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Simulationsbasierte Planung und Evaluation von Depots für elektrische Busse
Lauth, Enrico
Derzeit befinden sich Verkehrsbetriebe weltweit im Spannungsfeld zwischen der zügigen Einführung von emissionsfreien Stadtbussen zur Erreichung umwelt- und klimapolitischer Ziele, der Implementierung der dafür notwendigen, passenden Infrastruktur und der parallelen Umstellung von Betriebsprozessen. Bei dem aktuellen Roll-Out werden überwiegend batterieelektrische Stadtbusse vorgesehen. Mit deren zunehmendem Anteil konzentrieren sich die Herausforderungen auf die Gestaltung der Busdepots. Insbesondere bei Neuplanungen stellt sich die Frage der räumlichen Anordnung von Abstellplätzen und der erforderlichen Anlagen für den Fahrzeug-Service. Ladeinfrastruktur muss implementiert und eine ausreichende Stromversorgung sichergestellt werden. Hinzu kommt, dass unterschiedliche Ladestrategien existieren, die Auswirkungen auf den Energie- und Leistungsbedarf im Depot besitzen. Um diesen Bedarf zu decken ist der Ladevorgang in den Betriebsablauf so zu integrieren, dass weiterhin ein störungsfreier, effizienter Betrieb möglich ist.
In der Literatur wurde die Planung von elektrischen Busdepots nur unzureichend untersucht. Daher ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung einer Methodik zur Planung und Evaluation von elektrischen Busdepots, um Betreiber im Planungsprozess zu unterstützen und somit eine zügige Realisierung zu ermöglichen. Auf Basis einer Analyse von Busdepots und der Identifizierung relevanter Merkmale und Wirkungszusammenhänge, wurde ein diskretes, ereignisorientiertes Simulationsmodell entwickelt, um den dynamischen Depotbetrieb realitätsnah abzubilden. Wichtige Bestandteile des Modells sind Steuerungs- und Optimierungsalgorithmen für das Abstellen und Disponieren der Busse zur effizienten Nutzung der Abstellanlage, für das Lade- und Lastmanagement zur Auslegung des Netzanschlusses und für die Konfiguration der Abstellflächen. Das Modell kann durch den modularen Aufbau eine Vielzahl von Planungsszenarien abdecken.
Die Anwendung der Methodik wird anhand eines realen Fallbeispiels zum Bau eines elektrischen Busdepots für den Betrieb von 39 Linien demonstriert. Das Ergebnis ist eine Planungsgrundlage bestehend aus einem Depotlayout, Fahrzeug-, Stellplatz- und Ladeinfrastrukturbedarf sowie Lastprofile zur Auslegung des Netzanschlusses. Weiterhin wird die Leistungsfähigkeit des elektrischen Depots durch quantitative Indikatoren bewertet.
Transport operators worldwide are currently facing the challenge of a rapid introduction of zero-emission city buses to achieve environmental and climate policy goals, an implementation of the appropriate and necessary infrastructure, and a parallel conversion of operating processes. The current roll-out predominantly involves battery-electric city buses. With their increasing share, the challenges are concentrated on the design of the bus depots. The question of the spatial arrangement of parking spaces and the necessary facilities for vehicle servicing arises in particular in the case of new planning. Charging infrastructure must be implemented and a sufficient power supply must be ensured. In addition, different charging strategies exist, which have an impact on the energy and power demand in the depot. In order to meet this demand, the charging process must be integrated into the operational sequence in such a way to guarantee unobstructed, efficient operation.
In the literature, the design of electric bus depots has been insufficiently investigated. Therefore, the aim of this thesis is to develop a methodology for the planning and evaluation of electric bus depots in order to support operators in the planning process and thus enable a rapid realization. Based on an analysis of bus depots and the identification of relevant characteristics and interdependencies, a discrete, event-oriented simulation model has been developed to realistically represent the dynamic depot operation. Important components of the model are control and optimization algorithms for parking and dispatching of buses to ensure efficient use of parking facilities, for charging and load management in order to design the grid connection and for the configuration of parking spaces. The model can cover a wide range of planning scenarios due to its modular design.
The application of the methodology is demonstrated using a real case study for the construction of an electric bus depot for the operation of 39 lines. The result is a planning basis consisting of a depot layout, the demand for vehicles, parking spaces and charging infrastructure as well as load profiles for the design of the grid connection. Furthermore, the performance of the electric depot is evaluated by quantitative indicators.
