Die Stromversorgung des Schienenverkehrs differenziert sich elementar von der sonstigen öffentlichen Stromversorgung. In Deutschland ist bei der öffentlichen Stromversorgung eine Frequenz von 50 Hertz (Hz) allgegenwärtig. Die Stromversorgung des Schienenverkehrs liegt dagegen aus historischem Hintergrund bei einer Frequenz von 16,7 Hz.
Die Sonderfrequenz von 16,7 Hz wird seit Anfang der Elektrifizierung im Jahr 1903 eingesetzt. Der Grund hierfür ist, dass elektrische Triebfahrzeuge mit EinphasenwechselstromReihenschlussfahrmotoren damit sowohl technisch als auch wirtschaftlich betrieben werden können. Bei einem Einsatz von 50 Hz neigen die Maschinen bei großer Belastung zu sogenannten Bürstenfeuern. Das sind Abreißfunken an den Kohlebürsten, was zu einem großen Verschleiß und auch zu hohen Kosten führt. Die Züge werden mit einer Spannung von 15 Kilovolt (kV) über die Fahrleitungen versorgt. Das Stromnetz der DB ist so ausgelegt, dass die Energie direkt zu den Zügen geleitet werden kann. 70% des Stroms mit einer Frequenz von 16,7 Hz werden direkt aus Kraftwerken, die für die Bahn arbeiten, eingespeist. Die restlichen 30% werden aus dem allgemeinen 50 HzNetz entnommen und in 16,7 Hz umgewandelt. Im Hinblick auf andere Verkehrsträger ist die Bahn ein Vorreiter bezogen auf den Energiebedarf. Dies liegt unter anderem daran, dass Züge eine geringe Rollreibung zwischen Rad und Schiene aufweisen. Ebenso ist der Luftwiderstand, gerade bei langen Zügen, günstig. Ein anderer Grund für den niedrigeren Energiebedarf ist die Elektrifizierung der Züge, die im Jahr 1903 begonnen hat (Gründung Deutsche Bundesbahn: im Jahr 1949, davor: Deutsche Reichsbahn). Zusätzlich kann bei modernen Elektrotriebfahrzeugen bei einem Bremsvorgang ohne zusätzlichen Aufwand die Bremsenergie mit großem Wirkungsgrad in das Netz zurückgespeist werden. Laut der Veröffentlichung der Wissenschaftlichen Dienste des Deutschen Bundestags zum Thema Elektrifizierungsgrad der Schieneninfrastruktur wird die Schieneninfrastrukturstatistik durch diese Institution alle fünf Jahre neu erhoben. Im Jahr 2015 umfasst das deutsche Schienennetz eine Gesamtlänge von 38.466 km, davon sind 20.726 km elektrifiziert. Die Statista Quelle zum Thema Elektrifizierungsgrad staatlicher Eisenbahnnetze in Europa in 2017 sagt Folgendes aus: In Deutschland sind 60% der Eisenbahnnetze elektrifiziert, in der gesamten EU dagegen nur 54%. Vorreiter ist die Schweiz mit 100%, dahinter Belgien mit 86%. Im deutschen Fernverkehr dagegen sind bereits 98% der Strecken elektrifiziert. Hier stellt der ICVerkehr nach Oberstdorf und nach Sylt unter anderem eine Ausnahme dar. Um auch bei diesen Strecken in Zukunft auf den Dieselantrieb verzichten zu können, wird versucht, die restlichen Strecken ebenfalls zu elektrifizieren. An alternativen Antrieben, wie dem Batteriezug, wird zudem gearbeitet. Damit lassen sich Streckenabschnitte, die noch nicht elektrifiziert sind, überbrücken. Die Bundesregierung verfolgt das Ziel, dass bis zum Jahr 2025 70% aller Strecken in Deutschland elektrifiziert sind. Damit dieses Ziel erreicht werden kann, müssen ab 2020 bis 2025 jährlich rund 500 km elektrifiziert werden. Im Zeitraum von 2005 (hier waren 57% elektrifiziert) bis ins Jahr 2019 (hier waren 61% elektrifiziert) wurden jährlich nur rund 70 km elektrifiziert. Laut Allianz pro Schiene ist das 70%Ziel zwar möglich, erfordert aber ein entschlossenes und auch mutiges Handeln seitens der Politik.
Laut eigenen Angaben weist die DB pro Jahr etwa zehn Terrawattstunden Stromverbrauch auf. Das entspricht ca. dem jährlichen Stromverbrauch der Stadt Hamburg. Damit der Strombedarf gedeckt werden kann, wird dieser aus verschiedenen Quellen eingekauft. Folgende Abbildung zeigt den Bahnstrommix.
Abb.: Bahnstrommix im ZeitVergleich (2016, 2017, 2018)
Hier sind die unterschiedlichen Stromquellen der DB zwischen den Jahren 2016 2018 zu sehen. Der Anteil der erneuerbaren Energien nimmt jährlich zu. Im Jahr 2016 liegt der Anteil bei 42,0%, im Jahr 2017 bei 44,0% und im Jahr 2018 schon bei 57,2%. Die Energiequellen aus Kernenergie und Steinkohle sind dagegen beide rückgängig. Die Kernenergie beträgt im Jahr 2018 noch 9,6% (2016: 17,3%, 2017: 13,0%), die Energie aus Steinkohle noch 18,7% (2016: 26,6%, 2017: 23,3%). Braunkohle dagegen hat im Jahr 2016 einen Anteil von 6,0%, welcher 2017 auf 7,5% angestiegen ist und daraufhin im Jahr 2018 auf 5,7% gefallen ist. Ähnlich ist der Verlauf bei Erdgas. Im Jahr 2016 nimmt der Wert 7,6% ein, 2017 ist ebenfalls ein Anstieg bis auf 11,6% zu sehen und 2018 fällt der Wert auf 8,3%. Sonstige Energiequellen (hier in Dunkelrot dargestellt) nehmen jährlich einen Platz von rund 0,5% ein. Mit einem Wert von rund 57% Anteil an Strom aus erneuerbaren Energien ist die DB im Moment der größte Verbraucher von Ökostrom in Deutschland. Ziel ist es, diesen Anteil in den nächsten Jahren weiter zu erhöhen.
Das Unternehmen hat ursprünglich den Plan, bis ins Jahr 2050 den Strom vollständig aus erneuerbaren Quellen zu beziehen. Dieser Zeitraum wird auf das Jahr 2038 verkürzt. Ursprünglich gibt es auch das Zwischenziel, bis 2020 35% Ökostrom zu nutzen. Dieser Wert wird bereits im Jahr 2013 erreicht. Ein 100 prozentiger Umstieg auf erneuerbare Energien benötigt Zeit, da es unter anderem sein kann, dass existierende Verträge von Anbietern erst noch auslaufen müssen, bevor sie durch neue Verträge ersetzt werden können (siehe dazu Kraftwerk Datteln 4 im weiteren Verlauf des Textes). Der jetzige Ökostrom wird unter anderem durch Wasserkraftwerke bezogen. Diese sitzen z.B. am Lech, der Isar, Rhein oder Mosel. DB Energie bezieht außerdem Herkunftsnachweise aus unterschiedlichen Stromquellen in Deutschland und Europa. Damit nachgewiesen werden kann, dass es sich um Ökostrom handelt, werden nur Herkunftsnachweise genutzt, die im Herkunftsnachweisregister des Umweltbundesamtes (HKNR) erfasst sind. Im Fernverkehr der DB sowie bei den SBahnen Hamburg und Berlin verkehren die Züge seit dem Jahr 2018 mit 100% Ökostrom. Damit das funktioniert, wird der Stromverbrauch für die Strecken im Voraus ermittelt und die entsprechende Menge Ökostrom wird dann bei der DB Energie eingekauft. Nicht nur Züge fahren mit Ökostrom, auch Bahnhöfe verwenden diesen immer öfter. Die 15 größten Bahnhöfe in Deutschland werden seit 2019 vollständig damit betrieben.
Im Hinblick auf die Stromgewinnung durch Steinkohle gibt es allerdings neue Entwicklungen. Obwohl sich Bund und Länder auf einen Kohleausstieg geeinigt haben, geht das Steinkohlekraftwerk Datteln 4 nach zehn Jahren Verzögerung im Jahr 2020 in Betrieb. Als der Strompreis an der Strombörse vor einigen Jahren noch höher war, hat unter anderem die DB einen Liefervertrag mit Datteln 4 abgeschlossen. Im Jahr 2007 sichert sich die DB etwa 400 Megawatt Leistung des Kraftwerks (1.100 Megawatt sind im Kraftwerk möglich). Das Kraftwerk wird in dieser Größe gebaut, da sich die DB für einen langfristigen Vertrag verpflichtet. Mithilfe dieses Steinkohlekraftwerks könnten 25% des Strombedarfs der DB gedeckt werden. Die Energiegewinnung steht heute allerdings im Gegensatz zur Ökostromstrategie des Unternehmens. Da die DB als großer Abnehmer gilt, ist beim neuen Kraftwerk mit einer hohen Auslastung zu rechnen. Die DB möchte den Strom zwar nicht mehr, steht jedoch im Vertragsverhältnis. Thomas Krämerkämper, Landesvorsitzender des Umweltverbands, sagt, dass die Entwicklung des Kraftwerkbetreibers nur durch großen Druck von außen, also beispielsweise der Fridays for Future Bewegung, gestoppt werden kann. Die Bewegung hat bereits angekündigt, Datteln 4 als ein Schwerpunktthema der Demonstrationen aufzugreifen. Bis in das Jahr 2030 könnte die Bahn schon mit 100% Ökostrom fahren, wenn sie nicht im Vertragsverhältnis mit Datteln 4 stehen würde.