Themenfeld 4
Der Bus- und Wirtschaftsverkehr mit seinen besonderen Rahmenbedingungen für die Elektrifizierung und Integration elektrifizierter Fahrzeuge in lokale Smart Grids wird in einem eigenen Arbeitspaket betrachtet. Die relativ kurzen, planbaren Fahrstrecken machen gerade den urbanen Wirtschaftsverkehr zu einem prädestinierten Anwendungsfall für batterieelektrische Antriebe. Aufgrund der hier gegebenen günstigen Voraussetzungen sowie politischer Vorgaben besteht sowohl bei den Betreibern des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) als auch bei den städtischen Ver- und Entsorgungsunternehmen ein großes Interesse an neuen Konzepten zur wirtschaftlichen Einführung von emissionsfreien Fahrzeugen und der Nutzung erneuerbarer Energien. Bei den Unternehmen herrscht aber gleichzeitig eine große Unsicherheit bezüglich der geeigneten Fahrzeug- und Ladetechnologien. Die Integration elektrifizierter Fuhrparks in intelligente Netze eröffnet zwar interessante Perspektiven, nutzergerechte Lösungen sind aber heute noch nicht verfügbar.
Seitens der Flottenbetreiber und Fahrzeughersteller wird daher ein erheblicher Bedarf zur Bereitstellung von kompetenten und wissenschaftlich fundierten Erkenntnissen entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Elektrofahrzeugen, im Betrieb und als Energiespeicher, über intelligente Netze bis hin zu der Energiebereitstellung artikuliert.
Themenfeldkoordination:
Leitung:
Florian Ansgar Jaeger
(Siemens)
Stellvertretung:
Alexander Grahle
(TU Berlin – MPM)
TF4@mobility2grid.de
Daraus ergeben sich folgende übergreifende Forschungsfragen:
- Wie lassen sich nutzerorientierte Technologievergleiche und systematische Potentialanalysen für die Elektrifizierung von Bus- und Wirtschaftsverkehrsflotten umsetzen?
- Wie können neue Elektrifizierungskonzepte in Verbindung mit intelligenten Netzen auf dem EUREF Campus / in der Metropolregion Berlin und darüber hinaus demonstriert und verifiziert werden?
- Wie lassen sich elektrifizierte Bus- und städtische Wirtschaftsverkehrsflotten in vernetzten Stadtquartieren sukzessive einführen sowie national und international übertragen?
Im Forschungscampus Mobility2Grid werden die verschiedenen Technologievarianten sowohl hinsichtlich ihrer Potentiale als auch im Hinblick auf Betriebs- und Lebenszykluskosten untersucht. Dabei wird die Integration in Betriebsabläufe ebenso analysiert wie die Emissions- und Lärmvermeidungspotentiale. Anhand von elektrifizierten Prototypen, Vorserien- und Serienfahrzeugen wurden bei den beteiligten Partnern bereits Erfahrungen gesammelt und einschlägiges Datenmaterial erhoben und ausgewertet. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden im Rahmen der Forschungsaufgaben Demonstrationsprojekte umgesetzt.
Zentrale Bausteine sind dementsprechend:
- Entwicklung und Validierung einer interdisziplinären und modular anpassbaren Simulatiosumgebung für die Planung von elektrifizierten Fahrzeugflotten unter Berücksichtigung von erneuerbaren Energien, intelligenten Netzen und verkehrsplanerischen Zielgrößen für den ÖPNV und Wirtschaftsverkehr
- Nachweis der technisch-wirtschaftlichen Machbarkeit von elektrifizierten Nutzfahrzeugflotten und bidirektionalen Energiespeichern
- Konzipierung, Inbetriebnahme und Test der weltweit ersten bidirektionalen Ladestation einschließlich eines kompatiblen Elektrobusses zur Integration in das Micro Smart Grid auf dem EUREF-Areal
- Einrichtung und Betrieb eines elektromobilen, urbanen City-Hubs als dezentrale Distributionslösung
- Test eines bidirektional ladefähigen Plug-In Hybrid-Elektrofahrzeugs integriert in die vorhandenen Smart Grid Infrastrukturen des Forschungscampus
Hieraus entsteht ein umfassendes Vergleichsvorhaben zur Übertragbarkeit der verschiedenen bereichsübergreifenden Konzepte sowie zur integrierten Analyse und Bewertung der innovativen Infrastruktursysteme. Dabei werden die Arbeiten in enger Kooperation mit den weiteren M2G-Themenfeldern durchgeführt. Ziel ist es, in den Bereichen Fahrzeugtechnik, intelligente Ladetechnologie, Netzintegration und Telematikanwendung Rückschlüsse auf arealübergreifende Optimierungsmöglichkeiten und wirtschaftliche Effekte zu ziehen. So können die derzeit bestehenden Technologierisiken sukzessive reduziert und die Innovationskraft der Flottenbetreiber nachhaltig über die nächsten fünf Jahre gesteigert werden. Besonders interessant für involvierte Wirtschaftspartner ist hier die Möglichkeit, die erzielten Ergebnisse in ein Technologie-Roadmapping zu integrieren.
Publikationen
E. Lauth, P. Mundt, D. Göhlich: Simulation-based Planning of Depots for Electric Bus Fleets considering Operations and Charging Management. IEEE International Conference on Intelligent Transportation Engineering (ICITE), Singapur, doi: 10.1109/ICITE.2019.8880250OI, 2019
A. F. Raab, P. Teske, E. Lauth, J. F. Heinekamp, K. Strunz, D. Göhlich: Operational Integration of Electric Bus Fleets, Charging Process Analysis, and Field Test Results. IEEE International Conference on Smart Energy Systems and Technologies (SEST), Porto, Portugal, doi: 10.1109/SEST.2019.8849021, 2019
A. F. Raab, E. Lauth, J. F. Heinekamp, K. Strunz, D. Göhlich: Optimizing Charging Schedules for Electric Bus Fleets Through Service-Centric Virtual Power Plant Operations. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), Michigan, USA, doi: 10.1109/ITEC.2019.8790510, 2019.
A. F. Raab, E. Lauth, K. Strunz, D. Göhlich: Implementation Schemes for Electric Bus Fleets at Depots with Optimized Energy Procurements in Virtual Power Plant Operations. World Electric Vehicle Journal, vol. 10, p. 5, doi: 10.3390/wevj10010005, 2019.
E. Lauth, A. F. Raab, P. Teske, D. Göhlich, K. Strunz: Smart Grid Integration of Electric Buses: Implementation of a Uni-and Bidirectional Charging Infrastructure. The 31th International Electric Vehicle Symposium, Kobe, 2018
D. Göhlich, T.-A. Fay, D. Jefferies, E. Lauth, A. Kunith, X. Zhang: Design of urban electric bus systems. Design Science, vol. 4, p. e15, doi: 10.1017/dsj.2018.10, 2018
A. F. Raab, E. Lauth, K. Strunz, D. Göhlich: Implementation schemes for electrified bus fleets at intra-urban depots with optimized energy procurements in virtual power plant operations. The 30th International Electric Vehicle Symposium, Stuttgart, 2017
S. Gräbener, M. Tarnowski, D. Göhlich: Commercial Vehicle Drive Train Technology and Topology Pre-selection. IEEE Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER) Conference, Monaco, 2015
S. Gräbener, M. Tarnowski, D. Göhlich: Multi-dimensional Value-Benefit Analysis for Electrified Commercial Vehicle Concepts. IEEE Vehicular Power and Propulsion (VPPC) Conference, Montreal, 2015
D. Göhlich, A. Kunith, S. Gräbener: Systemtechnologien für elektrische Stadtbusse – die richtige Wahl. Internationales Verkehrswesen (64) Vol. 4, 2013
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