EKSSE – Energieeffiziente Koordination und Steuerung des Schienenverkehrs in Echtzeit

Der Schienenverkehr lässt als größter Einzelstromverbraucher in Deutschland trotz vieler Fortschritte noch bedeutende Energie- und CO₂ Einsparpotenziale ungenutzt. Das Forschungsprojekt "EKSSE – Energieeffiziente Koordination und Steuerung des Schienenverkehrs in Echtzeit" setzt sich daher zum Ziel, den Energiebedarf im U-Bahn-Betrieb durch Erhöhung der Rückspeisequote bremsender Züge und energiesparendem Fahrverhalten zu senken. Als Folge wird die Energieeffizienz des deutschen Schienenverkehrs maßgeblich gesteigert. Außerdem wird der Schienenverkehr kostengünstiger gestaltet und es wird ein wichtiger Beitrag zur modernen, nachhaltigen Mobilität geleistet.

Im Vordergrund steht die optimale Nutzung der Freiheitsgrade im Ablauf des Schienenverkehrs in Echtzeit, also im laufenden Betrieb. Eine koordinierte, optimierte Wahl der Fahrtrajektorien der Züge auf den Strecken und ihrer Haltezeiten in den Stationen kann den Gesamtstrombedarf senken. Daher wird im Projekt ein gemischt ganzzahliges Programm entwickelt, das den energieeffizientesten zulässigen Fahrplan ermittelt. Integriert wird dabei ein Vorhersagemodell, das mittels eines Bayesschen Netzes Prognosen von Verspätungen im U-Bahn-Betrieb ermittelt.

Das optimierte Fahrplanmodell ermöglicht eine gezielte zeitliche Synchronisation abfahrender mit ankommenden Zügen und erhöht so den nutzbaren Anteil der ins Stromnetz zurückgespeisten Bremsenergie (sog. Rückspeisequote). Zudem kann der Spitzenstrombedarf gesenkt werden, indem zu viele zeitgleiche Abfahrten im Netz vermieden werden.

Um die Fahrprofile zu optimieren, wird auf ein iteratives Verfahren gesetzt, das die Vorteile kontinuierlicher und diskreter Optimierungsmethoden kombiniert. Dabei ermöglichen kontinuierliche Methoden eine detaillierte und realitätsnahe Modellierung, während gleichzeitig die Effizienz diskreter Methoden beibehalten wird.

Die einzelnen Komponenten zur Optimierung des Fahrplans und der Fahrprofile werden in einem Demonstrator zusammengeführt, der die Methoden in der Anwendung zeigt. Dieser soll das Potenzial der Nutzung in den Systemen der Anwendungspartner verdeutlichen.