Oben ohne – aber wie?

Für die oberleitungsfreie Straßenbahnen gibt es mehrere Technologien. Einige sind bereits seit Jahrzehnten im Einsatz, andere sind kaum über den Prototyp hinausgekommen. Nun geht es um die eigentlich spannende Frage: Wie funktioniert das technisch? Wie bei vielen Themen gibt es auch hier eine Vielzahl an Optionen. Wir stellen sie euch vor, beleuchten Vor- und Nachteile und gehen bei dem aktuellen Favoriten, den sogenannten SuperCaps, tiefer ins Detail.

Dass die CityBahn – so zumindest die aktuellen Prüfungen – auf einigen Abschnitten ohne Oberleitung fahren soll, haben wir bereits in einem früheren Artikel dargelegt. Auch, welche Abschnitte es warum werden sollen. 

Bereits 1875 bis 1896 fuhren die Wiesbadener Straßenbahnen ohne Oberleitung: Zuerst mit einem 1-PS-Pferdeantrieb, ab 1889 mit Dampf. Und obgleich die Kombination zwischen Pferdeantrieb und Rasengleis die Möglichkeit mitbrächte, dass auch unterwegs nachgetankt werden kann, gibt es inzwischen modernere Lösungen für eine oberleitungsfreie Führung. 

Ganz ohne Oberleitung: APS

Die wohl bekannteste oberleitungsfreie Straßenbahn ist die von Bordeaux. Als in der französischen Hafenstadt von 2000 an eine neue Straßenbahn eingeführt wurde, setzten die Verantwortlichen hier auf APS (Alimentation par le sol), entwickelt vom französischen Straßenbahnhersteller Alstom. Beim APS verläuft mittig zwischen den Straßenbahnschienen eine dritte, stromführende Schiene – zwei Abnehmer unterhalb der Züge stellen den Kontakt her. Die Stromschiene besteht aus acht Meter langen Segmenten, die immer nur dann Spannung führen, wenn sich eine Straßenbahn darüber befindet. Eine Gefährdung von anderen Verkehrsteilnehmern ist damit ausgeschlossen.

Die Straßenbahn Bordeaux verkehrt dank APS innerstädtisch komplett oberleitungsfrei; nur in den Vororten wird auf konventionelle Oberleitung umgestellt. Auch die Städte Sydney, Reims, Angers, Orléans und Tours entschieden sich für einen (abschnittsweisen) oberleitungsfreien Betrieb mittels APS. Rio de Janeiro und Dubai setzen im kompletten Netz auf diese Technik.

Nach massiven Kinderkrankheiten in den Anfangsjahren ist das APS heute weitgehend ausgereift. Es bleibt allerdings anfällig gegenüber stehendem Wasser nach starken Regenfällen sowie beispielsweise Laub und Schnee.

Wechselstelle in Angers: Bis hier fährt die Bahn mit Oberleitung, ab hier geht’s mit APS weiter.
(Roehrensee, Avrillé IMG 8153, CC BY-SA 3.0 DE)

Neben der erhöhten Anfälligkeit sind die Kosten ein schwerwiegender Faktor. So liegen die zusätzlichen Kosten pro Zug bei rund 300.000 Euro (Stand 2011) bei neuen Zügen, für die Umrüstung von alten Zügen bei 400.000 Euro. Der Bau der für die Stromversorgung notwendigen Infrastruktur wird – je nach Quelle – mit knapp 1,8 Millionen Euro pro Kilometer geschätzt (und damit in etwa das Dreifache der konventionellen Oberleitung).

Aus diesem Grund ist das System in den meisten Städten auch nur in Teilabschnitten im Einsatz. Beim Kauf der Straßenbahnen macht man sich außerdem von einem einzigen Hersteller abhängig. Weiterer Nachteil: Konstruktionsbedingt verhindert das APS, dass die Bremsenergie der Straßenbahnen ins Netz zurückgespeist wird. Wenn die Bahnen die Energie wieder aufnehmen sollen, müssen sie dafür eine zusätzliche Batterien oder SuperCaps mitführen.

Das italienische Konkurrenzsystem TramWave ist bislang nur im chinesischen Zhuhai im Einsatz. Auch das Bombardier-System Primove, welches vorbeifahrende Straßenbahnen mittels Induktion mit Energie versorgt, hat es nicht in den flächendeckenden Einsatz geschafft – bislang existiert hier nur eine Teststrecke in Augsburg. Der Einsatz von Batterien erwies sich als effizienter, sodass Primove für Straßenbahnen seit 2011 nicht weiterverfolgt wird. Die Primove-Technologie wird allerdings in mehreren Städten für Busse getestet.

Statt Leitung: Diesel und Wasserstoff

Statt den Strom zur Straßenbahn zu bringen, kann sie diesen natürlich auch selbst erzeugen – per Dieselaggregat oder Brennstoffzelle. In der Tat fahren in Chemnitz und Nordhausen Straßenbahnen, die mit Dieselaggregat betrieben werden – allerdings nur auf Teilstrecken. Die meisten innerstädtischen Verbindungen funktionieren weiterhin mit konventioneller Oberleitung.

Eine Combino Duo in Nordhausen. Im Hintergrund endet die Oberleitungsstrecke, ab hier gehts mit Diesel weiter.
(Falk2, I09 063 Oskar-Cohn-Straße, EVT 202, CC BY-SA 4.0)

Bei der Straßenbahn Nordhausen sind seit 2003 drei Combino Duo-Hybridstraßenbahnen im Einsatz, die auf der Linie 10 knapp elf Kilometer weit auf der nicht elektrifizierten Harzquerbahn fahren. Die CityBahn Chemnitz setzt für ihre Überlandlinien Zweikraftstraßenbahnen des Herstellers Vossloh ein. 

Reine Diesel-Straßenbahnen sind nicht in Betrieb. Die Nachteile hier sind vergleichbar mit den Nachteilen von Diesel- gegenüber Oberleitungsbussen: Emissionen, Lärm, Vibrationen, Platzverbrauch durch Motor und Tank, deutlich schlechteres Anfahrdrehmoment, fehlende Möglichkeit der Rückspeisung. Darüber hinaus ist in vielen Einsatzgebieten von Straßenbahnen (Innenstädte) eine Elektrifizierung relativ einfach – der Strom ist oftmals ja schon vor Ort.

Obgleich Brennstoffzellen schon lange verfügbar sind, werden sie erst seit kurzem für den Schienenverkehr genutzt. So liefert Alstom in den nächsten Jahren den ersten Großauftrag an Wasserstoff-betriebenen Regionalzügen nach Frankfurt, einen zweiten nach Niedersachsen. Reine Wasserstoff-Straßenbahnen (“Hydrotrolleys”) sind derzeit allerdings wenig verbreitet. 2015 stellte die chinesische Firma Sifang die erste, rein Wasserstoff betriebene Straßenbahn der Öffentlichkeit vor. Seither sind diese eher punktuell im Einsatz. 

SuperCaps und Batterien

Kommen wir zu den am meisten verbreiteten und auch für die CityBahn wahrscheinlichsten Alternativen: Batterie und Kondensatoren. 

Batterien, zumeist basierend Lithium-Ionen-Technologie, sind weit verbreitet – ob in Handys, Notebooks oder Elektroautos und -bussen. Straßenbahn-Batterien basieren auf demselben Prinzip – sind nur deutlich größer. Kondensatoren (SuperCaps) hingegen sind bislang vor allem in Schienenfahrzeugen im Einsatz.

Obwohl sich Art und Einsatz von Batterien und Kondensatoren unterscheiden, erfüllen sie letztlich für Straßenbahnen dieselbe Funktion wie für andere Elektrogeräte: Sie speichern Energie und geben diese zu einem späteren Zeitpunkt wieder ab. Mit Hilfe der gespeicherten Energie können die Bahnen dann kurze Abschnitte ohne Oberleitung überbrücken.

Mit Hilfe von SuperCaps verkehrt die Straßenbahn Sevilla rund um die Kathedrale ohne Oberleitungen.
(Sevilla-3-17 flickr photo by ajay_suresh shared under a Creative Commons (BY) license )

Im Detail gibt es handfeste Vorteile, die für die SuperCaps sprechen: Die Kondensatoren vertragen deutlich stärkere Stromflüsse, sie können also binnen Sekunden geladen werden. Eine Stärke, die sie besonders an Haltestellen ausspielen können: Beim Bremsen und Anfahren der Bahnen fließen in kurzer Zeit hohe Ströme, die in der Form von herkömmlichen Batterien nicht aufgenommen werden könnten. Weiterer Vorteil der SuperCaps: Lithium-Ionen-Akkus verlieren bereits nach wenigen tausend Ladezyklen spürbar an Leistung. SuperCaps hingegen überstehen mehrere hunderttausend Zyklen ohne Einbußen.  

Nachteilig wirkt sich bei SuperCaps hingegen aus, dass sie gegenüber Batterien eine deutlich geringere Energiedichte aufweisen. Heißt: Pro Kilogramm Gewicht kann nur ein Bruchteil der Energie gespeichert werden. Gleiches Gewicht vorausgesetzt, kann mit einer Batterie allerdings zumindest ein längerer, oberleitungsfreier Abschnitt überbrückt werden. Moderne SuperCaps – so wird es auch in den Untersuchungen für CityBahn angegeben – erlauben den Straßenbahnen (je nach Steigung), zwischen einem und zwei Kilometer ohne Oberleitung zu fahren. 

Batterien und SuperCaps haben – neben der Möglichkeit, oberleitungsfrei zu fahren – noch einen weiteren Vorteil: Ihr Einsatz kann massiv Energie sparen. Dazu aber in einem separaten Artikel mehr.

Fazit

Wegen den höheren Baukosten, der Anfälligkeit und der fehlenden Kompatibilität mit der Mainzer Straßenbahn wird die CityBahn vermutlich nicht mit dem APS oder vergleichbaren Systemen gebaut. Und während die Strecke nach Taunusstein ein wenig an die Harzquerbahn und damit an den Dieselantrieb erinnert, ist ein Dieselaggregat für beispielsweise die Biebricher Innenstadt eher nicht das Mittel der Wahl. Eine Kombination aus Diesel, Batterie und SuperCaps verteuert die Bahnen aber massiv; jede Technik benötigt außerdem Platz und erhöht das Gewicht der Bahnen. Wahrscheinlich wird es also auf den Einsatz von SuperCaps hinauslaufen – selbst wenn es in Wiesbaden keine oberleitungsfreien Abschnitte geben wird. Dafür sind die Potentiale der Energieeinsparung zu verlockend.

Oben ohne – aber wo?

  • Im Rahmen der Planungen wird untersucht, ob die CityBahn auf einigen Abschnitten ohne Oberleitung fahren kann. Dazu sind derzeit vier Abschnitte näher im Gespräch: auf der Theodor-Heuss-Brücke, im Zentrum von Biebrich, auf der Biebricher Allee und an der Ringkirche.
  • Aus Sicht unserer Bürgerinitiative erscheint es nicht sinnvoll, den Abschnitt über die Theodor-Heuss-Brücke ohne Oberleitung zu gestalten. Zusätzlich sollte darüber nachgedacht werden, die Strecke über den Hauptbahnhofs-Vorplatz ohne Oberleitung zu realisieren.
  • Fahrzeuge, die über kurze Strecken ohne Oberleitung fahren können, bringen mehrere Vor- und Nachteile mit sich. Diese müssen abgewogen und bewertet werden. Davon hängt es ab, ob die CityBahn tatsächlich abschnittsweise ohne Oberleitung fahren wird.
Querschnitt einer Straßenbahn-Oberleitung im Vergleich mit einem 1-ct-Stück. (Foto: BI Pro CityBahn)

Auch auf Wunsch vieler an den Workshops beteiligter Bürger wird derzeit untersucht, ob die CityBahn nicht auf einigen Abschnitten ohne Oberleitung fahren kann. Die Planungen werden konkreter – so dass bereits einige Abschnitte in Gespräch sind. Als Ersatz für Oberleitungen existieren verschiedene Technologien – dazu in einem anderen Artikel mehr. Hier soll es um die konkreten Abschnitte gehen, deren Vor- und Nachteile sowie unsere eigenen Vorschläge.

(Draufklicken zum Vergrößern)
CityBahnroute (schwarz) mit angedachten, oberleitungsfreien Abschnitten (rot) sowie diskussionswürdigen Alternativen (blau).

Oberleitungsfreie Abschnitte in Wiesbaden

In den Planungen sind derzeit vier konkrete Abschnitte in Gespräch, auf denen die CityBahn ohne Oberleitung fahren soll: Die Theodor-Heuss-Brücke, die Kernstadt von Biebrich, die Biebricher Allee zwischen erstem und zweitem Ring sowie der Bereich um die Ringkirche. 1)https://www.citybahn-verbindet.de/fileadmin/user_upload/190411_CityBahn_Biebricher-Allee_Linienkonzept-Planungsansaetze_Dr.-Paecher_Martin-Kraus.pdf

Bedingt durch die technischen Vorgaben sollten die Abschnitte selbst nicht länger als 1.000 Meter sein. Zwischen den Abschnitten werden schätzungsweise zwei bis drei Kilometer mit Oberleitung benötigt, um den Energiespeicher wieder aufzuladen.

Theodor-Heuss-Brücke

Der – von Mainz aus gesehen – erste, oberleitungsfreie Abschnitt soll die Theodor-Heuss-Brücke werden. Auf den ersten Blick liegen die Gründe der Hand. Durch die exponierte Lage der Heuss-Brücke wären Masten und Leitung umso auffälliger.

Allerdings: Extra Oberleitungsmasten wären gar nicht erforderlich, denn die lassen sich mit den schon heute bestehenden Beleuchtungsmasten kombinieren. Wie übrigens bereits in den 50er Jahren. Die Straßenbahn, die bis dato die Heuss-Brücke querte, fuhr bereits mit Oberleitung. Ein Novum für die Brücke wäre das also nicht – gut erkennbar auf dem rechten Foto.

Eine oberleitungsfreie Führung über die Heuss-Brücke brächte zusätzlich handfeste, betriebliche Nachteile mit sich. So bliebe es den heutigen Mainzer Straßenbahnfahrzeugen verwehrt, über die Brücke auf der Kasteler Seite etwa bis zum Rheinbahnhof am Industriepark Kalle-Albert zu fahren, da sie auf eine Oberleitung angewiesen sind. Diese, momentan noch nicht vorgesehene Option hätte gerade im Falle einer Störung auf der Wiesbadener Seite oder bei eventuell gewünschten Verstärkerlinien durchaus ihren Charme. Ob sich die CityBahn von vornherein diese Möglichkeit verbauen darf, sollte also zumindest gut durchdacht und diskutiert werden. Besonders, wenn vorwiegend Gründe rein optischer Natur dagegen sprächen.

Biebricher Allee

Ein weiterer für den Verzicht auf die Oberleitung vorgesehener Abschnitt ist die Biebricher Allee. Auf rund 600 Metern Länge zwischen erstem und zweitem Ring, wo knapp 20 Höhenmeter zu überwinden sind, soll die CityBahn nicht nur aus optischen Gründen oben ohne fahren. Der Bereich, in dem die Oberleitung hängt, muss nämlich frei von Laub und Ästen gehalten werden.

Allerdings bietet gerade die Biebricher Allee eigentliche optimale Voraussetzungen für eine Oberleitung. Denn: Die Allee verläuft schnurgerade und die notwendigen Masten stehen bereits heute. Schon heute kreuzen bereits Tragseile die Fahrbahn, an der die Straßenbeleuchtung hängt. Hier wären also lediglich ein zweites Tragseil sowie zwei parallel zur Fahrbahn laufende Leitungen notwendig. Optisch würde sich nicht viel ändern. Zudem sind Oberleitungen im Querschnitt so dick sind wie ein 1-Cent-Stück und fallen daher – wie die Bilder zeigen – gerade in Alleestraßen so gut wie gar nicht auf. Auch verbraucht eine Straßenbahn durch die Steigung der Biebricher Allee auf dem Abschnitt mehr Energie – eigentlich ein Grund pro Oberleitung.

Das aus unserer Sicht überzeugendste Gegenargument gegen eine oberleitungsfreie Führung auf der Biebricher Allee ist aber, dass sie eine oberleitungsfreie Führung am Hauptbahnhof verhindern würde. Dazu später mehr.

Ringkirche

Ringkirche, hier noch mit Oberleitung, Visualisierung: CityBahn GmbH

Es liegt aus zwei Gründen auf der Hand, die Führung um die Ringkirche ohne Oberleitung zu gestalten: Zum einen sind kurvige Abschnitte aufwendiger zu realisieren als geradlinige, und die Ringkirche soll auf beiden Seiten von der Bahn halbkreisförmig umfahren werden. Zum zweiten verläuft die Strecke hier auf beiden Seiten jeweils eingleisig – insgesamt wären also deutlich mehr Befestigungen und Tragseile notwendig als auf zweigleisigen Strecken.

Vorschlag: Wiesbaden Hauptbahnhof

Oberleitungen auf geraden Abschnitten sind relativ unauffällig in ihrer Erscheinung und einfach zu realisieren. Aufwändiger und damit auffälliger werden sie an Abbiegungen und in Abschnitten, in denen Weichen vorgesehen sind. Wenn die Leitung nicht geradlinig sondern kurvenförmig verläuft, sind Trag- und Spannseilen notwendig. Diese sind entsprechend auffälliger – wie die Bilder beispielhaft zeigen.

Am Hauptbahnhof wird die CityBahn nicht nur um 90 Grad vom 1. Ring in die Bahnhofstraße einbiegen, sie soll außerdem mit der Stichstrecke in Richtung Tankstelle eine T-Kreuzung bekommen. Entsprechend viele Abspannungen wären notwendig. Im Bereich des Hauptbahnhofes gibt es außerdem wenige Bäume oder Bauwerke, in die sich die Masten und Oberleitungen integrieren lassen. Hier wären also sowohl die Leitungen als auch die Masten besonders auffällig, gerade für Stadtbesucher, die am Hauptbahnhof ankommen oder umsteigen – Pendler und Touristen gleichermaßen.

Daher erscheint eine Führung ohne Oberleitung im Bereich des Hauptbahnhofes attraktiv – auch wenn dafür die oberleitungsfreie Führung in der Biebricher Allee entfallen müsste.

Quellen   [ + ]

10.12. Von der Leine gelassen

Oberleitung wurde nicht aus dem Foto entfernt. Die 2007 neu eröffnete Straßenbahn von Nizza fährt tatsächlich auf der Linie 1 in Teilen der Innenstadt und auf der Linie 2 oberirdisch sogar vollständig ohne Fahrdraht. Eine spezielle Speichertechnik namens Ecopack macht es möglich, an den Haltestellen genug Ladung für die Weiterfahrt aufzunehmen. Auf dem Titelbild fährt Linie 1 über den Place Garibaldi. (/ws)

Trasse in Nizza: Oberleitungsfrei die Promenade entlang. (Le tramway de Nice flickr photo by Rodrigo_Soldon shared under a Creative Commons (BY-ND) license )
(Nice Tram flickr photo by A. Nothstine shared under a Creative Commons (BY-NC-ND) license )
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