BWL - Stauprojekt. Schlussbericht. Wenn Stau mehr kostet als Nerven. Patrik Heitz

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1 Abbildung 1 Titelbild BWL - Stauprojekt Wenn Stau mehr kostet als Nerven Schlussbericht Patrik Heitz Klasse A3a Dozent: Herr Ackermann Robert Auftraggeber: Herr Burgener Andreas, auto-schweiz Version V1 - Frühlingssemester 2014 Berner Fachhochschule BFH TI, Biel / Bienne Automobiltechnik

2 Danksagung Im Rahmen dieser Arbeit bin ich mit vielen Menschen in Kontakt gekommen, die aus Selbstverständlichkeit oder aus Interesse einen Beitrag geleistet haben, und das alles ohne finanziellen Hintergedanken. Aus diesem Grund möchte ich mich bei folgenden Personen recht herzlich bedanken: Herrn Müller vom TCS Touring Magazin und Herrn Riesen von der Automobil Revue für die Möglichkeit, kostenlos einen oder mehrere Artikel abzudrucken. Frau Ostermeyer und bei der Berner Fachhochschule, die die Homepage bfh.ti.ch/stauprojekt erstellte. Der Firma Dreier AG, vor allem Herrn Schaub für die Telemetriedaten aller Fahrten und auch dafür, dass ich mich jederzeit mit Fragen an ihn wenden konnte. Herrn Wieber von der M+R Spedag für die Bibel, die viele gute Berechnungsmöglichkeiten zum Treibstoffverbrauch eines LKW s beinhaltet. Herrn Brönnimann von der Viasuisse für den Besuch bei Viasuisse und der Erläuterung deren Tätigkeit. Natürlich will ich mich auch ganz herzlich bei auto-schweiz, Vereinigung Schweizer Automobil-Importeure für die tolle Zusammenarbeit bedanken. Namentlich bei den Herren Burgener und Daetwyler. Ohne die Testfahrer, die sich die Mühe machten, ihre Staufahrten peinlich genau zu erfassen und aufzuzeichnen, wäre dieses Projekt nicht zustande gekommen - ihnen allen vielen herzlichen Dank!

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 4 2 Management Summary 5 3 Nomenklatur 6 4 Mathematische Zusammenhänge Geschwindigkeiten, Zeiten und Distanzen Berechnung der -Emissionen 9 5 Stau und seine Definition Definition Gründe für Stau Methode zur Stauerfassung 11 6 Stauentwicklung Entwicklung Ursache und Höhe der Belastung 13 7 Treibstoffpreisentwicklung 16 8 Mehrverbrauch Mehrverbrauch von Personenwagen Grafische Darstellung der Resultate Mehrverbrauch von Lastwagen Daten Staumodell für Standardstaus Grafische Darstellung der Resultate Umfahrung Zürich Fahrt: Egerkingen Wallisellen Wallisellen Egerkingen Fahrt 2: Frauenfeld Urdorf Gotthard Südportal Fahrt 3: Cadenazzo Härkingen 31 9 Diskussion der Resultate Volkswirtschaftlicher und umweltbezogener Schaden Ausblick Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Glossar Literaturverzeichnis Quellenverzeichnis Anhang A Zur Stauentwicklung Zu den Resultaten Anhang B Pflichtenheft Versionskontrolle 53

4 Einleitung 1 Einleitung Täglich nutzen mehrere Privatpersonen - beruflich oder zu Freizeitaktivitäten - und Berufschauffeure das Schweizer Strassennetz. Dieses stösst zu gewissen Stosszeiten an seine Kapazitätsgrenzen. Folge davon sind immer wieder lange Staus und zähflüssiger Verkehr. Dies braucht nicht nur viel Nervenstärke und Zeit, sondern auch mehr Treibstoff. Doch wieviel mehr? Und was sind die Folgen? Ein Mehrverbrauch an Treibstoff bedeutet einerseits verlorenes Geld, andererseits eine höhere Umweltbelastung. Weiter gilt das Interesse auch der Stauentwicklung in den letzten Jahren und der Treibstoffpreisentwicklung. Der erste Teil dieser Arbeit befasste sich mit der Frage, wie man den Treibstoffmehrverbrauch messen und wie man die allfälligen Daten auswerten kann. Die dafür benötigten Daten konnten anhand von Testfahrern gesammelt werden. Für die Datenauswertung wurden Matlab und Windows-Excel gewählt. Deren Aufgabe war es, die Sortierung und Auswertung zu beschleunigen. Dieses Dokument ist der zweite Teil der Arbeit und befasst sich nun konkret mit den angesprochenen Problematiken. Die Kernthese, von welcher sich alle anderen Fragen und Probleme ableiten lassen, lautet: Wenn die durchschnittliche Geschwindigkeit auf einer immer gleichen Strecke sinkt, dann steigt der Verbrauch an. Wenn also Stau oder stockender Verkehr herrschen, braucht man länger für seine Fahrt und der Verbrauch liegt höher. Aus dieser These lässt sich die Frage nach der Höhe des Mehrverbrauchs ableiten, was wiederum Rückschlüsse auf den volkswirtschaftlichen Schaden und die Umweltmehrbelastung zulässt. Um diese Fragen zu beantworten, stehen die von den Testfahrern erhobenen Fahrdaten sowie Telemetriedaten der Firma Dreier AG aus Suhr, die zu Flottenmanagementzwecken erhoben wurden, zur Verfügung. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 4

5 Management Summary 2 Management Summary Diese Arbeit hat mir gezeigt, dass Stau nicht gleich Stau ist. Wie auch der Verbrauch nicht gleich Verbrauch ist. Staus können sich extrem in ihrer Länge und durchschnittlichen Geschwindigkeit unterscheiden. Durch diese Unterschiede kann ein Treibstoffmehrverbrauch von 5 bis 45% entstehen. Solche hohen Mehrverbräuche sind als durchaus realistisch zu betrachten. Die daraus entstehenden Kosten, im Extremfall von 45% Mehrverbrauch, sind für den einzelnen Stauteilnehmer grundsätzlich überschaubar und belaufen sich auf rund CHF 1.45/Stau. Sobald diese Kosten jedoch täglich auflaufen und noch mit einer zusätzlichen Umweltbelastung gekoppelt sind, sind sie unsinnig und summieren sich über ein Jahr gesehen doch zu einem beträchtlichen Betrag. Bei der Betrachtung der Gesamtmasse eines einzelnen Staus steigt vor allem die Umweltbelastung und wird zu einem bedeutenden Faktor. Im gezeigten realen Beispiel können Emissionen von über 850 Tonnen pro Jahr entstehen. Was ohne Zweifel bewiesen werden konnte ist die Tatsache, dass die Reduktion der durchschnittlichen Geschwindigkeit einen Mehrverbrauch an Treibstoff mit sich bringt. Die Höhe dieses Mehrverbrauchs ist unmittelbar von der durchschnittlichen Staugeschwindigkeit abhängig. Sobald sich nämlich die Staugeschwindigkeit verringert, herrscht auf den entsprechenden Autobahnstrecken vermehrter Stillstand, was wiederum bedeutet, dass jedes Fahrzeug häufiger anfahren muss - und das Anfahren benötigt bekanntlich am meisten Treibstoff. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 5

6 Nomenklatur 3 Nomenklatur [ ] Staugeschwindigkeit [ ] Durchschnittsgeschwindigkeit, die man auf einer staulosen Fahrt erreicht. [ ] Durch den Stau verursachte Durchschnittsgeschwindigkeit auf einer Strecke [ ] Gesamtlänge der gefahrenen Strecke [ ] Teil der Gesamtstrecke, der ohne Stau gefahren wurde [ ] Länge des Staus [ ] [ ] Gesamte Fahrtzeit ohne Stau [ ] [ ] Zeit, in der man ohne Stau fahren kann, bis zum Stau [ ] [ ] Gesamte Fahrtzeit mit Staueinfluss [ ] [ ] Zeit, die man sich im Stau befindet. (Zeitverlust im Vergleich zur Fahrt ohne Stau.) [ ] Prozentualer Mehrverbrauch an Treibstoff durch Stau [ ] Treibstoffverbrauch [ ] spezifischer Treibstoffverbrauch (pro Tonne FZ) [ ] Verhältnis von Staulänge zur gesamten Streckenlänge [ ] Travel Rate [ ] [ ] Fahrzeugmasse [ ] Masse des beim Verbrennen von Treibstoff [ ] [ ] Anzahl Lastwagen Anzahl Personenwagen Anzahl Spuren eines Autobahnabschnittes Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 6

7 BWL-Projekt FS2014 Mathematische Zusammenhänge 4 Mathematische Zusammenhänge In diesem Kapitel finden sich alle verwendeten Formeln und Herleitungen zu den gemachten Berechnungen. 4.1 Geschwindigkeiten, Zeiten und Distanzen (1.0) Aus den Angaben der Durchschnittsgeschwindigkeit ohne Stau und der Durchschnittsgeschwindigkeit mit Stau über die gesamte Strecke, sowie der Gesamtstrecke und Verlust- resp. Stauzeit, kann die durchschnittliche Staugeschwindigkeit errechnet werden. Ausgehend von: nach : ( ) Unbekannt ist in dieser Formel nur noch bis der Stau aufgetreten ist., d. h., wie lange der Fahrer ohne Stau gefahren ist, Aus der Überlegung ( ) (1.6) Durch Einsetzen von (1.6) in (1.5) ergibt sich die Formel für die durchschnittliche Staugeschwindigkeit ( ) (1.7) Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 7

8 BWL-Projekt FS2014 Mathematische Zusammenhänge Damit kann nun jede Stausituation bestimmt werden. Man sieht aber lediglich die durchschnittliche Staugeschwindigkeit und nicht, wie oft das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. Die Staulänge ist jeweils auch nur die Länge, während der sich ein einzelnes Fahrzeug im Stau befindet. Beispiel: Nehmen wir an, ein Stau ist 10 km lang, der Fahrer aber verlässt nach einem Kilometer die Autobahn, so ist. Diese oben angegebenen Formeln gelten nur, wenn der Fahrer immer die gleiche Strecke fährt. (2.0) (2.1) (2.2) (3.0) (3.1) oder (3.2) [( ) ] (3.3) Startpunkt A v total m Stau t Fa rt m Stau Endpunkt B L Strecke L Strecke o Stau STAU L Stau v total o Stau t Teilfa rt o Stau v Stau t Stau v total o Stau t Teilfa rt o Stau Abbildung 2 Aufteilung in Abschnitte Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 8

9 Mathematische Zusammenhänge 4.2 Berechnung der -Emissionen Elementargleichung Benzin (Oktan): (4.0) Elementargleichung Diesel (Cetan): (4.1) Die Elementargleichungen sind stark vereinfacht und idealisiert, denn Treibstoff - egal ob Diesel oder Benzin verbrennt nicht nur zu Kohlendioxid und Wasser, sondern führt auch zu Verbindungen wie und anderen. Aus diesen Gleichungen ergeben sich folgende Werte bei der Verbrennung von 1kg der Treibstoffe: Treibstoff Unterer Heizwert [MJ/kg] Masse Treibstoff [kg] Masse [kg] Benzin Diesel Erdgas Tabelle 1 CO2-Emission aus Kraftstoff Da sich der Treibstoffverbrauch und die daraus entstehenden Emissionen linear verhalten, ergibt sich für die Berechnung der verbrauchsbedingten - Emissionen die Formel: [ ] (4.2) Beachtet werden muss, dass je nach Treibstoffart die richtige Masse aus der oberen Tabelle in (4.2) eingesetzt wird. Dieselmotoren haben den höheren Ausstoss pro verbrannten Liter Treibstoff, haben jedoch auch den tieferen spezifischen Verbrauch, da der Wirkungsgrad von Dieselmotoren ( ) höher liegt als der von Benzinmotoren ( ). Somit erreicht der Dieselmotor bei tieferem Verbrauch die gleiche Leistung wie der Benzinmotor. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 9

10 Stau und seine Definition 5 Stau und seine Definition 5.1 Definition Stau oder auch stockender Verkehr sind Begriffe, die sehr weit gefächert sind. Auch bei der Betrachtung der Definition dieser Begriffe sieht man, dass nicht einfach ein Schnitt gemacht und gesagt werden kann, ab hier ist Stau und ab hier nicht mehr. Nach der Definition des ASTRA (Bundesamt für Strassen) ist ein Stau wie folgt definiert 1 : Wenn auf Autobahnen (Hochgeschwindigkeits-/Nationalstrassen) und Hauptstrassen ausserorts die Fahrgeschwindigkeit während einer Minute unter 10km/h liegt und mehrmals zum Stillstand kommt. Wenn auf Hauptstrassen innerorts der Zeitverlust insgesamt grösser ist als 5 Minuten. Die Definition von stockendem Verkehr lautet: Geschwindigkeit ausserorts während mindestens einer Minute unter 30km/h u nd/oder mehrmals Stillstand. Diese Definition wird in der VSS-Norm SN zusammengefasst. Daraus können wir entnehmen, dass der Übergang von stockendem Verkehr zu Stau fliessend geregelt und nicht klar abgegrenzt ist. Aus diesem Grund werden in den meisten Stauuntersuchungen keine Unterschiede zwischen stockendem Verkehr und Stau gemacht und alles wird als Stau definiert. Auch in dieser Arbeit wird aufgrund dieser sehr komplexen Unterscheidungen kein Unterschied zwischen den beiden Stausituationen gemacht und alles als Stau bezeichnet. 5.2 Gründe für Stau Staus können sich aus verschiedenen Gründen bilden. Mehrheitlich sind das entstehende Engpässe aufgrund von: Baustellen Unfällen (durch am Unfall beteiligte Fahrzeuge oder durch Schaulustige) Strassenüberlastung zu Stosszeiten (Feierabend-, Ferienverkehr) Ein weiteres Phänomen sind Phantomstaus, die aus dem Nichts entstehen und so verschwinden wie sie gekommen sind, obwohl keine objektive Überlastung der Verkehrswege erkennbar ist. Ein wichtiger Grund dafür liegt in der unangemessenen Fahrweise der Verkehrsteilnehmer. Durch sehr unterschiedliche Geschwindigkeiten, und/oder zu kleine Sicherheitsabstände zwischen den Fahrzeugen kommt es zu stärkeren Verzögerungen, wobei die Geschwindigkeit schlagartig stark gesenkt wird. Dies führt zu einer Kettenreaktion in der Kolonne und somit zu Stau. 1 ASTRA Jahresbericht 2012 Seite 32 Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 10

11 Stau und seine Definition 5.3 Methode zur Stauerfassung Zur Erfassung von Staus existieren verschiedene Methoden. Viasuisse in Biel ist ein Unternehmen, das in Zusammenarbeit mit dem Bundesamts für Strassen (ASTRA) und dem Bundesamt für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK) Stauinformationen sammelt, aufbereitet und diese Radio/TV, öffentlichen Diensten wie zum Beispiel der Polizei oder auch dem TCS zur Verfügung stellt. Die dafür benötigten Daten stammen aus verschiedenen Informationszweigen. Dies können kantonale Behörden, Betreiber des öffentlichen Verkehrs (SBB), die Polizei oder auch Privatpersonen sein. Vielfach werden, sofern überhaupt vorhanden, Kameras des ASTRA dazu genutzt, um Meldungen falls nötig zu überprüfen. Eine weitere Methode ist unter dem Titel Konzeptstudie zur Verbesserung des Verkehrsflusses auf Strassen gesamtschweizerischer Bedeutung, kurz KABEWISTRA, bekannt. Dies ist eine im Jahr 2002 erhobene Datensammlung, die auf 95 ausgewählten Knotenpunkten den Verkehrsfluss aufnahm. Aus dieser Datenerhebung gingen auch durchschnittliche Staulängen und Verlustzeiten hervor 2. Auch das ASTRA selbst misst auf ausgewählten Streckenabschnitten die Fahrleistungen mit Hilfe von fest installierten Messstellen 3, nämlich in Form von in die Fahrbahn eingelassenen Induktivstreifen. Die Fahrleistungen an nicht überwachten Streckenabschnitten wird anhand der erhobenen Daten einer benachbarten Messstelle hochgerechnet. Diese Fahrleistungsdaten werden wiederum von Viasuisse bearbeitet. Dies wird auch im Rahmen der schweizerischen automatischen Strassenverkehrszählung (SASVZ) durchgeführt, wobei man sich seit den 60er-Jahren für den durchschnittlichen Tagesverkehr (DTV) und für den durchschnittlichen Werktagsverkehr (DWV) interessiert. Abbildung 3 Induktivstreifen als Messtelle Abbildung 4 Karte der Messtellen Stand:Mai.2013 auf Basis KABEWISTRA und Bundesamt für Raumentwicklung (ARE) ASTRA Jahresbericht 2012 Seite 30 Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 11

12 Stauentwicklung 6 Stauentwicklung 6.1 Entwicklung Alljährlich veröffentlicht das ASTRA einen Bericht zur Verkehrsentwicklung auf Schweizer Strassen. Thematisiert und analysiert wird auch das Stauaufkommen. Der Schwerpunkt liegt darin, das Stauaufkommen infolge von Staustunden auf verschiedenen Autobahnabschnitten zu verifizieren sowie dessen Ursachen aufzuzeigen. In der unten abgebildeten Grafik ist ersichtlich, dass die Staustunden seit dem Jahr 2000 bis 2012 um gut 150% zugenommen haben. Ebenso wird ersichtlich, dass die Ursache vorwiegend bei der Überlastung des Strassennetzes liegt. Abbildung 5 Stauentwicklung nach Staustunden gesamtschweizerisch Vor allem eine Hauptachse der Schweiz, die Autobahn A1 von St. Gallen nach Genf, ist von der Zunahme der Staustunden besonders betroffen. Betrachtet man Abbildung 6, so ist eine Zunahme von 125% auf 9000 Staustunden jährlich erkennbar. Abbildung 6 Staustundenentwicklung auf Autobahn Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 12

13 Stauentwicklung 6.2 Ursache und Höhe der Belastung Wie schon im vorherigen Abschnitt angesprochen, liegt die Stauursache vorwiegend bei der Überlastung des Strassennetzes. Staus durch Unfälle zeigen aber im Jahr 2012 eine deutliche Zunahme im Vergleich zum Vorjahr. Die Gründe dafür sind in der untenstehenden Abbildung aufgezeigt. Abbildung 7 Gründe für Verkehrsunfälle [%] und Unfallart auf Autobahn [%] Betrachtet man die drei ersten Ursachen, so sind dies, mit Ausnahme der Anderen, typische Unfälle, die im Pendlerverkehr auftreten können. Man kennt die Strasse, den Verkehrsfluss, hat einen gewissen Drang in den Feierabend zu kommen oder hat den Kopf noch bei der Arbeit. Bei der Betrachtung der Tageszeiten wird klar, dass ein Grossteil der Unfälle im Feierabendverkehr geschehen. Abbildung 8 Unfall mit Personenwagen nach Tageszeit und Wochentag 2012 [%] Dies wiederum zeigt, dass die Unfälle direkt mit der Strassenüberlastung verknüpft sind, obwohl sich die Unfallzahlen gesamtschweizerisch betrachtet in den letzten Jahren rückläufig entwickelten. Das Ausmass der Strassenbelastung ist sehr abhängig von der geografischen Lage. So zeigt sich in Ballungsgebieten wie Zürich, Bern, Genf/Lausanne oder Basel, dass die Strassen eine extreme Mehrbelastung aufweisen. Auf gewissen Abschnitten liegt der durchschnittliche Tagesverkehr bei über Fahrzeugen (s. Abbildung 9). Wie viele Fahrzeuge sich nun im Stau befinden ist nicht so einfach zu Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 13

14 Stauentwicklung bestimmen, da dies von der Länge des Staus, der Anzahl Spuren im Stauabschnitt und dem Platz, der ein Fahrzeug einnimmt, abhängt. Nicht zuletzt ist es auch eine Frage der Kapazität, die eine Autobahn aufweist. Zudem ist ein DTV von Fahrzeugen nicht gleichbedeutend mit 24 Stunden Stau. Die Anzahl Fahrzeuge ist jedoch wichtig für die weiteren Überlegungen im Zusammenhang mit den - Emissionen. Aus diesem Grund muss hier zu einer Hypothese gegriffen werden. Der 2007 veröffentlichten Studie des Bundesamts für Raumentwicklung (ARE) ist zu entnehmen, dass gewisse Autobahnabschnitte von 3400 bis 5300 Fahrzeugen pro Stunde befahren werden. Aus den vom ASTRA veröffentlichten Stauzählungsdaten aus dem Jahre 2012 ändern diese Zahlen stark, was primär damit erklärt werden kann, dass es zwischen 2005 und 2012 Schwerpunktverlagerungen bezüglich Knotenpunkten gegeben hat (z.b. Westumfahrung Zürich). Tabelle 2 Daten aus ARE 2007 für das Jahr 2005 und ASTRA Jahresbericht 2012 Autobahn Abschnitt Fahrzeuge/h Fahrzeuge/h DWV % DWV 2005 aus DWV 2012 A1 Umf. Bern Ost Grossraum Baregg Gubrist Genf A2 Gotthard-Nord Gotthard-Süd Grossraum Belchen A9 Umfahrung Lausanne Mittelwerte Alle Grundsätzlich kann man annehmen, dass ca. 8 bis 10% des durchschnittlichen Wochentagverkehrs (DWV) zwischen 7.30 bis 8.30 Uhr und bis Uhr unterwegs ist (s. auch Grafiken im Anhang). Das sind zugleich die häufigsten Stauzeiten. Das würde, um ein Beispiel zu nennen, für den Bareggtunnel oder die Nordumfahrung Zürich-Winterthur rund Fahrzeuge pro Stunde bedeuten 5. Es muss also auf solchen Strecken zwangsläufig zum Stau kommen. Die maximale Kapazität wird mit zunehmender Geschwindigkeit abnehmen, da der Abstand zwischen den Fahrzeugen grösser wird. Auch mit zu tiefer Geschwindigkeit wird sie kleiner, da nicht genügend Verkehr abfliessen kann. Als Annahme treffe ich eine maximale Kapazität eines durchschnittlichen Autobahnabschnitts von 4000 bis 6000 Fahrzeugen pro Stunde, was wiederum nicht heissen soll, dass sich in einem Stau diese Zahl von Fahrzeugen befindet. 4 ASTRA SASVZ 2012 (Excel) 5 ARE 2007 Seite 53 und Seite 112 und folgende Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 14

15 Stauentwicklung Abbildung 9 DTV auf Schweizer Strassen Die Anzahl Fahrzeuge, die sich jeweils in einem Stau befinden, kann nur approximativ bestimmt werden, da sie von folgenden Faktoren abhängt: Länge des Staus, Anzahl Spuren, Personenverkehrsanteil, Schwerverkehrsanteil, Platzbedarf der Fahrzeuge. Vor allem der Platzbedarf kann nur sehr vage bewertet werden, da er je nach Situation, Ort und Art des Staus stark variieren kann. Ich werde mit folgender Überlegung weiter rechnen: Platzbedarf Personenwagen 10m (im Schnitt) Platzbedarf Lastwagen 20m (im Schnitt) Der Anteil des Schwerverkehrs auf den Schweizer Autobahnen beläuft sich auf rund 10% (laut Bund 3 bis6%, kann aber abschnittsweise deutlich höher sein 6.) Beim grossen Rest von rund 90% handelt es sich um Personenwagen. Aus diesen Überlegungen kommt man auf: Somit würde ein zweispuriger, 6 Kilometer langer Stau aus rund 60 Lastwagen und aus 1080 Personenwagen bestehen. Von dieser Überlegung wird in Kapitel 10 weiter ausgegangen. 6 ASTRA Jahresbericht 2012 Seite 7 Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 15

16 Treibstoffpreisentwicklung 7 Treibstoffpreisentwicklung Betrachtet man die Stauentwicklung auf Schweizer Stassen (s. vorheriges Kapitel), erkennt man, dass die Staus zunehmen. Nun kann man sich die Frage stellen, welche Konsequenzen dies auf die Treibstoffpreise hat. Nehmen die Staus zu und die Treibstoffpreise bleiben gleich oder sind sogar rückläufig, verursacht der Stau lediglich einen Zeitverlust, der sich grundsätzlich bei einer Privatperson nicht auf das Portemonnaie auswirkt. Im folgenden Diagramm ist die Treibstoffpreisentwicklung von dargestellt. Es handelt sich jeweils um die mittleren Preise über ein Jahr. Abbildung 10 Kraftstoffpreisentwicklung über 20 Jahre Wie nicht anders zu erwarten, erhöhen sich auch die Treibstoffpreise in zyklischen Abständen. Die Wirtschaftskrisen, wie zum Beispiel 2008, sind in dieser Darstellung ersichtlich. Nach der Krise sank der Preis zwar drastisch, steigt seither aber wieder an. Somit stellen sich in Bezug auf Stau zwei Probleme: Einerseits der zunehmende Stau per se, andererseits aber auch die immer weiter steigenden Preise für Diesel und Benzin. Durch den steigenden Treibstoffpreis wird der Druck auf das Portemonnaie auch ohne die Staukosten immer grösser, doch mit Stau verstärkt er sich um Faktor X. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 16

17 Mehrverbrauch 8 Mehrverbrauch Der Mehrverbrauch in Stausituationen bildet das Kernthema dieser Arbeit. Dabei liegt der Fokus bei Personenwagen und bei Lastwagen. Beide Fahrzeugarten sind unterschiedlich erfasst und dadurch auch unterschiedlich analysiert worden. Doch bei beiden stand der Mehrverbrauch im Zentrum der Untersuchungen. Einige Testfahrer gaben an, dass zur Zeit der Datenerhebung nicht das normale Stauaufkommen herrschte, sondern eher kleinere Staus vorlagen. 8.1 Mehrverbrauch von Personenwagen Der Mehrverbrauch bei Stau wurde, wie schon angesprochen, durch von Testfahrern und Testfahrerinnen erhobenen Daten ermittelt. Dabei lag der Fokus nicht auf einem konkreten Streckenabschnitt, sondern flächendeckend auf dem ganzen Autobahnnetz. Die insgesamt 16 Testfahrer generierten 294 Datensätze/Datenpunkte. In den unten stehenden Tabellen erhält man eine Übersicht über alle erfassten Strecken. Unterschieden werden die Fahrzeuge grundsätzlich nach ihren Motortypen, d.h. Diesel- oder Benzinmotor. Tabelle 3 Übersicht der Datensätze Testfahrer (Benzin/Diesel) Engpass Tageszeit mehrheitlich Strecke [km], [km/h] mit (ohne) in [km/h] (max) in [min] MV[%] (max.) Relativ MV [lt./100km] Ecublens, 1 (B) 17:30-18:45 82 km 1.82 km, 8.2 km/h 77.8, (65.5) 13.3 (25.8) 5.9, (12.9) 0.53 Genf Ecublens, 2 (B) 7:00 9:15 82 km 1.72 km, 5.8 km/h 80, (63.1) 17.8 ( , (14.1) 0.15 Genf 3 (B) Schönbühl 6:30 7:30 26 km 4.65 km, 16.4 km/h 55.9, (39.1) 17-0 (32.6) 15.26, (32.2) (D) Härkingen 7:00-7: km 6.69 km, 20.6 km/h 82.1, (56) 19.5 (54.4) 7.94, (23.7) :00 18:30 5 (B) Gubrist 7:30 8: km 3.08 km, 12.5 km/h 59.1, (41.3) 14.8 (25.8) 3.75, (11.5) :30-18:00 Luterbach 6 (D) Schönbühl Brüttisellen 7 (B) Gubrist Brüttisellen 8 (B) Gubrist Emmen Schönbühl Härkingen 9 (D) Luterbach Emmen-Süd Limmattaler 10 (D) kr. Umf.ZH 7:10 8: km 1.36 km,8.16km/h 79.0, (61.5) 10.0 (14.5) 11.94, (19.4) :15 18:00 6: km 4.61 km, 9.15 km/h 68.3, (44.7) 30.2 (81.8) 19.24, (43.6) :00 19:00 17:00 19: km 0.79 km, 1.07 km/h 78.0, (57.6) 44.5 (44.5) :45 8: km 1.85 km, 11.1km/h 90.0, (83.0) 10 (17.1) 6.19, (9.45) :00 19:30 6:45 10:00 57 km 0.89 km, 2.6km/h 69.4, (49.5) 20.6 (40.3) 18.87, (35.9) :20 18:40 11 (B) Wankdorf 6:15 7: km 2.55 km, 13.0 km/h 69.8, (54.0) 11.8 (32.3) 7.77, (24.4) (D) Limmattaler 7:30 8: km 1.16 km, 9.4 km/h 55.0, (42.1) 7.4, (15.3) 14.25, (24.5) 0.7 kreuz 17:50 18:30 13 (D) Umgebung Ganztags 25 km 0.18 km, 2.0 km/h 52.1, (44.0) 5.5 (7.4) 9.77, (13.5) 0.49 Biel möglich Muttenz 14 (B) 17:30 18: km 0.12 km, 4.7km/h 53.3, (47.3) 1.5 (2.1) 10.29, (10.7) 0.75 Basel-Breite 15 (D) Umf.Zürich 17:30 18:30 57 km 0.7 km, 1.9 km/h 86.7, (55.3) 22.8 (26.0) (D) Schönbühl 7:30 8: km 0.89km, 7.1 km/h 83.6, (68.0) 7.5 (7.5) 2.91, (11.6) :50 18:30 Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 17

18 Mehrverbrauch Aus der Tabelle geht hervor, dass sich der Mehrverbrauch im Stau im Schnitt auf maximal 20% beläuft, bei den absoluten Maximalwerten jedoch ohne weiteres bis auf das Doppelte ansteigen kann. Am durchschnittlichen Mehrverbrauch gemessen, ergeben sich die in der unteren Tabelle gezeigten Kosten wie auch die -Emissionen (gemäss Tabelle 1). Auch wird gezeigt, welche Kosten entstehen, wenn man täglich im Stau steht und den durchschnittlichen Mehrverbrauch produziert. Tabelle 4 Kosten und Emissionen für einen, sowie für täglichen Stau Testfahrer Relativer MV [Liter] Kosten des MV [CHF] [g] durch MV Kosten des MV (260 x Stau) [CHF] 1 (B) (B) (B) (D) (B) (D) (B) (B) (D) (D) (B) (D) (D) (B) (D) durch MV (260 x Stau) [kg] 16 (D) TOTAL Falls jeder Testfahrer an 260 Arbeitstagen in eine Stausituation gerät und den in Tabelle 4 gezeigten Mehrverbrauch an Treibstoff produziert, würde das insgesamt Kosten von CHF verursachen und rund 3 Tonnen freisetzen. Für den Einzelnen heisst dies, dass er Mehrkosten bis zu CHF zu tragen hat und dabei erst noch gut 490 Kilogramm CO2-Mehremissionen verursacht Grafische Darstellung der Resultate Um die These (s. Einleitung) grob zu bestätigen, wird in Abbildung 11 der prozentuale Mehrverbrauch im Verhältnis zur Durchschnittsgeschwindigkeit gezeigt. Es wird ersichtlich, dass der Mehrverbrauch mit zunehmender Durchschnittsgeschwindigkeit sinkt. Die Trendlinien müssen bei allen geschwindigkeitsabhängigen Graphen parabolisch sein, da mit zunehmender Geschwindigkeit der Verbrauch zunimmt (quadratische Zunahme des Luftwiderstands) und ansonsten das Paradoxon "je schneller ich fahre, desto weniger verbrauche ich" entsteht. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 18

19 Mehrverbrauch Abbildung 11 Mehrverbrauch in Funktion der durchschn. Geschwindigkeit Bei Staueinfluss ergeben sich ein mittlerer Höchstwert des Mehrverbrauchs von knapp 20 % bzw. ein maximaler Höchstwert von knapp 44 %. Diese Höchstwerte sind bei tieferen durchschnittlichen Geschwindigkeiten entstanden. Weiter kann gezeigt werden, dass der Mehrverbrauch mit zunehmender Streckenlänge abnimmt. Dies lässt sich dadurch erklären, dass der Einfluss des Staus auf den Mehrverbrauch bei einer langen Fahrt abnimmt. (Bsp.: Der Einfluss von 2 km Stau auf einer Strecke von 500 km ist klein, wobei der Einfluss von 2 km Stau auf 20 km gross ist). Abbildung 12 Mehrverbrauch in Funktion der Streckenlänge Nun ist, wie schon angesprochen, nicht jeder Stau gleich. Die grössten Unterscheidungen können bezüglich der Staulänge wie auch der Staugeschwindigkeit gemacht werden. In der nächsten Grafik sind alle Fahrten bezüglich ihrer Staulänge (berechnet mit Formeln 1.7 und 2.2) abgebildet. Einerseits wird der Mehrverbrauch bezüglich der Staulänge gezeigt, andererseits die Staugeschwindigkeit bezüglich der Staulänge. Bei allen 16 TestfahrerInnen lässt sich eine interessante Beobachtung machen. Bei grösseren Staulängen nimmt die durchschnittliche Staugeschwindigkeit zu, der Mehrverbrauch an Treibstoff steigt jedoch nur leicht an. Durch die eher kleine Zahl untersuchter Fahrten ist nur ein sehr grober Trend festzustellen. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 19

20 Mehrverbrauch Abbildung 13 Trend Staugeschwindigkeit und Mehrverbrauch Ähnliches ist zu beobachten, wenn man aus den Daten der Testfahrer den Mehrverbrauch und die Staugeschwindigkeit im Verhältnis zum prozentualen Stauanteil der gefahrenen Strecke betrachtet. Mit höherem Stauanteil wurde auch die Staugeschwindigkeit höher und der Mehrverbrauch stieg nur leicht an. Auch hier ist nur ein grober Trend festzustellen. Abbildung 14 Trend Staugeschwindigkeit und Mehrverbrauch aus Stauanteil Unter allen Testfahrzeugen befanden sich sowohl Diesel- als auch Benzinfahrzeuge. Dabei hat sich in diesen Untersuchungen gezeigt, dass benzinbetriebene Autos tendenziell ein wenig mehr Treibstoff brauchen als Dieselfahrzeuge; dies verdeutlicht Abbildung 15. Im Schnitt betrug der Durchschnittsverbrauch einer staufreien Fahrt bei Dieselfahrzeugen rund 5.55 Liter/100 km, derjenige von Benzinfahrzeugen bei 6.55 Liter/100 km. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 20

21 Mehrverbrauch Abbildung 15 Verbrauch in Funktion der durchschnittl. Geschwindigkeit (Diesel/Benzin) Über alle Fahrzeuge und Fahrten betrachtet wird deutlich, dass bei staubedingter Reduktion der Durchschnittsgeschwindigkeit der Verbrauch steigt, mit Staueinfluss steigt er jedoch stärker an. Der gleiche Mechanismus zeigt sich auch bei den Emissionen. Der Ausstoss an nimmt linear zum Verbrauch des Fahrzeuges zu (s. Tabelle 1). In Abbildung 16 ist zu erkennen, dass durch die staubedingte Reduktion der Durchschnittsgeschwindigkeit die Emissionen steigen (trendmässig), wobei bei langsameren, staulosen Fahrten die CO2-Emissionen E tendenziell mehr oder weniger konstant bleiben. Im Endeffekt ist der prozentuale Mehrausstoss von gleich gleich dem prozentualen Mehrverbrauch an Treibstoff (maximal bei 44%). Abbildung 16 CO2-Emissionen Nicht nur der Verbrauch eines Fahrzeuges ist vom Stau abhängig, sondern auch der Zeitverlust. Über alle Testfahrer betrachtet, ergibt sich folgender prozentualer Zeitverlust bezüglich der Fahrzeit ohne Stau. Dieser liegt bei allen untersuchten Fahrten im Mittel bei maximal 102%. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 21

22 Mehrverbrauch Abbildung 17 Prozentualer Zeitverlust Der Zeitverlust und die mit ihm verbunden Kosten werde ich in dieser Arbeit nicht weiter behandeln, da schon sehr viele Studien darüber verfasst wurden und ich davon ausgehe, dass der Zeitverlust bei Personenwagen einen fest einkalkulierten Verlustpunkt darstellt. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 22

23 Mehrverbrauch 8.2 Mehrverbrauch von Lastwagen Mit Hilfe der Telemetriedaten, die ein Lastwagen sendet, existiert eine riesige Menge an Daten, aus denen der Mehrverbrauch ermittelt werden kann. Dabei werden Strecke, Verbrauch, Fahrzeit, die momentane Geschwindigkeit, Beladung u.v.m. in festen Zeitabschnitten an eine Datenbank gesendet und aufbereitet. Das Problem dabei ist, dass anhand dieser Daten nicht direkt ersichtlich ist, ob eine Stausituation herrscht und wie sie beschaffen ist. Aus diesem Grund muss ein Staumodell angewendet werden Daten Die Telemetriedaten stammen von der Firma Dreier AG in Suhr und sind für die Analyse freigegeben worden. Alle Daten stammen aus dem Zeitraum vom bis Um einen Vergleich herstellen zu können, sind die Daten in Gewichtsklassen und in Streckenlängen unterteilt. Untersucht wurden Gesamtgewichte von 12, 18 und 25 Tonnen mit jeweiligen Streckenlängen von 30, 50, 60 und 100 km. Die Absicht dabei ist, einerseits Unterschiede bezüglich des Fahrzeuggewichts einzuberechnen und zu zeigen, dass der Mehrverbrauch mit zunehmender Streckenlänge abnimmt sowie auch einen allfälligen Vergleich mit Personenwagen zu geben. Insgesamt 2070 Datenpunkte wurden analysiert Staumodell für Standardstaus Das Staumodell wurde aufgrund von folgenden Fakten erstellt. Erhobene Daten aus verschiedenen Studien über Staulängen und Zeitverluste an verschieden Kotenpunkten 7. Annahme von Streckenaufteilung (Anteil Autobahn, Anteil innerorts/ über Land) Geschwindigkeiten auf den oben genannten Streckenabschnitten anhand einer Geschwindigkeitsverteilung, die durch die LKW-Telemetrie ermittelt wurden. Abbildung 18 Geschwindigkeitsverteilung LKW (über ein Jahr) 7 progtrans Seite 34 und folgende auf Basis KABEWISTRA und Bundesamt für Raumentwicklung (ARE) 2007 Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 23

24 Mehrverbrauch Aus diesen Fakten ergaben sich vier Stausituationsmodelle. Für alle wurde angenommen, dass der innerorts-/ausserorts-abschnitt lang ist, und der Rest der Fahrstrecke aus Autobahn besteht. Die Geschwindigkeitsverteilung wurde nach unten korrigiert. Die Innerortsgeschwindigkeit wurde auf 30 und die Autobahngeschwindigkeit auf 80 reduziert. Situation 1:,. Dies ist eine häufige Situation vor Ausfahrten oder bei Verzweigungen, wobei die Kapazität der Strasse kurzzeitig überlastet wird. Die Geschwindigkeit ergibt sich aus dem Mittelwert aller Staugeschwindigkeiten die im Rahmen von KABEWISTRA ermittelt worden sind. Tabelle 5 Stausituation 1 Strecke [km] aus Modell [km/h] +10%[km/h] -10%[km/h] Fahrzeit [min] Situation 2:,. Die Staulänge ergibt sich aus dem Mittelwert aller im Rahmen von KABEWISTRA ermittelten Staulängen. Tabelle 6 Stausituation 2 Strecke [km] aus Modell [km/h] +10%[km/h] -10%[km/h] Fahrzeit [min] Situation 3:,. Mit doppelter durchschnittlicher Staugeschwindigkeit Tabelle 7 Stausituation 3 Strecke [km] aus Modell [km/h] +10%[km/h] -10%[km/h] Fahrzeit [min] Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 24

25 Mehrverbrauch Situation 4:,. Staulänge, wie sie oft an stark frequentierten Knotenpunkten auftreten. Tabelle 8 Stausituation 4 Strecke [km] aus Modell [km/h] +10%[km/h] -10%[km/h] Fahrzeit [min] Als Situation 5 kann die staufreie Fahrt bezeichnet werden. Tabelle 9 Situation 5 kein Stau Strecke [km] aus Modell [km/h] +10%[km/h] -10%[km/h] Fahrzeit [min] Wie schon erwähnt, handelt es sich hier ausschliesslich um Modellstaus. Grundsätzlich ist jegliche Stausituation dazwischen möglich. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 25

26 Mehrverbrauch Grafische Darstellung der Resultate Um den Einfluss des Gewichtes auf den Mehrverbrauch zu quantifizieren, wird in den folgenden Abbildungen der Verbrauch in Liter/100 km gezeigt. Abbildung 19 Gewichtsabhängiger Verbrauch Der Verbrauch wird zwar mit höherem Gewicht grösser, nimmt aber im Mittel linear zu. Mit anderen Worten heisst dies, dass der prozentuale Mehrverbrauch (nicht aber der Verbrauch an sich nicht gewichtsabhängig ist und dass somit alle Gewichtsklassen zusammengefasst werden können. Die Abhängigkeit von der Streckenlänge besteht aber weiterhin. Bei der Betrachtung des Mehrverbrauchs im Verhältnis der Durchschnittsgeschwindigkeit wird die These "wenn die durchschnittliche Geschwindigkeit auf einer immer gleichen Strecke sinkt, dann steigt der Verbrauch an" auch bei den Lastwagen bestätigt. Dabei beläuft sich der Mehrverbrauch im Mittel auf nahezu 45%. In dieser Abbildung ist ferner ebenfalls ersichtlich, dass der Staueinfluss bei kürzerer Fahrstrecke grösser wird. Abbildung 20 Durchschnittsgeschwindigkeit (LKW) 8 Anders als bei den Personenwagen kann man bei Lastwagen davon ausgehen, dass der Verbrauch bei höheren Geschwindigkeiten nicht mehr extrem zunimmt. Und zwar nicht weil der Luftwiderstand nicht mehr zunimmt (nimmt immer noch im Quadrat zu), sondern weil Lastwagen bei Autobahngeschwindigkeit verbrauchsoptimiert sind und nicht mit höheren Geschwindigkeiten als den 8 Mit grünen, respektive orangen Punkten sind zwei Beispiele eingefügt, die später erläutert werden. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 26

27 Mehrverbrauch erlaubten 80 km/h betrieben werden. Aus diesem Grund kann man von einem nahezu linearen Verhalten des Mehrverbrauchs in Bezug auf die Durchschnittsgeschwindigkeit ausgehen. Weiter ist zu Abbildung 20 zu bemerken, dass alle Punkte, die auf der 0%-Mehrverbrauchlinie liegen, keinem Staueinfluss unterworfen sind. In der untenstehenden Grafik sind die verschiedenen Streckenkategorien und Stausituationen abgebildet. Stausituation 1 (1km Stau bei 7.5 km/h) hat so gut wie keinen Einfluss auf den Mehrverbrauch, zumindest nicht bei Distanzen von über 30 km. Ansonsten ist ein lineares Verhalten der Stausituationen bei Distanzen zwischen 30 und 100 km festzustellen. Abbildung 21 Mehrverbrauch bei verschiedenen Streckenlängen Anders dargestellt: Abbildung 22 Balkendiagramm der Stausituationen bezüglich Mehrverbrauch Für Strecken von 100 km sind die Stausituationen 2 und 3 als Stausituation 3 zusammengefasst, da die Überlappung dieser Staus zu gross ist. Mit anderen Worten: Sie sind bezogen auf ihren Einfluss identisch. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 27

28 Mehrverbrauch Auch bei den Lastwagen ist der Zeitverlust beträchtlich. Dieser wird in Abbildung 23 gezeigt. Man kann erkennen, dass bereits kleinere Staus, wie zum Beispiel in der Stausituation 1, grössere Auswirkungen auf den Zeitverlust haben. Abbildung 23 Balkendiagramm der Stausituationen bezüglich Zeitverlust Der Zeitverlust beläuft sich im Maximum auf über 160%. Je nach Ladung oder Auftrag kann der Zeitverlust, der durch Stau verursacht wurde, einen grösseren wirtschaftlichen Schaden verursachen, als der Mehrverbrauch an Kraftstoff. Ich will aber auch hier nicht mehr weiter auf den Zeitverlust eingehen, da es in Bezug auf die daraus entstehenden Kosten sehr komplex wird und diese Kosten auch sehr individuell ausfallen können. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 28

29 Mehrverbrauch Umfahrung Zürich Gesamtschweizerisch betrachtet gehören die Umfahrungen um Zürich zu den am meisten belasteten Strecken des Autobahnnetzes. In den nächsten zwei Beispielen wird dieser Abschnitt näher untersucht. Das erste Beispiel soll aber auch nochmals die Gewichtsunabhängigkeit des Mehrverbrauchs eines Lastwagens aufzeigen Fahrt: Egerkingen Wallisellen Wallisellen Egerkingen Abbildung 24 Ausschnitt Fleetboard Einzelfahrtanalyse (anonymisiert) Wir sehen an der identischen Fahrzeit, dass auf beiden Strecken entweder keine, oder dann die selben Verkehrstörungen auftraten. Aufgrund der eher hohen Durschnittsgeschwindigkeit sowie der Kenntnis, dass sich die Strecke aus Innerorts und Autobahn zusammensetzt und auch keine Verkehrsbehinderung im Fleetboard-Portal verzeichnet worden ist, kann man davon ausgehen, dass es sich um eine störungsfreie Fahrt handelte. In beiden Fällen wurde das gleiche Fahrzeug, ein Mercedes Actros 1840 genutzt. Unterschiede existieren bei Gewicht und Verbrauch. Durch die unten stehende Formel sieht man, dass das Gewicht ebenfalls keinen Mehrverbrauch verursacht. [ ] [ ] [ ] Somit sind beide Fahrten identisch. Wallisellen ist bekannt als Staustelle, aber vorallem im Pendler- und Feierabendverkehr. In beiden Fällen wurde die Strecke zu stauuntypischen Zeiten (sehr früh am Morgen und Mittags) befahren Fahrt 2: Frauenfeld Urdorf Als zweites wollen wir uns ganz spezifisch auf einen Ort fixieren. Die Umfahrung Zürich hat mit Gubristtunnel, Brütiseller Kreuz, Ausfahrt Wallisellen und dem Limmattalerkreuz gleich eine Vielzahl an Stauherden, hauptsächlich zu Morgen- und Feierabendzeiten. Als Teil einer täglichen Tour wird die Strecke Frauenfeld Urdorf von der Firma Dreier befahren, welche alle diese Stellen passieren muss. Im besten Fall ergeben sich diese über zwei Fahrten gemittelten Werte. Im schlechtesten Fall ergeben sich diese über zwei Fahrten gemittelten Werte. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 29

30 Mehrverbrauch Gemeinsamkeiten dieser beiden Fälle sind: Fahrzeug: Mercedes Actros 1845LS Abfahrt- und Zielort in gleiche Richtung befahren. In der Abbildung rechts sind beide Staustellen eingezeichnet, die an diesem Tag vorlagen. In beiden ist der Stau gut ersichtlich, da die eingezeichneten Punkte (kleine gelbe Punkte) Positionsmarkierungen sind, die alle drei Minuten gesetzt werden. Im oberen Bild ist der Streckenabschnitt zwischen Wallisellen und dem Gubrist-Ostportal gezeigt und im unteren der Streckenabschnitt zwischen dem Brüttiseller Kreuz und Wallisellen. Man kann auch erkennen, dass der Verkehr zeitweise zum Stillstand kommt, da die Positionsmarkierungen eng bei einander liegen. Die mittlere Staulänge in beiden Fällen Abbildung 25 Ausschnitt Fleetboard Umfahrung Zürich liegt bei mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von, die sich aus der Länge des Staus und der gemittelten Zeitdifferenz zwischen den Anfangs- und Endmarkierungen ergibt. Die Zeitdifferenz entspricht nicht exakt derjenigen, wenn man die Differenz zwischen und betrachtet, ist aber immer noch in einem akzeptablen Rahmen. Somit ergibt sich folgende Situation: Der Mehrverbrauch beläuft sich auf [( ) ] und der Zeitverlust auf [( ) ]. Die mittlere Staulänge und die mittlere Geschwindigkeit haben grosse Ähnlichkeit mit den erstellten Stausituationen (Situation 4, Seite 25) zur Verifizierung des Mehrverbrauchs aus den Flottendaten. Dabei ist die Ähnlichkeit bezüglich Fahrtenlänge (60 km), Staulänge (6 km) und Staugeschwindigkeit (7.5 km/h) gegeben. Somit wird ersichtlich, dass ein Mehrverbrauch von gut 40% als realistisch betrachtet werden kann (s. auch Abbildung 20 und Abbildung 21 auf Seite 27) Gotthard Südportal Der Gotthard ist ein weiterer Engpass auf dem Schweizer Autobahnnetz. Der Gotthardtunnel ist vor allem an Wochenenden oder in Ferienzeiten ein sehr hochfrequentierter Streckenabschnitt. An Wochentagen wird der LKW-Fluss durch ein Tropfenzählsystem gesteuert. Das heisst, der Gotthardtunnel wird für die Lastwagen über eine Ampel freigegeben, damit jeweils ein Sicherheitsabstand eingehalten wird. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 30

31 Mehrverbrauch Als nächstes wollen wir zwei Fahrten vergleichen, die beide durch den Gotthard Tunnel führen, jedoch zu unterschiedlichen Tageszeiten Fahrt 3: Cadenazzo Härkingen Die Strecke Cadenazzo Härkingen wird als tägliche Tour gefahren und ist Rund 208 km lang. Im besten Fall ergeben sich Im schlechtesten Fall ergeben sich Beide Fahrten sind bis auf Unterschiede am Gotthard Südportal identisch. Schon anhand der Markierungspunkte wird ersichtlich, dass die Geschwindigkeit reduziert wird. Für das rund 8.2 km lange in Abbildung 26 gezeigte Stück ist die durchschnittliche Geschwindigkeit ohne Stau bei und wird durch Stau auf reduziert. Dadurch ergibt sich auf die gesamte Strecke:. Die Staulänge kann in diesem Fall nicht bestimmt werden, da es sich eher um stockenden Verkehr handelt. Topographische Einflüsse auf den Mehrverbrauch können mehrheitlich ausgeschlossen werden. Zu Abbildung 26 Ausschnitt Gotthard Südportal beachten ist jedoch, dass vor beiden Portalen eine Steigung vorliegt. Die jeweilige Beschleunigen aus dem Stand erfordert Leistung und zieht dadurch einen höheren Treibstoffverbrauch nach sich. Auch dieser Fall ist in Abbildung 20 auf Seite 26 eingezeichnet und passt auf die Regressionskurve, die den Mehrverbrauch bei Lastwagen darstellt.. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 31

32 Diskussion der Resultate 9 Diskussion der Resultate Es hat sich gezeigt, dass Stau oder stockender Verkehr für einen Mehrverbrauch von Treibstoff bei den untersuchten Fahrzeugen verantwortlich ist. Die Höhe dieses Mehrverbrauchs hat aber eine grosse Bandbreite und ist sehr von der gefahrenen Distanz, der Länge des Staus und von der Staugeschwindigkeit abhängig. Die These, dass "wenn die Durchschnittsgeschwindigkeit auf einer Strecke sinkt, dann steigt der Verbrauch an," hat sich klar bestätigt. Den wahrscheinlich grössten Einfluss auf den höheren Verbrauch hat aber sicher die Staugeschwindigkeit. Liegt diese tiefer, so ist der Verbrauch höher. Diese tiefere Staugeschwindigkeit ist mit häufigem Anfahren/Beschleunigen und Abbremsen gekoppelt. Kommt der Verkehr öfters total zum Erliegen, so muss öfters wieder beschleunigt werden, was sehr viel Treibstoff kostet. Bei den Lastwagen hat sich gezeigt, dass der prozentuale Mehrverbrauch bis auf knapp 45% ansteigen kann. Ähnlich ist es bei den Personenwagen, die im Maximum ebenfalls auf einen Mehrverbrauch von 44% kamen, auch wenn dieser in den meisten Fällen tiefer lag. Die analysierten Einzelfahrten bei den Lastwagen bestätigten das Funktionieren der Staumodelle. Die Auswertung aller Fahrtendaten, egal ob PW oder LKW, haben auch gezeigt, dass Staus überdies sehr hohe Zeitverluste nach sich ziehen können. Meist sind diese sogar um einiges höher als der reine Treibstoffmehrverbrauch. Man kann aber davon ausgehen, dass dieser Zeitverlust, vor allem im Pendelverkehr, mit einberechnet ist. Die Zeit, die im Stau vernichtet wird, fehlt im Endeffekt bei der freien Zeit und nicht bei der Arbeitszeit. Ganz anders verhält es sich im Lastwagenverkehr: Dort ist Stauzeit gleich Arbeitszeit und der Zeitverlust wird zum wirtschaftlichen Verlust eines Transportunternehmens. Was bei den Personenwagen zusätzlich einen grossen Einfluss haben wird, was aber in dieser Arbeit nicht untersucht wurde, ist der Fahrstil eines Fahrers. Je nach Fahrstil kann der Verbrauch zusätzlich höher ausfallen, oder unter Umständen auch den Staueinfluss vermindern. Auf der Autobahn ist dabei sicher die überhöhte Geschwindigkeit ein Problem, da der Verbrauch ab Geschwindigkeiten um 100 bis 110 km/h ansteigen wird. Wie gross der staubedingte wirtschaftliche Verlust und der Umweltschaden ist, wird im folgenden Kapitel behandelt. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 32

33 Volkswirtschaftlicher und umweltbezogener Schaden 10 Volkswirtschaftlicher und umweltbezogener Schaden Wie die Resultate der Fahrzeugdaten belegen, unbesehen ob Lastwagen oder Personenwagen, besteht ein Mehrverbrauch an Treibstoff, der durch Staus verursacht wird. Stellt sich also hier die Frage des volkswirtschaftlichen Schadens sowie auch jene des Umweltschadens aufgrund von zusätzlich freigesetztem. Als realistische Werte für den staubedingten Mehrverbrauch sind dies bei Personenwagen zwischen 5 45%, bei den Lastwagen liegen wir im gleichen Rahmen. Hier bietet sich eine Betrachtung des "Worst Case" bzw. "Best Case" an. Der Mittelwert des Verbrauches aller Testfahrzeuge mit Benzinmotor liegt bei 6.55 Liter/100 km und derjenige mit Dieselmotoren bei 5.55 Liter/100 km, dies alles bei freier Fahrt. Bei allen untersuchten Lastwagen liegt der Verbrauch über alle Distanzen und Gewichtsklassen im Mittel bei Liter Diesel auf 100 km (staufreie Fahrt). In der Tabelle unten ist der jeweilige Verbrauch bei freier Fahrt und bei 5% Mehrverbrauch (Best Case) und bei 45% Mehrverbrauch (Worst Case) gezeigt. Tabelle 10 Verbrauch von PW und LKW (Best/Worst) Motor Freie Fahrt MV 5% rel. MV 5% MV 45% rel. MV 45% [lt./100km] [lt./100km] [lt./100km] [lt./100km] [lt./100km] Otto (PW) Diesel (PW) Diesel (LKW) Im Zusammenhang mit Staus stellen sich einige Fragen: Wie lang ist der Stau? Wie schnell ist er? Welches ist die Kapazität eines Autobahnabschnittes? Diese Fragen sind im Verlauf dieser Arbeit immer wieder aufgetaucht und können nur approximativ beantwortet werden, da dies nicht in jeder Situation gleich ist. Im Weiteren ist ebenfalls nicht klar, wie sich ein Stau aus Personenwagen und Lastwagen zusammensetzt. Dieser wurde nur beispielhalber und anhand von statistischen Daten gebildet. Dazu kommen noch Fragen wie weit ein Personenwagen von A nach B fährt und wie weit dies ein Lastwagen tut? Alle diese Fragen hängen unmittelbar mit den Kosten, dem -Ausstoss und dem Mehrverbrauch zusammen. Um eine einigermassen zutreffende Antwort auf Kosten und Emissionen zu geben, bedient man sich am besten erneut eines Modells. Nehmen wir an, ein Stau von 6km Länge über zwei Spurenbesteht aus: Rund 1140 Fahrzeugen (gemäss Überlegung aus Kapitel 6) Davon 60 LKW (10%) und 1080 PW (90%) Anteil an Diesel - PW 24%, entspricht 259 Fahrzeugen (somit 821 Benziner) Durchschnittliche Tagesfahrleistung eines Personenwagen: 27.8 km 9 Durchschnittliche Streckenlänge einer Fahrt eines Lastwagens: 75 km 10 9 Mobilität in der Schweiz 2010 Seite 2 10 Excel-Tabelle: Fahrten_zwischen_010114_ Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 33

34 Volkswirtschaftlicher und umweltbezogener Schaden Tabelle 11 Verbrauch von PW und LKW gem. Staumodell Motor Freie Fahrt MV 5% rel. MV 5% MV 45% gesamte Strecke [lt.] [lt.] [lt.] [lt.] [lt.] Otto (PW) Diesel (PW) Diesel (LKW) rel. MV 45% In der oberen Tabelle werden nun der Verbrauch von Personenwagen und Lastwagen dargestellt, der auf der im Staumodell definierten Streckenlänge anfällt. Dazu jeweils wieder der Best/Worst Case-Verbrauch in Litern. Die aktuellen Treibstoffpreise 11 liegen bei Benzin in der Höhe von CHF 1.76/Liter und für Diesel CHF 1.83/Liter. Tabelle 12 Kosten und Emissionen eines Fahrzeuges Motor Kosten freie Fahrt Kosten MV 5% MV 5% Kosten MV 45% MV 45% gesamte Strecke [CHF] [CHF] [g] [CHF] [g] Otto (PW) Diesel (PW) Diesel (LKW) Tabelle 13 Kosten jedes Einzelnen, wenn täglich Stau herrscht Motor an 260 Tage Stau Kosten MV 5% [CHF] [kg] MV 5% Kosten MV 45% [CHF] Otto (PW) Diesel (PW) Diesel (LKW) [kg] MV 45% Dies können Kosten und Emissionen sein, die ein Stauteilnehmer jährlich tragen müsste. Alle Testfahrer liegen hochgerechnet in diesem Kostenband von CHF bis pro Jahr. Wir erinnern uns, dass der hier als reales Beispiel genommen Stau aus 60 Lastwagen, 259 Dieselfahrzeugen und 821 Benzinern besteht, was total 1140 Fahrzeuge im Stau ergibt. Die im Stau entstehenden Gesamtkosten wie auch die gesamten entstehenden Emissionen, die pro Stau oder im täglichen Stau anfallen, sind in der folgenden Tabelle gezeigt. 11 Stand TCS Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 34

35 [CHF], [kg] BWL-Projekt FS2014 Volkswirtschaftlicher und umweltbezogener Schaden Tabelle 14 Kosten und Emissionen eines 6km Staus aller Stauteilnehmer Motor Kosten MV MV Kosten MV MV Bei täglichem Stau (260 Tage) [CHF] [kg] 5% [CHF] 5% [kg] 45% [CHF] 45%[kg] Kosten 5% 5% Kosten 45% 45% Otto (PW 821) Diesel (PW 259) Diesel (LKW60) TOTAL Somit können pro Stau mit der besagten Anzahl Stauteilnehmer Kosten von bis zu CHF an unnötig verbrauchtem Treibstoff entstehen (Worst Case) und dabei von gut 3.3 Tonnen freigesetzt werden. Geht man davon aus, dass auf gewissen Autobahnabschnitten täglich Staus herrschen (hier nur jährliche Arbeitstage) können sich die Kosten und die schädlichen Emissionen im schlimmsten Fall verzweihundertsechzigfachen Stau 260 Staus 10 1 Kosten [CHF] MV 5% CO2- Emission [kg]mv 5% Kosten [CHF] [kg] MV 45% CO2- Emission MV 45% Abbildung 27 Balkendiagramm Kosten und Emissionen logarithmisch dargestellt Es zeigt sich, dass jeder Personenwagen im Schnitt pro Stau zwischen CHF 0.14 Rp. und CHF 1.45 mehr für Treibstoff verbraucht und dabei zusätzlich noch zwischen 210 Gramm und knapp 2 Kilogramm produziert (Best-/WorstCase). Ein Lastwagen verbraucht dementsprechend in einem Stau zwischen CHF 1.60 und CHF mehr Treibstoff und produziert zwischen 2 und 21 Kilogramm. Häufige Staus können also durchaus einen finanziellen Schaden für jeden Einzelnen haben, es stellt sich nur die Frage, ob man bereit ist, diesen zu tragen. Was bedeutet das nun aber in Bezug auf den CO2-Ausstoss? Dieser verursacht zwar nur indirekte Kosten für jeden Einzelnen, jedoch trägt jeder Einzelne eine Verantwortung gegenüber der Umwelt und sollte daher seinen Carbon-Footprint so klein wie möglich halten, denn es bestehen leider nur wenige Möglichkeiten, um CO2 zu speichern und zu neutralisieren. Am Beispiel des Waldes will ich nun zeigen, wie viel Wald respektive Bäume es überhaupt braucht, um den oben erwähnten Berg an zu neutralisieren. Ein grosser, ausgewachsener Baum kann täglich bis zu 6kg speichern und in Sauerstoff Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 35

36 Volkswirtschaftlicher und umweltbezogener Schaden umwandeln 12. Am Exempel des zuvor berechneten Staus würde das bedeuten, dass jeder einzelne Personenwagen bis zu einem Drittel eines Baumes beansprucht, damit seine Emissionen als neutralisiert gelten. Bis zu 3.5 ausgewachsene Bäume wären bei einem Lastwagen nötig. Das hört sich bei erstem flüchtigem Hinsehen nach eher wenig an. Betrachtet man aber einen täglich auftretenden Stau von 6 km Länge, produzieren alle Stauteilnehmer zusammen Maximalkosten von über einer halben Million Schweizer Franken und von maximal mehr als 850 Tonnen. Um diese riesige Menge an zu neutralisieren, bräuchte es rund Bäume. Dies würde einer Fläche von 238 Hektar Wald entsprechen (600 Bäume pro Hektar), was wieder um ca. 10% der Stadt Basel ( ) entspräche. Um es an dieser Stelle nochmals zu verdeutlich: Wir sprechen immer noch von nur einer Staustelle, auf welcher sich der Verkehr täglich über eine Länge von 6 km staut. Dies wäre zum Beispiel vor dem Gubrist-Tunnel oder auch an anderen Knotenpunkten rund um Zürich der Fall. Abbildung 28 Neutralisation von CO2 Abschliessend kann man festhalten, dass auch bei kleinen Staus Mehrkosten und eine erhöhte Belastung der Umwelt entstehen, und zwar auch dann, wenn nicht jeder Stauteilnehmer 45% mehr an Diesel oder Benzin verbraucht. Ziel muss es sein, die lästigen und nervtötenden Staus weitgehend zu minimieren, im besten Fall gänzlich zu beseitigen. Denn wie Figura zeigt, kosten Staus weit mehr als nur Nerven. 12 Klimanko.de / Wald.de Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 36

37 Ausblick 11 Ausblick Diese Untersuchungen zum staubedingten Mehrverbrauch können und müssen sicherlich noch vertieft werden. Dabei können die folgenden Punkte noch einer genaueren Betrachtung unterzogen werden: Der Mehrverbrauch von Personenwagen sollte nochmals und unter Umständen mit einer anderen Methodik untersucht werden, da zu wenige Daten erhoben werden konnten. Das Tropfenzählsystem am Gotthard müsste genauer untersucht werden, da die Lastwagen an den Gotthardportalen in einer Steigung anfahren und auf Reisegeschwindigkeit beschleunigen müssen. Zudem bedeuten die tropfenweise zugeführten Lastwagen eine weitere Behinderung des fliessenden Verkehrs. Telemetriedaten von Lastwagen könnten viel besser für die Staubestimmung genutzt werden. Es sollte geprüft werden, ob eine Stauerkennung über Flottenmanagement - Systeme jeglicher Art möglich ist. Softwaretechnisch besteht sicher die Möglichkeit. Weitere Untersuchungen zu CO2-Emissionen, die durch Staus entstehen, müssen durchgeführt werden, da diese in dieser Arbeit nur approximativ gemacht werden konnten. Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 37

38 Abbildungsverzeichnis 12 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Titelbild 1 Abbildung 2 Aufteilung in Abschnitte 8 Abbildung 3 Induktivstreifen als Messtelle 11 Abbildung 4 Karte der Messtellen Stand:Mai Abbildung 5 Stauentwicklung nach Staustunden gesamtschweizerisch 12 Abbildung 6 Staustundenentwicklung auf Autobahn 12 Abbildung 7 Gründe für Verkehrsunfälle [%] und Unfallart auf Autobahn [%] 13 Abbildung 8 Unfall mit Personenwagen nach Tageszeit und Wochentag 2012 [%] 13 Abbildung 9 DTV auf Schweizer Strassen 15 Abbildung 10 Kraftstoffpreisentwicklung über 20 Jahre 16 Abbildung 11 Mehrverbrauch in Funktion der durchschn. Geschwindigkeit 19 Abbildung 12 Mehrverbrauch in Funktion der Streckenlänge 19 Abbildung 13 Trend Staugeschwindigkeit und Mehrverbrauch 20 Abbildung 14 Trend Staugeschwindigkeit und Mehrverbrauch aus Stauanteil 20 Abbildung 15 Verbrauch in Funktion der durchschnittl. Geschwindigkeit (Diesel/Benzin) 21 Abbildung 16 CO2-Emissionen 21 Abbildung 17 Prozentualer Zeitverlust 22 Abbildung 18 Geschwindigkeitsverteilung LKW (über ein Jahr) 23 Abbildung 19 Gewichtsabhängiger Verbrauch 26 Abbildung 20 Durchschnittsgeschwindigkeit (LKW) 26 Abbildung 21 Mehrverbrauch bei verschiedenen Streckenlängen 27 Abbildung 22 Balkendiagramm der Stausituationen bezüglich Mehrverbrauch 27 Abbildung 23 Balkendiagramm der Stausituationen bezüglich Zeitverlust 28 Abbildung 24 Ausschnitt Fleetboard Einzelfahrtanalyse (anonymisiert) 29 Abbildung 25 Ausschnitt Fleetboard Umfahrung Zürich 30 Abbildung 26 Ausschnitt Gotthard Südportal 31 Abbildung 27 Balkendiagramm Kosten und Emissionen logarithmisch dargestellt 35 Abbildung 28 Neutralisation von CO2 36 Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 38

39 Tabellenverzeichnis 13 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 CO2-Emission aus TReibstoff 9 Tabelle 2 Daten aus ARE 2007 für das Jahr 2005 und ASTRA Jahresbericht Tabelle 3 Übersicht der Datensätze 17 Tabelle 4 Kosten und Emissionen für einen sowie für täglichen Stau 18 Tabelle 5 Stausituation 1 24 Tabelle 6 Stausituation 2 24 Tabelle 7 Stausituation 3 24 Tabelle 8 Stausituation 4 25 Tabelle 9 Situation 5 staufrei 25 Tabelle 10 Verbrauch von PW und LKW (Best/Worst) 33 Tabelle 11 Verbrauch von PW und LKW gem. Staumodell 34 Tabelle 12 Kosten und Emissionen eines Fahrzeuges 34 Tabelle 13 Kosten jedes Einzelnen, wenn täglich Stau herrscht 34 Tabelle 14 Kosten und Emissionen eines 6km Staus aller Stauteilnehmer Glossar KABEWISTRA Konzeptstudie zur Verbesserung des Verkehrsflusses auf Strassen gesamtschweizerischer BedeutungFehler! Textmark Telemetrie Übertragung von Daten einer räumlich getrennten Messstelle 23 Fleetboard Plattform zur Analyse und Übersicht des Flottenmanagement 29 Carbon Footprint Auch Bilanz genannt, macht eine Aussage über den gesamten CO2-Ausstoss, der einer Aktivität angelastet wird Literaturverzeichnis NEUBERECHNUNG DER STAUZEITKOSTEN INFRAS - Keller, Mario, Wüthrich,Philipp, Schlussbericht, Bern, 20.April Verkehrsentwicklung und Verfügbarkeit der Nationalstrassen 2012 ASTRA, Jahresbericht, Bern, 21.Mai ,11,14 Stassenverkehrsstau in der Schweiz progtrans, Schlussbericht 2012, Basel, 31. August 2011 Fehler! Textmarke nicht definiert. Staukosten des Strassenverkehrs in der Schweiz ARE, (INFRAS), Aktualisierung 2005, Bern, September Mobilität in der Schweiz Wichtigste Ergebnisse des Mikrozensur Verkehr und Mobilität BfS, ARE, Neuchatel Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 39

40 Quellenverzeichnis 16 Quellenverzeichnis Titelbild SASVZ Schweizerische automatische Verkehrszählung Jahresbericht 2012 Bundesamt für Strassen (ASTRA), Exceltabelle auf CD 14 Treibstoffpreisentwicklung Bundesamt für Statistik (BFS), Exceltabelle auf CD 16 Durchschnittliche Fahrtenlänge eines LKW s Excel-Tabelle: Fahrten_zwischen_010114_ (Schnitt aller Streckenlängen über 2 Monate) 33 Klimanko.de 36 Wald.de 36 Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 40

41 Anhang A 17 Anhang A 17.1 Zur Stauentwicklung Berner Fachhochschule Haute école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences 41