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Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb
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Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb
VEL-WAGONVersatile Efficient and Longer Wagon for European Transportation
Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy
Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb
EC FP7-SST-2010-RTD-1Collaborative Project, Nr. 265610Duration: 25 M (01.12.2010-31.12.2012)
4 Partners: TUB: SFWBB (Prof. Siegmann) und SFZ (Prof. Hecht) UNIZA: Departments Railway Transportation, Transportation Networks and Machines TVP: Tatravagonka (Slowakia) KTH: Railway Group (Prof. Nelldal)
Advisory Board (SNCB, UIC, DB, Green Cargo, HPA, UIRR, DUSS, ECT, ERS and Private Consultants)
Total budget: ~ 1Mio EUR (EC Fund: 831.687 EUR)
Official Information
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Longer loading surfaces without interruption, as well as more capable platforms with higher axle loads and with lower loading heights to increase the capacity of the freight railway transportation
Project Idea
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Scientific Objectives
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Present and future road-rail transport market
Present and future wagonload transportation market in Europe
Infrastructure limitations, technical and economical, to extended wagon lengths, axle loads and loading gauges
Wagon enlargement possibilities, especially when it comes to length between bogie pivots, length between pivots and couplers, loading height and loading gauge for ITUs (also semitrailers) and conventional units, tare weight, heavy stresses on frame as well as dynamic and static characteristics of such wagons
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40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
# wagons
t-km 2010c.a. 400 Mrd. t-km
2010c.a. 650.000 wagons
Data source: Eurostat and UIC 2011
Background freight railways
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Drop in t-km transported by railways after 1990 and slightly decreasing during last two decades
Severe drop in number of wagons employed in rail freight transportation More efficient utilization of wagons, especially intermodal wagons Longer distances of transport
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Supply Chain
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INPUT TRANSPORTRaw materials
Heavy transportsWhat counts: Price
PRODUCTIONIndustries
Technology,sophistication, specialization
OUTPUT TRANSPORTFinished and semi-finished
products Light transports, long distances
What counts: Price and quality
Micro Logistics
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Road transport
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80% of road transports Volume oriented 20% of road transport Weight oriented
Data source: Eurostat 2011
Data source: Eurostat 2011
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Road transport
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Lighter goods tend to travel longer distances than heavy goods
Data source: Ministerio de Fomento 2011
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Rail freight transport
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Freight rail evolution in Germany
Total
Wagonload
CTTrainload
SWL
0
20
40
60
80
100
120
140
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Mrd
. T
km
Averaged values for German trains
Single wagon load
Unit trains Heavy unit trains
Intermodal trains
Total
Gross weight (t) 1.094 1.087 2.007 1.046 1.140Net weight (t) 531 479 1.055 384 523Distance of transport (km) 255 419 336 646 374Train length (m) 453 383 513 502 457net/gross weight in % 49% 44% 53% 37% 46%
Data source: Destatis, Eurostat, DB AG Wettbewerbsbericht 2010.
Data source: Schienenwege des Bundes November 2010, Federal Ministry of Transport, Building and Urban Development Germany.
114 (2011)
40 (2011)
74 (2011)
Lorry 2+3 axles
321817016,556%
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Container Transportation
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Data source: Ci-Census 2003 (own calculations to interpret 2010 share)
Rotterdam Port TEU/Container
1989 1,451994 1,521999 1,592004 1,622010 1,652020 ? (>1,65)
New York 2009 1,72Los Angeles 2009 1,80
Averaged gross weight of a loaded container in Europe:
~12,5 t/TEU
Data source: Rotterdam Port, New York, Los Angeles and Long Beach Ports
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Container Transportation(2)
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Source data: 2011 Eurogate and Euromax terminals, Antwerp Port statistics and Eurostat.
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Continental Transport
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Data source: Combination of data from Eurostat, Destatis and UIRR statistics; validated with the data of a big intermodal operator, arrows indicate trend. (It does not include 20 and 40 ft sea containers)
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Wagon fleet
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Intermodal wagons in Europe
Source data: Diomis report “Intermodal rolling stock in Europe”
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VEL-Wagon Concepts
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80 ft (with and without pocket)
85 ft (with and without pocket)
90 ft (with and without pocket)
90 ft (Double pocket)
Wagons to be compared
106 ft TWIN (with pocket)
60 ft (with and without pocket)
80 ft (without pocket)
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Scenarios on Container Traffic
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Probability 60 ft 80 ft art VEL-80 ft
Mix 1234 Import 6,6% J 15% 11,9 11,5 15,3
Mix 123 Import 6,3% J 16% 11,4 11,1 14,8
Mix 1234 Export 5,9% J 12% 14,4 13,4 18,2
Mix 124 Import 5,6% J 15% 10,5 10,8 14,4
Mix 123 Export 5,3% J 16% 13,0 12,8 17,3
Mix 12 Import 5,2% J 16% 9,7 10,1 13,2
Mix 134 Import 5,1% J 18% 11,5 10,8 14,4
Mix 13 Import 4,7% J 16% 10,4 10,2 13,4
Mix 124 Export 4,5% J 12% 12,1 12,3 16,6
Mix 234 Export 4,1% L -3% 18,2 16,0 22,2
Mix 14 Import 4,0% J 15% 9,1 9,5 12,3
Mix 12 Export 4,0% J 17% 10,7 11,5 15,3
Mix 134 Export 3,7% J 14% 14,5 13,4 18,2
Only 1 Import 3,6% J 16% 8,2 8,5 10,9
Mix 23 Export 3,5% J 18% 17,0 15,3 21,1
Mix 13 Export 3,1% J 15% 12,8 11,8 15,8
Mix 234 Import 3,0% K 0% 18,3 16,3 22,6
Mix 24 Export 2,8% K 1% 15,1 15,3 21,0
Mix 23 Import 2,7% K 0% 17,1 15,7 21,6
Mix 14 Export 2,3% J 14% 11,2 11,0 14,6
Only 2 Export 2,2% J 17% 12,6 13,7 18,7
Mix 24 Import 2,0% K 0% 16,5 15,3 21,1
Mix 34 Export 1,9% L -16% 23,1 21,4 30,2
Only 1 Export 1,8% J 14% 8,2 8,5 10,9
Only 2 Import 1,6% J 14% 13,6 13,7 18,7
Mix 34 Import 1,5% L -16% 17,2 17,0 17,4
Only 3 Export 1,3% L -32% 22,5 19,1 26,7
Only 3 Import 1,1% L -32% 22,5 19,1 26,7
Only 4 Export 0,6% L -8% 27,8 23,8 33,8
Only 4 Import 0,4% L -6% 27,8 23,8 33,8
All Import 53,1% J 6% 12,2 11,8 15,6
All Export 46,9% J 5% 14,4 13,7 18,7
All All 100% J 11% 13,2 12,7 12,72,79 t/m 2,89 t/m 2,74 t/m
Case VEL effectivenessAxle load (t)
meter load -->
Operators could spare one full train in 9
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Intermodal transport
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Articulated wagon
80 ft
4 m of loading length per axle
Short wagon
60 ft
4,6 m of loading length per axle
Articulated wagon
106 ft
5,6 m of loading length per axle
VEL wagon
80 ft
6 m of loading length per axle
Hinterland transport
12,6 t/axle 13,1 t/axle Normally not used 16,1 t/axle
Continental transport Normally not used 13,5 t/axle 15,2 t/axle 16,6 t/axle
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Advantages
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Aerodynamics KRolling LGradient LAcceleration LCurve K
Aerodynamics JRolling JGradient JAcceleration JCurve K
* Source data: VEL-wagon study, 100km track Würzburg–Nürnberg, 500 m long train, different loading schemas.
• More TEUs/ m• More payload /
m
• More TEUs/ m• Less payload / m• ~15% less
consumption / TEU*
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Not new
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ITLength : 25,8 mCapacity: 4 TEUsPayload: 58 t (14,5 t/TEU)Loading height 1170 mm
BE & CHLength : 23,13 mCapacity: 3,6 TEUsPayload: 67,3 t (18,6 t/TEU)Loading height 1100 mm
PLLength : 25,9 mCapacity: 4 TEUsPayload: 66 t (16,5 t/TEU)Loading height 1155 mm
EU NON-EUUS Length : 27,1 mCapacity: 4,3 TEUsPayload: 100 t (24 t/TEU)
UKR Length : 25,6 mCapacity: 4 TEUsPayload: 71,2 t (17,8 t/TEU)
US Length : 28,3 mCapacity: 4,5 TEUsPayload: 78 t (17,3 t/TEU)
Source: TRW
Source: Ignazio Messina
Source:"TABOR" M. Dybowski S.J.
Source: Greenbrier
Source: : Hekmat GmbH.
Source: Greenbrier
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Challenges
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Hi-Cube 2,9 m tall
~ ?1155 mm
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Concept
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VEL-WagonLength : 80’ (to 90’)Capacity: 4 (to 4,5) TEUsTare < 22 tPayload (22,5): 68 t (17 t/TEU)Loading height: 1090mm (whole length) Speed 120 km/h (loaded)Gauges (GA, GB, GC)Different configurations on multipurpose function
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VEL-Wagon
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Business case shuttle Rotterdam-Milano
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Turnaround costs
Locomotive Wagon Access Energy Personnel Overall
Reference 6.647,32 € 2.122,62 € 8.508,81 € 6.047,26 € 2.209,34 € 25.535,35 €
VEL-Wagon 6.647,32 € 1.828,82 € 8.294,01 € 5.238,08 € 2.209,34 € 24.217,57 €
Change 0,00% -13,84% -2,52% -13,38% 0,00% -5,16%
Costs per turnaround
The rail operator could save up to a half million Euros a year if using VEL-Wagon instead of using the typical rolling stock.
Train energy consumption in kWh per km
Train length
Train g. weight
Train tare
Train payload
No. wagons
No. axles
Axle
load
Total (100%)
Rolling (33%)
Aero (32%)
Potential (27%)
Rest (8%)
Reference 520 m 1385 t 635 t 750 t 20 114 12,15 t 26,00 8,58 8,32 7,02 2,08
VEL-Wagon 520 m 1253 t 503 t 750 t 19 80 15,66 t 22,52 7,19 6,90 6,35 2,08
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Model and a version to real implementation
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www.vel-wagon.eu
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