Analyse der Auswirkungen von Unsicherheiten beim optimierten Laden von elektrisch angetriebenen Bussen

Ziele/Ideen

Das Besondere besteht aus zwei Aspekten. Zum einen kann durch Anwendung eines mathematischen Konzepts einen optimaler E-Bus Betrieb ermöglicht werden, der beispielsweise Kosten oder die Netzbelastung minimiert. Das E-Bus Netz wird dabei mathematisch abgebildet und für eine vorgegebene Zielrichtung kann mit Garantie, die beste Lösung berechnet werden. Teil dieser Lösung ist dann auch ein konkreter Ladeplan, wann, wo, welcher E-Bus wie viel geladen soll. Dies funktioniert besonders dann gut, wenn es keine Unsicherheiten gibt, real sind diese jedoch vorhanden. Der zweite zentrale Aspekt besteht somit darin, diese bei theoretischen Betrachtungen vernachlässigbaren Unsicherheiten zu berücksichtigen und die Lücke für die Echtanwendung optimaler Ladealgorithmen zu schließen. Innovativ ist zudem der zweistufige Optimierungsansatz, der die Vorteile mehrerer Strategien (Kosten-, Leistungs- und Sicherheitsperspektive) kombiniert, um ein robustes Ladesystem zu schaffen.

Kurzbeschreibung

Die Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines robusten Lademanagements für E-Busse im Vorarlberger ÖPNV. Ziel ist es, ein System zu schaffen, das auch unter Unsicherheiten – wie Verspätungen oder erhöhtem Energieverbrauch – einen zuverlässigen, wirtschaftlich optimalen und netzdienlichen Betrieb ermöglicht. Da E-Busse im Vergleich zu Dieselbussen kürzere Reichweiten und längere Ladezeiten haben fallen Unsicherheiten mehr ins Gewicht und es ergeben sich neue und ganz andere Anforderungen an die Planung von Infrastruktur und Betrieb. Mittels mathematischer Optimierung wurde untersucht, wie stark solche Unsicherheiten die Ladeplanung beeinflussen und welche Strategien helfen können, Betriebssicherheit, niedrige Kosten und geringe Netzbelastung zu vereinen. Die Ergebnisse bilden eine mögliche Grundlage für die Entwicklung eines praxisnahen Echtzeit-Lademanagements für E-Busse.

Resultate

Die Simulationsergebnisse eines geplanten E-Bus-Systems (16 Busse, 3 Ladeorte, 24-Stunden-Betrieb) zeigen: Mit einem zweistufigen Optimierungsansatz lässt sich selbst bei Verspätungen bis 15 Minuten und einem Mehrverbrauch von bis zu 15 % eine 100 %ige Betriebssicherheit erreichen. Gleichzeitig reduziert sich der Infrastrukturbedarf sowie die Netzbelastung im Vergleich zu einer rein sicherheitsorientierten Ladeplanung um rund 65 %. Auch die Energiekosten (ohne Leistungskosten) sinken um etwa 17 %. Damit zeigt sich das Potenzial des entwickelten Modells, ökonomische Effizienz, ökologische Nachhaltigkeit und Betriebssicherheit in Einklang zu bringen.

Partner

FH Vorarlberg: Projektverantwortlicher
Hochschule Ravensburg: Partner Partnerhochschule
E-VO e-mobility GmbH: Partner Ladensäulenbetreiber
Verkehrsverbund Vorarlberg (VVV): Partner ÖPNV Vorarlberg
illwerke vkw AG, vlotte: Partner Energieversorger und Netzbetreiber