Das erst 2020 in Betrieb genommene Steinkohlekraftwerk Datteln 4 ist der größte Einzellieferant von Strom für die Deutsche Bahn (DB). Und es gehört zu den zuverlässigsten, denn es ist, anders als Wind– und Solarstrom, vom Wetter unabhängig. Die Energie aus Datteln verschmähen ICEs und Intercitys dennoch nicht, auch wenn die Züge laut DB vollkommen emissionsfrei unterwegs sind. Das gelingt durch einen einfachen Trick: Die Bahn rechnet diesen Strom auf dem Papier einfach dem Nah- und Güterverkehr sowie den Konkurrenten zu, die an den gleichen Oberleitungen hängen. Trotz der kleinen Schummelei hat die Bahn recht. Denn sie kann nachweisen, dass der Fernverkehr zwar den allgemeinen Strommix nutzt, also keineswegs zu 100 Prozent „grün“ rollt. Doch sie bezieht aus eigenen Kraftwerken und durch Zukauf so viel grünen Strom, dass es rechnerisch für alle ICEs und Intercitys reicht. Wenn auch nicht immer dann, wenn er verbraucht wird.

In Datteln 4 wird ein Teil des Stroms direkt in der Form erzeugt, die der Bahnbetrieb benötigt: Wechselstrom mit einer Frequenz von 16 2/3 Hertz und einer Spannung von 110.000 Volt. Dieser wird auf 15.000 Volt heruntertransformiert, damit er von den Elektromotoren der Triebköpfe genutzt werden kann. Der größte Teil wird dagegen aus „normalem“ 50-Hertz-Drehstrom gewonnen. Er muss also umgewandelt werden, was mit – allerdings geringen – Verlusten verbunden ist. Bei der Nutzung von Solarstrom ist das Minus allerdings größer. Dieser entsteht als Gleichstrom. Um ihn ins normale Netz einzuspeisen muss er in Drehstrom umgewandelt werden. Für die Bahn ist – außer bei den eigenen Photovoltaikanlagen – also eine zweite Transformation nötig. Und beide Prozesse sind mit Verlusten verbunden.

Jede Menge Grünstrom aus Photovoltaik-Anlagen

Das soll sich künftig ändern. Ein Konsortium unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg im Breisgau hat im Projekt „PV4Rail“ einen Wechselrichter entwickelt, der den solaren Gleichstrom gleich in Bahnstrom überführt. „Ein relevanter Teil des Energiebedarfs im Bahnstromnetz könnte durch Photovoltaik abgedeckt werden, denn das PV-Flächenpotenzial längs der Bahnstrecken ist um ein Vielfaches höher als die Menge an Energie, die im Bahnstromnetz gebraucht wird“, sagt Andreas Hensel, Projektleiter PV4Rail am ISE.

Tatsächlich: Selbst wenn nur Flächen im Umkreis von zwei Kilometern rund um alle Bahn-Unterwerke – das sind die Umspannanlagen, in denen der Strom aus dem 110.000-Volt-Bahnnetz in die Form umgewandelt wird, die die Züge benötigen – einbezogen werden, liegt die mögliche installierbare Nennleistung bei 37,6 Gigawatt und der mögliche Stromertrag bei 32,92 Milliarden Kilowattstunden (kWh) pro Jahr. Der gesamte Strombedarf aller elektrischen betriebenen Loks in Deutschland liegt übrigens bei zehn Terawattstunden im Jahr – die Bahn ist damit der größte Verbraucher hierzulande.

Wenn zusätzlich entsprechend große Speicher für den Strom gebaut würden, könnte die Bahn ihr grünes Versprechen einhalten. Ganz ohne zu schummeln. Es bliebe für die Konkurrenten auf der Schiene, den Nah- und Fernverkehr und die Allgemeinheit sogar noch eine Menge Energie übrig. Etwa für die Versorgung öffentlicher Ladesäulen für Pkw und Lkw.

Der Wechselrichter, den die ISE-Forscher gemeinsam mit der Vensys Elektrotechnik GmbH in Diepholz entwickelt haben, hat eine Leistung von einem Megawatt. Bei Tests im Multi-Megawatt-Labor des ISE erreichte der Wechselrichter einen Wirkungsgrad von beeindruckenden 96,6 Prozent. Das Bahnnetz könne auf diese Weise entlastet werden, denn bis zu fünf Megawatt könnten direkt in die Oberleitungen fließen.