Elektromobilität auf dem Betriebshof – mit der richtigen Planung zum Erfolg

Elektromobilität im Bus-ÖPNV ist auf dem Vormarsch, nicht zuletzt aufgrund der Clean Vehicles Directive der EU. In absehbarer Zukunft werden E-Busse nennenswerte Flottenanteile bei nahezu jedem ÖPNV-Betreiber einnehmen müssen. E-Busse sind dabei kein Standardprodukt. Vielmehr gibt es untereinander stark unterschiedliche Varianten, die letztlich auf verschiedene Kombinationen von Traktionsbatterien, Ladestrategien und Ladeschnittstellen zurückgehen. Die unterschiedlichen Systemansätze, nach Gelegenheits- und Depotladekonzept, erfordern in allen Fällen umfassende Planung und Projektentwicklung.

Bis auf wenige Ausnahmen erfordern alle Ansätze die Einrichtung einer umfassenden Ladeinfrastruktur im Betriebshof. Auch wenn beim Gelegenheitsladen der Großteil der notwendigen Energie aus dezentralen Ladestationen im Liniennetz bezogen wird, müssen die Busse dennoch im Depot über Nacht nachgeladen werden. In erster Linie kann so sichergestellt werden, dass Umläufe immer mit vollgeladenen Batterien starten. Zusätzlich erfordern die Traktionsbatterien Balancing-Prozesse an einer Energiequelle und im Winter können die Fahrzeuge so schon vor dem Einsatz vorgeheizt werden. Im Rahmen seiner Beratungsleistungen stellt EEBC das Thema Ladeinfrastruktur an eine zentrale Position auf Augenhöhe mit der eigentlichen Fahrzeugauslegung. Schließlich ist die Infrastruktur ebenfalls ein hoher Kostenfaktor in jedem E-Bus-Projekt und wird darüber hinaus über einen wesentlich längeren Zeitraum betrieben als die Fahrzeuge.

Während für sehr kleine Flotten das Thema Depot-Ladeinfrastruktur eine untergeordnete Rolle spielen

kann, spielt es für größere Flotten eine zentrale Rolle. Die entscheidenden Faktoren sind hier  Energieversorgung, Platzbedarf und natürlich Kosten.

Intelligente Steuersysteme einsetzen

Um Fahrzeuge gleichzeitig zu laden, muss das Versorgungsnetz die notwendigen Leistungen liefern

können. Für größere Flotten sind die bestehenden Versorgungskapazitäten häufig nicht ausreichend. Um hier nachzusteuern, kann offensichtlich der Netzanschluss erweitert werden, was jedoch mit hohen Kosten verbunden ist. Um diese Ausbaukosten auf ein Minimum zu beschränken, oder sogar ganz auszuschließen, eignen sich besonders Lade- und Energiemanagementmaßnahmen. Vereinfacht dargestellt werden intelligente Steuersysteme eingesetzt, um den zeitlichen Verlauf der Netzlast (Lastgang) zu beeinflussen. Ziel ist es, dass möglichst geringe Spitzen auftreten und Energie bevorzugt immer dann bezogen wird, wenn der Stromtarif günstig ist. Dieses Vorgehen empfiehlt sich auch bei ausreichenden Netz-Anschlussleistungen, da die gängigen Stromtarife an den Lastspitzen bemessen werden. Üblicherweise muss eine einmalige 15-minütige Lastspitze ganzjährig bezahlt werden!

Um den Lastgang zu optimieren, werden die einzelnen Ladeintervalle der Fahrzeuge gegeneinander

verschoben. Dabei muss natürlich gewährleistet sein, dass die Fahrzeuge zum Abfahrtzeitpunkt vollgeladen zur Verfügung stehen und Abweichungen im Betriebsablauf (z.B. Verspätungen) keine

schwerwiegenden Auswirkungen haben. Der Einsatz stationärer Energiespeicher bietet in diesem Kontext

zusätzliche Möglichkeiten, den Lastgang zu steuern und ggf. eigenerzeugte Energie aus Sonne und

Wind lokal für die spätere Verwendung im Fahrzeug zu speichern.

Ladesystem optimal dimensionieren 

Die Philosophie, jeden Bus mit einer eigenen Ladestation zu laden, stößt aus vielerlei Gründen mit

steigender Flottengröße an ihre Grenzen. Die große Menge an elektrischer Infrastruktur bedeutet schlicht

einen enormen Platzbedarf und stellt einen großen Kostenfaktor dar. Gleichzeitig ist die Ladeinfrastruktur

die meiste Zeit ungenutzt: Bei einem Ladevorgang pro Tag (ca. 4 h) bleibt die Infrastruktur für 20 Stunden ungenutzt. Abhilfe schaffen hier vernetzte Ladeinfrastrukturen. Hierbei kann eine einzelne Ladestation

mehrere Ladepunkte, z. B. durch Umschalten, mit Energie versorgen. Entsprechende Ansätze können den Bedarf an Ladeinfrastruktur häufig auf ein Drittel oder Viertel reduzieren. Um ein solches Ladesystem zu dimensionieren, sind umfangreiche Untersuchungen erforderlich, insbesondere wenn Lade- und Energiemanagementfunktionen gleichzeitig umgesetzt werden. Es gilt das Gesamtsystem so

zu entwerfen, dass einerseits die Kosten auf ein Minimum reduziert werden und andererseits jederzeit

sichergestellt ist, dass jedes Fahrzeug immer mit der erforderlichen Leistung geladen werden kann.

Insbesondere im Winter, wenn Fahrzeuge über die Ladeanschlüsse elektrisch vorgeheizt werden, kann

dies Engpässe verursachen. Um hier Planungssicherheit zu erreichen, empfehlen sich detaillierte

Berechnungen, Simulationen und Ladepläne, bei denen der Ladevorgang jedes einzelnen Fahrzeuges

mit verschiedenen Ladeinfrastruktur-Ansätzen durchgerechnet wird.

Neben der Leistungselektronik ist auch die Ladeschnittstelle selbst platzrelevant. Die Ladeschnittstelle

für Ladestecker ist seitlich am Fahrzeug verbaut (meist einseitig). Zwischen den Fahrzeugen muss bei Abstellung nicht nur der Platz für Stecker und Ladekabel vorgesehen werden, sondern auch für das Personal, um die Schnittstelle überhaupt sicher bedienen zu können. Im Gegensatz dazu können Pantographensysteme sehr platzsparend installiert werden, indem Ladebrücken über mehrere

Fahrzeugspuren ausgeführt werden. Auch bei reinen Depotladekonzepten kann diese Art der Schnittstelle einen deutlichen Mehrwert darstellen, da schlichtweg mehr Fahrzeuge auf derselben Fläche abgestellt werden und manuelle Fehlerquellen durch das automatische System reduziert werden. Zusätzlich kann die erhöhte Ladeleistung gegenüber dem leistungsbegrenzten CCS-Stecker weitere Möglichkeiten für das Lademanagement erzeugen, indem einzelne Fahrzeuge schneller geladen werden, um die Infrastruktur folgenden Fahrzeugen zur Verfügung stellen zu können.

Von Beginn an richtig planen

Die Planung der Ladeinfrastruktur sollte in jedem E-Mobilitätsprojekt einen hohen Stellenwert einnehmen, selbst wenn es zunächst um kleine Flotten geht. Bereits hier wird der Grundstein für das finale Ladesystem der Gesamtflotte gelegt. Die Einrichtung sollte bereits so ausgelegt sein, dass sie schrittweise auf das Optimum in der finalen Ausbaustufe erweitert werden kann.

Dr. Heinz Kaiser

Vertrieb, Strategie, Kommunikation

EEBC European Electrical Bus Company GmbH

Bessie-Coleman-Str. 7

60549 Frankfurt am Main

h.kaiser@eebc.gmbh

www.eebc.gmbh

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