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Standortoptimierung von induktiven Ladestellen für den Stadtverkehr

Ziele/Ideen

Die Optimierung der Standorte unserer aktuellen und überwiegend aus Tankstellen bestehenden Energieversorgungsinfrastruktur war zum Zeitpunkt der Errichtung nicht notwendig. Dies liegt einerseits daran, dass Fahrzeuge in sehr kurzen Dauern vollständig geladen werden können und andererseits eine vollständige Ladung Reichweiten über 500 km ermöglicht. Die Versorgungsdichte durch Tankstellen ist ausreichend hoch, dass das Risiko eines leeren Tanks nahezu nicht existiert.

Mit der Migration zu alternativen Antriebs- und Versorgungskonzepten ist keiner dieser Vorteile gegeben. Die Energiedichten von Lithium-Ionen-Akkus nicht nur um Größenordnungen niedriger, als die von fossilen Kraftstoffen; auf die Übertragungsleistungen sind vergleichsweise gering. Um einen Anreiz für potenzielle Käufer zu schaffen, sind Optimierungsmaßnahmen erforderlich, zu denen sowohl die optimale Platzierung von Ladestellen in eine Verkehrsinfrastruktur als auch die Eingliederung von Ladeprozessen in den Verkehrsbetrieb zählt und in dieser Dissertation vorgenommen wurde.

Kurzbeschreibung

Die Markteinführung von Elektrofahrzeugen erfordert eine vollständige und bedarfsgerechte Umstrukturierung der bestehenden Energieversorgungsinfrastruktur, die derzeit überwiegend aus Tankstellen zum „Nachladen“ von Benzin und Diesel besteht. Mit dieser Infrastruktur muss gewährleistet werden, dass Elektrofahrzeuge ihre Ziele zuverlässig und mit minimalen Unterbrechungen erreichen können. Besonders in Großstädten ist jedoch die Wahl von Ladestellenstandorten durch die baulichen Gegebenheiten stark eingeschränkt. Zusätzliche Flächen für den weiteren Ausbau der Versorgungsinfrastruktur sind nur selten vorhanden; auch ein fester Stell- und Ladeplatz für Fahrzeuge kann im Umfeld von städtischer Wohnungsbebauung nicht immer gewährleistet werden. Die induktive Energieübertragung bietet in dieser Hinsicht den Vorteil, dass Ladestellen direkt in die Verkehrswege eingelassen und die Ladeprozesse vollständig in den übrigen Verkehrsbetrieb, wie bspw. vor roten Ampeln, integriert werden können.

Resultate

Das vorgestellte Verfahren wurde beispielhaft an der Verortung einer induktiven Ladeinfrastruktur in einem Ausschnitt des Braunschweiger Stadtverkehrs durchgeführt. Das betrachtete Referenzszenario besteht aus einer Infrastruktur deren Verkehrswege eine Gesamtlänge von 48,69 km umfassen und sowohl Lichtsignalanlagen als auch Bushaltestellen beinhalten. Es wird der Verkehr über einen Zeitraum von 2,5 Stunden während der morgendlichen Hauptverkehrszeit betrachtet und darin das repräsentativ parametrierte Verhalten von 18134 Fahrzeugen, inklusive öffentlichen Verkehrs, mikroskopisch simuliert. Der kumulierte Energiebedarf des Verkehrs liegt bei 6,39 MWh. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der optimalen Platzierung von 177 Ladestellen (von jeweils 5 m Länge) der gesamte Verkehr mit der erforderlichen Energiemenge versorgt werden kann. Die summierte Länge der Ladeinfrastruktur entspricht mit 885 m einem Ausrüstungsgrad von 1.82% der gesamten Verkehrswegeinfrastruktur.

Um dieses Ergebnis mit einer bestehenden Energieversorgungsinfrastruktur in Relation zu setzen, wird der oberleitungsbetriebene öffentliche Verkehr in der Stadt Solingen betrachtet, deren Verkehrswegeinfrastruktur eine Gesamtlänge von ca. 2360 km umfasst. Mit einer Länge des Oberleitungsnetzes von 113 km liegt der Ausrüstungsgrad bei 4,7 %, um mit 50 Fahrzeugen nur einen Bruchteil des gesamten Verkehrs mit Energie zu versorgen.

Voraussetzung ist ein vollständig elektrifizierter Straßenverkehr. Die Errichtung der Ladeinfrastruktur kann etappenweise erfolgen:
Etappe 1: Mit der Errichtung der ersten 5 (von 177) Ladestellen könnte Fahrzeugen bereits 1/4 ihres kollektiven Energiebedarfs zugeführt werden.
Etappe 2: Mit den nächsten 18 (der verbleibenden 172) Ladestellen kann dem gesamten Verkehrs eine Energiemenge in höhe ihres gesamten Energiebedarfs zugeführt werden
Etappe 3: Mit der Verortung der restlichen 154 wird die zuverlässige Verteilung der zugeführten Energiemengen auf die einzelne Fahrzeuge realisiert, damit diese zuverlässig ihre Ziele erreichen können.

Einreicher

Herr Dr.-Ing. Tamás Kurczveil Bernerstrasse 10 38106 Braunschweig +49 176 7835 0097 t.kurczveil@tu-braunschweig.de

Partner

TU Braunschweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik: wissenschaftlich

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