Einen E-Bus, so wie der neue Volkswagen Buzz der nun im Handel erhältlich sein wird, kann auch mit einer 11kW Wallbox geladen werden. Wie sieht es aber mit Busen im öffentlichen Nahverkehr aus?
Die Elektrifizierung der öffentlichen Busflotten ist für viele Städte in Deutschland eine wichtige Priorität, um die Luftverschmutzung zu bekämpfen. Um der sauberen Mobilität im öffentlichen Nahverkehr einen Schub zu geben gib es in Berlin 137 Elektrobusse, in Hamburg 55 Elektrobusse und in Köln 45 Elektrobuss. In anderen Städten gibt es kumuliert 329 dieser e-Busse. (Stand 2021)
Dies lässt kaum Spielraum für Fehler, da es sich negativ auf den öffentlichen Nahverkehr auswirken kann. Es bedarf einer angemessenen Planung, um die gewünschte Infrastruktur zur Unterstützung und Gewährleistung eines nahtlosen Übergangs zu schaffen.
Wann und wo soll der E-Bus aufgeladen werden?
Ausgangs- und Zielbahnhöfe oder -terminals sind potenzielle Standorte für die Einrichtung von Ladestationen (Große Wallboxen) für eine E-Bus-Flotte. Darüber hinaus kann bei längeren Strecken auch eine Ladestation für unterwegs oder eine Zwischenladung erforderlich sein. Die Busse können über Nacht aufgeladen werden, wenn sie nicht in Betrieb sind, und in jeder verfügbaren freien Zeit während der Betriebszeiten.
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Wie man den Elektro Bus auflädt
Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Elektrobus mit Hilfe einer Elektrofahrzeug-Serviceeinrichtung (EVSE) aufzuladen. Busse werden in der Regel mit Hilfe von kabelgebundenen Anschlüssen aufgeladen, die mit Wechselstrom oder Gleichstrom betrieben werden. Dies funktioniert also analog zu einer Wallbox 11kW. Ein E-Bus kann mit einer AC-Ladetechnologie aufgeladen werden, wenn er ein Ladegerät an Bord hat. Diese E- Busse, die auf den deutschen Straßen verkehren, verfügen meistens über zwei On-Board-Ladegeräte mit je 40 kW Leistung. Bei der Gleichstrom-Ladetechnik befinden sich die Ladegeräte außerhalb des Fahrzeugs. Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigt, dass neue Bushersteller Gleichstrom-Ladegeräte mit einer Leistung von 70 kW für Busse einsetzen wollen. Weltweit ist die beliebteste Art, Busse aufzuladen, die DC-Plug-in-Ladetechnik mit 50 kW oder mehr.
DC-Plug-in-Laden von E-Bussen
Institute vergleichen regelmäßig die einzelnen Ladeoptionen für den E-Bus anhand einer Reihe kritischer Parameter, um die am besten geeignete Option für das Laden von E-Bussen in Deutschland zu ermitteln. Die Analysen ergeben, dass Plug-in-AC- und DC-Lademethoden die am besten geeigneten Ladetechnologien für das Aufladen von E-Bussen in Deutschland sind. Für das schnelle Aufladen von Elektro Bussen an Zwischenstopps werden auf dem Weltmarkt Gleichstrom-Ladegeräte mit einer Leistung von 150 kW oder mehr eingesetzt. Eine solche Hochleistungs-Gleichstromladung erfordert eine spezielle Anordnung, die Stromabnehmersysteme anstelle von Kabeln genannt wird, wie unten dargestellt.
DC-Stromabnehmersystem für das schnelle Laden von Elektro Bussen
Diese DC-Ladesysteme sind relativ teuer als die DC-Ladesysteme mit geringer Leistung, können aber mehr Fahrzeuge in kurzer Zeit versorgen. Die 600-kW-Blitzladestationen, die in Genf für Busse eingesetzt werden, liefern in 15 bis 20 Sekunden einen schnellen Energieschub; sie sind Berichten zufolge die schnellsten der Welt. Wie man sich denken kann, geht diese Ladung für einen E-Buss schneller, als das Laden mit einer Wallbox 11kW für E-Autos.
Zu den ungewöhnlichsten Technologien, die weltweit für das Aufladen von E-Bussen eingesetzt werden, gehören das kabellose Aufladen und das Austauschen von Batterien; dennoch werden in Korea und anderen Teilen der Welt Versuche zum kabellosen Aufladen durchgeführt. Das kabellose Laden erfordert teure Geräte, die unter den Straßen installiert werden müssen, und ist anfällig für elektromagnetische Störungen.
Planung der Ladevorgänge im öffentlichen Nahverkehr
Eine sorgfältige Planung ist erforderlich, um die Ladevorgänge im Depot nach Abschluss der Fahrten während der Betriebszeiten einzuplanen, da die Ladezeit den Busbetrieb leicht stören könnte. Die Planung des Busladens ist entscheidend für:
- Erzielung einer größtmöglichen Auslastung der installierten EVSEs, die den Ladebedarf der Linie im Depot bedienen
- Aufrechterhaltung der Bedienungshäufigkeit der Linie auf dem Niveau der Basislinie
- einen E-Bus nur dann aufzuladen, wenn er mit der verbleibenden Batterieladung keine weitere volle Fahrt mehr durchführen kann
- Ersetzen der vorhandene ICE-Busse auf einer Strecke durch eine gleiche Anzahl von E-Bussen, um sicherzustellen, dass die Flottengröße gleichbleibt.
Ein wirksamer Rahmen für die Planung des Busladebedarfs muss mit den Betriebsparametern eines innerstädtischen Busdienstes übereinstimmen. Zu den Streckenparametern gehören:
- Fahrzeit, d. h. der zeitliche Abstand zwischen zwei auf der Strecke verkehrenden Bussen
- Länge der Strecke
- Betriebszeiten des Busdienstes
- Bei der Planung des Ladevorgangs eines E-Busses müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden: die effektive Ladezeit des Busses und das Verhältnis von Ladezeit zu Betriebsstunden. Während die effektive Ladezeit des Busses von der Batteriegröße und der Ladeleistung des Fahrzeugs abhängt, ist es wichtig, auch das Muster der Fahrzeit auf der Strecke und die effektive Ladezeit des Busses im Auge zu behalten.
Ein weiterer wichtiger Faktor, der bei der Planung des Ladevorgangs zu berücksichtigen ist, ist die vorgesehene Ladezeit des Busses. Die festgelegte Ladezeit könnte mit den täglichen Betriebszeiten des Netzes übereinstimmen, was auch bedeutet, dass keine Nachtladung erfolgt. Falls der Betreiber ein Laden über Nacht plant, kann die Anzahl der benötigten Ladegeräte geringer sein, falls der Abstand geringer ist als die effektive Ladezeit.
Unter Berücksichtigung all dessen gibt es zwei Möglichkeiten, den E-Bus-Ladevorgang um diese Parameter herum zu planen
Für den Fall, dass die Zugfolge größer als die Ladezeit des Busses ist, würde eine Faustregel von einer Schnellladestation pro Buslinie ausreichen, um den Ladebedarf der Linie am Betriebshof zu decken. Falls der Abstand doppelt so lang ist wie die effektive Ladezeit, kann das gleiche Schnellladestation (Wallbox) mehr als eine Route bedienen.
Falls der Abstand geringer ist als die Ladezeit, wäre mehr als ein Schnellladestation pro Buslinie erforderlich. In diesem Fall sollte die Anzahl der Schnellladestationen unter Verwendung einer geeigneten Warteschlangentheorie entschieden werden. Alle E-Busse könnten voll aufgeladen werden und pünktlich abfahren, und der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bussen auf dieser Strecke bleibt unberührt.
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Rolle der Akteure definieren
Der Aufbau von Ladeinfrastruktur für eine öffentliche E-Busflotte ist eine mehrdimensionale Herausforderung. Während das Ziel, die Mobilitätsnachfrage zu befriedigen, im Mittelpunkt der Infrastrukturplanung stehen sollte, ist es entscheidend, auch andere Elemente zu berücksichtigen. Die entsprechenden Aspekte der EV-Ladegerätespezifikationen, der Stromnetzanschlüsse, der Anforderungen an die Nebeninfrastruktur, der Installationskosten und der erforderlichen räumlichen Vorkehrungen sind einige der Schlüsselkomponenten bei der Planung der Ladeinfrastruktur.
Während die Hauptverantwortung für die Planung des Aufbauprozesses der Ladeinfrastruktur einer E-Bus-Flotte bei einem Busdienstleister läge, wäre die Unterstützung durch externe Experten und Agenturen entscheidend, um eine reibungslose Durchführung zu gewährleisten.
