenden, da die mit Abgas-Dampf entzogene Wärme heute oftmals durch Abgas-Kondensation zurück gewonnen wird (= Brennwert-Technik).

Ralf Boecker

Ok: Biodiesel also „verwässert“ wie E10-Benzin. Bei Quellen oben steht „Faktor (je nach Dieselart) zwischen 32,8 und 35,9 MJ/Liter“ ➯ die genannten 38,9 MJ/Liter müssen eher Brennwert Ho sein oder evtl. Schweröl (mit Anteil von Aromaten, Aminen, Schwefel o.ä. ?). Als Faustformel ist man meist gut bedient mit Hu ~ 10kWh/Liter für Diesel ~ Heizöl (Benzin gut ~10% weniger). Viel konstanter übrigens, wenn man statt Volumen pro Gewicht spezifiziert (überwiegend Unterschiede der Dichte wirken je Liter): ➯ Alkane ab Benzin aufwärts haben alle etwa Ho = 12,5kWh/kg (Hu ~ 93% * Ho) und verbrennen stöchiometrisch mit rund 3,5kg O2 zu… Weiterlesen »

Ralf Boecker

Chapeau! Besser könnte man die Streitfrage im Prinzip kaum auf den Punkt bringen. Doch ist mit Brennwert von Diesel umzurechnen genau so verkehrt wie mit dem Heizwert: Elektrizität als elektromechanische Kraft direkt zu vergleichen mit chemischer Primärenergie oder Wärme ist prinzipiell unzulässig und führt zu unseriösen Ergebnissen bis zum „Perpetuum Mobile“. Daher beziehen sich allgemeine Well-to-Wheel Studien seriöser Weise nur auf „CO2-Footprint“. Direkt vergleichen darf man el. Straßenbahnen nur mit E-Bussen, deren Verbrauchsangaben jedoch auch erheblich schwanken: Für H2BZ-Solobusse neuster Generation nennt man eine Verbrauchsenkung von 10kg auf 8kg Wasserstoff pro 100km im Stadtverkehr, was bei typischer BZ-Ausbeute von 20kWh(el)/kg(H2)… Weiterlesen »

Olli

Interessant, endlich mal konkrete Zahlen für E-Busse + Brennstoffzellen zu finden.
Gibt es da zitierbare Quellenangaben für ?

Ralf Boecker

Leider nicht viel; aber überwiegend solide Konvergenz einzelner, „mündlich überlieferter“ Erfahrungswerte:
So genau wie „40 Liter Diesel pro 100km für Solo-Stadtbus“ (±25% würde ich schätzen)…

Einige konkrete Zahlen & Hinweise zu Brennstoffzellen & E-Mobilität liefert diese Studie:
https://www.nahverkehrspraxis.de/news/nahverkehrspraxis-news/article/vdi-und-vde-veroeffentlichen-vergleichsstudie-zu-batterieelektrischen-und-brennstoffzellen-pkw ➭ Vergleichsstudie BEV vs. FCHV-Mobilität (VDI 30.05.19)

Die Übertragbarkeit leidet auch schon, weil bei geringer Reisegeschwindigkeit im Stadtverkehr eher Verbrauch für Klimatisierung (je nach Jahreszeit) und Dichte der Haltestellen-Stopps durchschlagen, so dass es im Grunde sinnvoller wäre, den Verbrauch nicht pro km Strecke zu rechnen, sondern pauschal einfach pro Stunde Fahrzeit und je nach Witterung, so ungewohnt das zuerst klingen mag…