Forschungskolleg ACCESS!
Transformationspfade zu einer nachhaltigen Mobilität
Gefördert vom
Integration batterieelektrischer Busse in urbane Busnetzwerke

Kontakt: Nicolas Dirks (M.Sc. RWTH), Lehrstuhl für Operations Management

Motivation

Vor dem Hintergrund des ungebremsten Klimawandels, der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Energiequellen und der gesundheitsgefährdenden Luftqualität in vielen Innenstädten gewinnen nachhaltige Transportkonzepte zunehmend an Bedeutung. Insbesondere Elektrofahrzeugen wird hierbei ein hohes Potenzial beigemessen, da sie lokal (tank-to-wheel) weder gesundheitsschädliche Emissionen, noch Feinstaub emittieren und bei einer auf erneuerbaren Energieträgern beruhenden Stromerzeugung zudem global (well-to-wheel) keine bzw. deutlich verringerte CO2-Emissionen aufweisen.

In den Medien wird der Einsatz von Elektrofahrzeugen vor allem für den Bereich des individuellen Personenverkehrs diskutiert. Aber auch für den Öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) erscheint eine Elektrifizierung vorteilhaft, beispielsweise durch eine Umstellung des Betriebs auf Elektrobusse. Hierbei kann der Betrieb dieser elektrifizierten ÖPNV-Flotten neben den genannten ökologischen Vorteilen auch ökonomische Vorteile aufweisen, da bei hohen Fahrleistungen die im Vergleich zu konventionellen Antrieben deutlich geringeren variablen Betriebskosten die höheren Anschaffungskosten der Fahrzeuge kompensieren.

Allerdings bestehen zwei wesentliche Herausforderung bei der Umsetzung elektrifizierter Busnetzwerke. So ist für den Betrieb der Elektrobusse zum einen eine ausreichende und mit hohen Investitionen verbundene Ladeinfrastruktur erforderlich. Darüber hinaus müssen Lademöglichkeiten, begrenzte Reichweiten und Ladezeiten in der operativen Planung des Busnetzwerks berücksichtigt werden. Die resultierende Planungsaufgabe ist komplex, da beide Herausforderungen voneinander abhängig sind.

Zielsetzung

Vor diesem Hintergrund besteht die Zielsetzung dieses im Forschungskolleg „ACCESS! – Welche Mobilität werden wir uns zukünftig leisten?“ angesiedelten Forschungsprojektes in der Beantwortung folgender Forschungsfragen:

  • Wie viele Elektrobusse mit welchen technischen Eigenschaften sind notwendig, damit ein bestehender Fahrplan eines Busnetzwerkes mit Elektrobussen durchführbar ist?
  • Was ist die beste Strategie für ein elektrifiziertes Busnetzwerk in Bezug auf die Errichtung und Nutzung der Ladeinfrastruktur und der Flottenumstrukturierung?
  • Welche ökologischen Vorteile resultieren aus der Implementierung eines elektrifizierten Busnetzwerkes?

Vorgehen & Methoden

Zur Erreichung dieser Zielsetzung erfolgt zunächst die Analyse aktueller (konventioneller) Busnetzwerke sowie der Fahrzeug-, Reichweiten- und Ladecharakteristika von Elektrobussen. Darauf aufbauend erfolgt die Modellierung der Flottenplanung für elektrifizierte Buslinien unter Nutzung von Methoden des Operations Management / Operations Research. Das entwickelte Modell wird anschließend auf das Fallbeispiel der Aachener Straßenbahn und Energieversorgungs-AG (ASEAG) angewendet. In Abbildung 1 ist ein Teil des ASEAG-Netzes dargestellt. Die Ergebnisse dienen zum einen der Ableitung konkreter Handlungsempfehlungen für die Elektrifizierung von Buslinien in der Stadt Aachen. Zum anderen werden allgemeine Handlungsempfehlungen als Entscheidungsunterstützung für die Gestaltung elektrifizierter Busnetzwerke abgeleitet. 

Abbildung 1: Busnetzwerk Aachen

Weiterhin werden die Ergebnisse aus Sicht verschiedener Entscheidungsträger mit unterschiedlichen Motivationen und Zielen bewertet und unterschiedliche Modellformulierungen analysiert.