Containerterminalbetriebe auf dem Weg in die Elektromobilität Batterie Elektrische Schwerlastfahrzeuge im Intelligenten Containerterminalbetrieb

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1 Containerterminalbetriebe auf dem Weg in die Elektromobilität Batterie Elektrische Schwerlastfahrzeuge im Intelligenten Containerterminalbetrieb (BESIC) e mobil BW TECHNOLOGIETAG, , Stuttgart

2 UNSERE ALLEINSTELLUNGSMERKMALE 2

3 Nutzungsintensivierung / höhere Auslastung Im führerlosen Transportsystem sind die Fahrzeuge in einer eng umgrenzten Gewerbefläche unterwegs Die Transportfahrzeuge werden im Containerterminalbetrieb rund um die Uhr eingesetzt (Einsatz im 24 h Betrieb) Betrieb einer Batteriewechselstation hat seine Vorzüge

4 Batteriewechselkonzept Durch das Wechseln der Batterien können die Abläufe zur Energiebereitstellung zeitlich von den Logistikabläufen entkoppelt werden Es sind praktisch immer Wechselbatterien zum Aufladen am Netz nennenswertes quasi stationäres Batteriespeichervolumen Anzahlen der Ladestellen und Wechselbatterien müssen für Spitzen der geforderten Logistikprozessleistung ausgelegt werden

5 Innovative Batteriespeichersysteme Für das geschlossene Logistiksystem lässt sich auch für Blei Säure Akkumulatoren ein belastbares Kosten Nutzen Verhältnis erreichen (typisches Anwendungsgebiet für Staplerbatterien) Höherer Energiedurchsatz und kürzere Ladedauern bei Lithium Ionen Akkumulatoren müssen sich erst einmal rechnen Containerterminalbetrieb stellt hohe Anforderungen in Bezug auf Entladeleistung (Anfahren) und Nutzspeicherkapazität (Schichtdauern)

6 UNSERE AUSGANGSPUNKTE UND HERAUSFORDERUNGEN 6

7 Automated Guided Vehicles (AGV) für den vollautomatischen Containertransport Containertransport mit bis zu 70t zwischen Kaikranen und Containerlager Hohe Verfügbarkeit mit bis zu 7000 Betriebsstunden pro Jahr und Fahrzeug Durchschnittliche Transportwege betragen ca. 800 m pro Transportvorgang Fahrleistungen der Fahrzeuge mit einer Batterieladung nach derzeitigem Auslegungsstand größer 50 km Durchschnittl. Nutzungsdauer mit einem geladenen Blei Säure Akku c. 16 h

8 Ein Containerterminalbetrieb als Wegbereiter für die Elektromobilität Elektrifizierung von schwerem Gerät im Einsatzgebiet Produktion und Logistik schon lange ein Thema Stärkere Durchdringung der Elektromobilität im Wirtschaftsverkehr durch Umstellung von Nutzfahrzeugflotten möglich Fahrzeugentwicklungen im Nutzfahrzeugsegment können zügig abgeschlossen werden neue Vermarktungschancen über gelingende Markt und Netzintegration zu erwarten Modellregionen für die Elektromobilität in Deutschland bislang auf Personenverkehre ausgerichtet Betrachtung der Lebenszykluskosten für Batteriesysteme in der Größenordnung von Schwerlastfahrzeugen stellt Basisinnovation dar

9 diesel elektrisches AGV (η ca. 26%) batterie elektrisches AGV (η ca. 56%) (92%) (93%) Umrichter (95%) Kond.batterie Umrichter Elektrische Energie (92%) Antriebsenergie Getriebe Mechanische Energie Elektromotor Elektrische Energie Stromgenerator Antriebsenergie Zusätzliches Eigengewicht Fahrzeugbatterie ca. 90% Getriebe Mechanische Energie Elektromotor Elektrische Energie Umrichter (92%) (93%) (97%) (35%) Mechanische Energie Dieselmotor Elektrische Energie (Fahrzeug) Ein und Ausspeicherung elektro chemische Batterie (75%) Chemische Energie (Dieselkraftstoff) Elektrische Energie (Allgemeines Stromnetz)

10 22,4 kwh Antriebsenergie Wirkungsgradverluste B AGV 40 kwh elektrische Energie aus dem Stromnetz 5,60 7 Liter chemische Energie Dieselkraftstoff 0,14 pro kwh 0,80 pro Liter 68,2 kwh Energieinhalt des Dieselkraftstoffs Wirkungsgradverluste E AGV 17,7 kwh Antr.energ. E AGV (η ca. 26%)

11 Wirkungsgradvergleich 56 % : 26 % Endkundenpreisvergleich Aktuelle Endkundenpreise 22,4 : 17,7 Betriebskostenvergleich > 1? : 1 Wertminderungskosten Fahrzeugbatterien Fahrzeugwartungskosten Energiepreisentwicklung Investitionskostenvergleich > 1?? : 1 Infrastrukturkosten Kosten der Kapitalbeschaffung Batteriepreisentwicklung

12 Gesamtziele und Schlüsselpunkte Erreichen der Anwendungsreife der batterie elektrischen AGV und entsprechender Ladeinfrastrukturen Erschließung eines Zweitnutzens für verschiedene Szenarien des Ladeinfrastrukturausbaus aus integrierter Sicht von Energiewirtschaftsakteuren und des Containerterminalbetreibers Beurteilen der Lebenszykluskosten von unterschiedlichen Hochleistungsbatterien und Erproben des optimalen Verhältnisses von Wechselbatterien und batterie elektrischen AGV Herausarbeiten von Vorteilen des batterie elektrischen Antriebskonzepts für Schwerlastfahrzeuge auch für verwandte Anwendungskontexte

13 Transportplanung Stauplanung Lagerplanung Der automatisierte Containerterminalbetrieb Liegeplatzplanung

14 Terminal Leitsystem Stauauftragsplanung (Assistenzsystem) Integrierte Umschlags und Transportauftragsplanung (Planungssystem) Integrierte Wegfindung und Tourenablaufplanung AGV Management System und NAVIMATIC Herkömmliche IKT Systeme für die Logistikplanung Liegeplatzplanung (Assistenzsystem) 14

15 Regalbediengerät Batteriewechselstation Lithium Ionen Akkumulatoren Blei Säure Akkumulatoren Ladegerätesätze / Transformatorhäuschen Erzeugungs und Lastprognose Lagerkran / Portalkran Batterieelektrisches AGV Containerblock Dieselelektrisches AGV Demand Response Systeme Energiemarktanalysen Kaikran / Containerbrücke Dieselmechanisches AGV

16 Diesel betriebene Fahrzeuge einsetzen Kosten der Leistungserstellung sowie der Vorhaltung des Logistikapparats beurteilen Batterie betriebene Fahrzeuge einsetzen interne Programmatik verfolgen Vermarktungsoption mit Entscheidungsunterstützungssystem abwägen Mit Assistenzsystem Mit Assistenzsystem lagern externe Programmatik verfolgen Container in Terminal importieren Container aus Terminal exportieren Abfertigungsauftrag erfüllen / Schiff abfertigen Mit Assistenzsystem Mit Assistenzsystem stauen / laden

17 Nachfragebieterverfahren favorisierter Interaktionsansatz Herkömmlicher Lieferantenkontext Lieferant / Stromprodukt Lieferweg / Netz Herkömmlicher Logistik- oder Materialflusskontext Importumschlagsprozess Zähler (extern) Wandlung und Speicherung Verteilung (Batteriewechsel) Transportprozess Erweiterter Lieferantenkontext Messstellen (intern) Interessanter Lieferanten- und Aggregatorenkontext Exportumschlagsprozess

18 Servicegarantien Schiffsliegenschaften Schiffsankünfte Containeraufkommen Fahrzeugeinsatzbedarf Umschlagsu. Transportleistungsbedarf Umschlagsintensität Transportauftragsaufkommen Energiebedarf Fahrleistung Tauschrhythmus Entladetiefen Ladevorgänge Ladezustände Batterieeinsatzbedarf Lastgangverhalten

19 Stufe 0: alle Fahrzeuge gleich behandelnd Stufe 1: Fahrzeuge logisch getrennt Stufe 2: lineare Aufladepositionen differenzierend Stufe 3: mit Wegenetz räumlich differenzierend Stufe 1: Blockabschnitte logisch trennend Stufe 2: lineare Abschnittspositionen differenzierend Stufe 1: Kaiabschnitte logisch trennend Stufe 2: lineare Abschnittspositionen differenzierend Stufe 3: mit Schiffsliegeplätzen räumlich differenzierend

20 Management der Energiebeschaffung Gesteuertes Laden Management nachfrageseitiger Maßnahmen Systemebene des Marktgeschehens und der Netzstabilität Systemebene der Energiebereitstellung ( Fahrstrom ) Betriebliches Lastmanagementsystem Batterien Verwaltungs System Management des Gesamtlastgangs und der flexiblen Lasten Logistiksystemebene (Schweres Gerät und Transportfahrzeuge) Management Fahrzeugflotte Management Batteriewechselstation

21 12 stündiges Ladezeitfenster bei Batteriewechsel mit 2:1 Ausstattung Realzeitspanne Fahrzeug 4 Ladedauer Fahrzeug 4 Zwillingspaar Batterie 1 Batterie 2 Fahrzeug 4 Ladezeitfenster Batterie n

22 Lade / Entladezyklus Lithium Batteriesysteme: 78 Batterien / 72 Fahrzeuge / 6+1 Ladestelle(n) Batterie V Batterie IV Batterie VI AGV 1 AGV... Batterie AGV... Batterie 1 Batterie Batterie III Batterie II Batterie I AGV 72 AGV AGV Batterie Batterie 72 Batterie + 6 Wechselbatterien als Ladepuffer 72 Wechselbatterien Grundausstattung

23 Zeitliche Fortschreibung des Lade /Entladezyklus Batterie III Batterie IV Batterie V AGV 72 AGV 1 Batterie 1 AGV... Batterie VI Batterie Batterie II Batterie I Batterie 72 AGV 71 AGV AGV Batterie Batterie 71 Batterie

24 Betrachtung der Kapazität in den Entlade und Ladeprozessen bei Lithium Batteriesystemen > 6 Ladestellen 6 Ladestellen < 6 Ladestellen Mögliche Aufladung pro Stunde Stündlicher Energiebedarf / durchschnittliche Entladung pro Stunde Vollauslastung Teilauslastung

25 Pegelstände der Lade /Entladeprozesse nach Restfahrdauer (Auftragsprogramm) und Restladedauern ca. anderthalb Stunden ca. vier Stunden

26 Batterie 3 Batterie 6 Batterie 9 Batterie kw ca. 22,5 kw ca. 30 kw