Rückschau

Dinslaken, Nordrhein-Westfalen - 2016

Geothermische Weichenheizung: Zuverlässiger Schienenverkehr im Winter

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Innovationsprojekt Klimaschutz

Die Funktionsfähigkeit der rund 120.000 Weichen im deutschen Zug- und Straßenbahnverkehr ist entscheidend für einen reibungslosen Betriebsablauf auf Schienen. In den Wintermonaten werden die bewegten Teile der Weichen deshalb beheizt, um das Festfrieren zu verhindern. Die Dinslakener Firma Pintsch Aben geotherm GmbH hat eine energieautarke Alternative zu gasbefeuerten oder elektrischen Weichenheizsystemen entwickelt, die mit Erdwärme arbeitet.

Allein die Beheizung der 64.000 Weichen der Deutschen Bahn benötigt jährlich rund 230 Millionen Kilowattstunden (kWh) elektrische Energie. Dies entspricht 138.000 Tonnen CO₂ und damit einem Verbrauch von 60.000 Haushalten. 90 Prozent aller Weichen in Deutschland werden noch elektrisch beheizt. Die von der Dinslakener Firma Pintsch Aben geotherm GmbH in Zusammenarbeit mit dem ZAE Bayern entwickelte Alternative nutzt oberflächennahe Geothermie, um eine selbstregelnde energieautarke Weichenheizung zu ermöglichen. Je nach geografischer und geologischer Lage wird bis zu 100 Meter tief gebohrt, um bei Bodentemperaturen zwischen zehn und zwölf Grad Celsius die notwendige Energiemenge zu erreichen. Ein geschlossenes Wärmerohr mit CO₂ als Arbeitsmedium überträgt die Wärme von dort zur Weiche.

Selbstregelndes System ohne externe Energiezufuhr

Bei diesem System wird neben einer Weiche, abhängig von ihrer Größe, eine oder mehrere Sonden im Boden eingebaut. Die Sonde besteht aus mehreren Rohren, die jeweils für sich ein Wärmerohr darstellen. Das Arbeitsmedium CO₂ wird im Wärmerohr so unter Druck gesetzt, dass es bei den Bodentemperaturen sowohl gasförmig als auch flüssig vorliegt. Sobald die Außentemperatur – und damit die Temperatur der Weichen – unter die Bodentemperatur fällt, kondensiert das Arbeitsmedium in den zu beheizenden Komponenten der Weiche und verdampft in der Sonde. Damit wird der Kreislauf in Gang gesetzt und die latente Energie durch den Phasenübergang von flüssig zu gasförmig im Boden aufgenommen. Durch die Kondensation in den Weichenbauteilen wird es in Form von Wärme wieder abgegeben. Das kondensierte CO₂ fließt schließlich in den Boden zurück, wo es erneut Erdwärme aufnimmt und verdampft. Dieser Kreislauf wird nur durch die Temperaturdifferenz zwischen den zu beheizenden Komponenten, der Weiche und der Tiefensonde gesteuert. Je höher die Temperaturdifferenz, desto höher ist auch der Energietransport.

Erste Pilotanlagen laufen bereits

Die ersten Pilotanlagen wurden bereits 2011 an unterschiedlichen Orten deutschlandweit eingebaut und haben die Funktionsfähigkeit des Systems unter Beweis gestellt. Im Dezember 2013 wurde das System schließlich vom Eisenbahnbundesamt zugelassen. Es kann derzeit an zwei Typen von Schienenprofilen, die häufig in den Regionalnetzen der DB AG vorkommen, eingesetzt werden. Um die Verbreitung des energieautarken Systems voranzutreiben, werden die Einsatzmöglichkeiten an weiteren Schienenprofil- und Weichentypen weiter entwickelt.