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Energieverbrauch eines Hochgeschwindigkeitszuges – ICE3

Aus einer völlig anderen Richtung kommend habe ich mir heute die Frage gestellt, was denn eigentlich die Geschwindigkeit eines ICE3 limitiert. Also habe ich mal überprüft, wie groß denn der Luftwiderstand bei voller Fahrt ist.

Die Leistung eines ICE3 ist schnell recherchiert: Laut Wikipedia sind es 8MW je Halbzug. Beim Luftwiderstand wird es schon schwieriger. Es gibt eine Quelle, die 83 kN angibt, aber leider ohne eine Primärquelle anzugeben. Diese 83kN erscheinen aber zumindest plausibel:

$$P= \frac {W}{t} = \frac {F \cdot s}{t}= F \cdot v$$
$$P=83kN*330km/h=7,608MW$$

Auch die FAZ gibt an, dass bei voller Fahrt fast die gesamte Leistung zum Überwinden des Luftwiderstandes benötigt wird.

Wie viele Energie brauchen wir also pro Kilometer Fahrt?

$$E=P \cdot t = \frac {P \cdot s}{v}$$
$$E=\frac {7,608MW \cdot 1km}{330km/h} = 25,36kWh$$

Oder, in noch verständlichere Angaben umgerechnet, etwa 2,9 Liter Benzin pro Kilometer, bei voller Auslastung (460 Personen) also pro Passagier 0,63l auf 100km. (Wohlgemerkt nur für die Überwindung des Luftwiderstands, das Beschleunigen benötigt auch nochmal 525,2kWh, mithin 60 Liter Benzin. Und Umwandlungs- und Leitungsverluste kommen auch noch dazu.)

So eine Hochgeschwindigkeitsfahrt ihr also vor allem eine ziemliche Energieverschwendung. Jetzt sollen die neuen ICx unter anderem deswegen nur noch 250 km/h fahren. Jetzt stellt sich natürlich die Frage, wie viel Energie dadurch gespart wird. Leider kann ich zu den Fahrtwiderständen des ICx keine Zahlen finden, Siemens schreibt nur, dass sie deutlich niedriger liegen sollen. Da bin ich aber immerhin nicht der einzige.

Ganz grob überschlagen, kann man aus dem Wert 83kN und der Querschittsfläche 10,3m² einen cw-Wert von 1,46 ableiten, was (nach der Formel für den Strömungswiderstand) für die Leistung bedeutet:

$$P= F_W \cdot v = c_W \cdot A \cdot \frac{1}{2}\cdot \rho \cdot v^3$$

$$P=1.46 \cdot 10.4m^2 \cdot 0.5 \cdot 1.293kg/m^3 \cdot (250km/h)^3 = 3,288MW$$

Bei 250km/h, also 76% der Geschwindigkeit werden also nur 43% der Leistung gebraucht. Diese Zahl ist aber sicher nur sehr grob in der Nähe der Wahrheit.

Für den Verbrauch pro Kilometer ergeben sich 13,152kWh (1,5l) bzw. 0,32l/100km pro Passagier, also nur noch etwa die Hälfte.

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