Herausforderungen beim Betrieb mit elektrisch betriebenen Bussen

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1 Herausforderungen beim Betrieb mit elektrisch betriebenen Bussen Strategien für Kommunen und öffentliche Fuhrparks Leipzig

2 Die Gesellschafter 74,9 % 5, % Herausforderungen beim Betrieb mit elektrisch betriebenen Bussen

3 Die Organisation der VCDB GmbH Herausforderungen beim Betrieb mit elektrisch betriebenen Bussen

4 Gliederung Das Projekt E-BUS Dieselbus vs. Elektrobus Technologie Elektrobussystem Herausforderungen beim Betrieb mit elektrisch betriebenen Bussen 4

5 Das Projekt E-BUS Herausforderungen beim Betrieb mit elektrisch betriebenen Bussen 5

6 ich kaufe mir einen Elektrobus Von der Idee bis zum Betrieb schrittweise zum Projekterfolg Idee Machbarkeitsstudie Umsetzungs -planung Ausschreibung Implementierung Betrieb

7 ich kaufe mir einen Elektrobus Technische Grundlagen Elektrische Antriebskonzepte Elektrische Energiezuführung Fragestellungen Woran muss ich denken, um Systeminnovationen zu implementieren? Welches System ist für MEIN Verkehrsunternehmen das Richtige? Inwieweit lässt sich das Elektrobussystem in den bestehenden Betrieb integrieren? Passt sich der Elektrobus dem Betrieb an oder umgekehrt?

8 Dieselbus vs. Elektrobus Herausforderungen beim Betrieb mit elektrisch betriebenen Bussen 8

9 Ausgangssituation: Der Dieselbus m Standardbus Euro 6 Vollklimaanlage Stadteinsatz SORT Verbrauch Diesel 8 l / 00 km (75 kwh / 00km) Zusatzheizung Diesel,5 l / h (5 kwh / h) Tank 50 l / 95 km Zusatztank für Heizung 75 l / Heizstunden Liter Diesel entspricht einem Energieinhalt von 9,86 kwh

10 00% Energiebedarf Dieselbus Gesamtenergiebedarf Dieselbus:.9 kwh Energie fürs Fahren Energieinhalt Dieseltank Antrieb:.479 kwh Energieverbrauch: 75 kwh / 00 km Energie fürs Heizen Energieinhalt Zusatztank Heizung: 740 kwh Energieverbrauch: 75 kwh / 00 km (bei Ø Geschwindigkeit von 0 km/h) Grundannahme Dieselbus 50 l Dieseltank Antrieb für 95 km 75 l Zusatztank Heizung für Heizstunden ca..9 kwh (5 Liter Diesel) 95 km Laufleistung h Heizung % für Antrieb % Abgaswärme % Motorwärme

11 00% Energiebedarf Elektrobus Gesamtenergiebedarf Elektrobus:.640 kwh Energie fürs Fahren Energieinhalt Energiespeicher: 500 kwh ca. / der für Dieselbus aufgewendeten Energie.479 kwh / Energieverbrauch: 6 kwh / 00 km 98% für Antrieb % Motorwärme Energie fürs Heizen Energieinhalt Zusatztank Heizung:.40 kwh 740 kwh kwh (Äquivalent für entgangene Motorwärme) Energieverbrauch: 5 kwh / 00km (bei Ø Geschwindigkeit von 0 km/h) ca..640 kwh 95 km Laufleistung h Heizung

12 Gewichtsbilanzierung Diesel- und Elektrobus kwh Diesel mit Tank = 0,095 kg kwh Batterie mit BMS = 0,00 kg Parameter m-dieselbus m-elektrobus Leergewicht Fahrzeug ohne Tank / Speicher.500 kg.000 kg Gewicht Tank 5 Liter / Speicher 500 kwh 0 kg kg Leergewicht gesamt.70 kg kg technisch zulässiges Gesamtgewicht kg kg mögliche Zuladung 7.90 kg kg mögliche Fahrgäste 07 Fahrgäste -09 Fahrgäste

13 Kosten & Fahrweite Elektrobus m-bus, 07 Fahrgäste Kosten m-elektrobus Elektrobus ohne Batteriespeicher Batteriespeicher: kwh 800 bis.500 Batteriespeicher: 90 kwh.000 bis Elektrobus mit Batteriespeicher bis Fahrweite (incl. Rekuperation und SOC) durchschnittliche Geschwindigkeit ohne Heizung & Klima (90 kwh / 6 kwh / 00 km) mit elektr. Heizung (90 kwh / 6 kwh / 00 km) m-elektrobus 0 km/h 0 km 80 km

14 Technologie Elektrobussystem Herausforderungen beim Betrieb mit elektrisch betriebenen Bussen 4

15 Elektrobustypen Unterscheidung nach elektrischem Antriebskonzept Batteriebus (engl. Battery Electric Bus - BEB) E-Bus (Plug-In) Hybridbus (engl. (Plug-In) Hybrid Electric Bus - PHEB/HEB) Oberleitungsbus (engl. Trolley Bus - TB)

16 Elektrobuskategorien Unterscheidung nach Ladestrategie & Batteriekapazität Volllader (engl. Overnight Charging Battery Electric Bus) Gelegenheitslader (engl. Opportunity Charging Battery Electric Bus) Oberleitungsbus mit dynamischer Nachladung E-Bus

17 Elektrobusse E-Bus

18 Volllader - Overnight Charging BEB Batteriekapazität für einen ganzen Tageseinsatz ausgelegt Nachladung an zentralen Punkten, vorzugsweise im Betriebshof Nachladung in den Betriebspausen bei Tag und/oder Nacht E-Bus Bei zeitgleicher Ladung von mehreren Bussen, entsprechende Anzahl von Ladepunkten vorzusehen Auslegung der Ladepunkte in Abhängigkeit der Batteriekapazität & der möglichen Nachladeleistung in einem Zeitintervall

19 Gelegenheitslader Opportunity Charging BEB Batteriekapazität nicht für einen Tageseinsatz ausgelegt Verhältnismäßig kleiner Speicher, mit geringer Batteriekapazität Nachladen während des Linieneinsatzes auf der Strecke mit hoher Ladeleistung (an Wendepunkten und/oder ausgewählten Haltestellen) Nachladung auf dem Betriebshof mit geringer Ladeleistung E-Bus

20 Oberleitungsbus mit dynamischer Nachladung Fahrstrom über Stromabnehmer aus Oberleitung Ausrüstung von Oberleitungsbussen mit zusätzlichem Speicher Teilweise oberleitungsfreier Betrieb auf definierten Streckenabschnitten Elektrisches Fahren ohne Oberleitung möglich Einsatzradius des elektrischen Fahrens abhängig von Speicherkapazität und Länge der installierten Oberleitung E-Bus

21 Elektrische Energiezuführung Ladung

22 Stationäre Ladeverfahren Konduktive Ladesysteme Docking-System Plug-In-System Induktive Ladesysteme Induktionsschleife Batteriewechselsysteme Ladung

23 Konduktiv-stationäre Ladung Stromübertragung zwischen ortsfester Ladestelle und Elektrobus über kraftschlüssige elektrische Verbindung Docking-System Docking-System (AC/DC-Ladung) Docking-System (DC/DC-Ladung) Plug-In-System Plug-In-System (AC/AC-Ladung) Plug-In-System (AC/DC-Ladung) Ladung

24 Induktiv-stationäre Ladung Kontaktloses Laden, d. h. ohne direkte Verbindung zum Stromnetz unter Nutzung elektromagnetischer Felder Übertragen des Ladestroms von einer Primärspule in der Fahrbahndecke auf eine Abnehmerspule (Pick-Up) im Fahrzeugboden des Elektrobusses Ladung

25 Batteriewechselsysteme Stationäre Zwischenladungen mittels Batteriewechsel Austausch einer leere Batterie gegen eine aufgeladene Batterie Schneller Austausch und umgehende Weiterfahrt Ladung

26 Konduktiv-dynamische Ladung Leitungsgebundenes Laden während der Fahrt Energieübertragungssystem entspricht der Funktionsweise eines Oberleitungsbusses Strom wird über Fahrleitung (Oberleitung) als Energiequelle durch fahrzeugseitige Stromabnehmer übertragen. Zwei Fahrdrähte (+/-) für Stromabnahme notwendig Ladung

27 Bewertung Elektrobustypen Auswirkungen auf Bewertungskriterien (nach außen positiv - nach innen negativ) Fahrwirkungsgrad Anschaffungskosten Infrastruktur Wirkungsgrad Nachladung Anschaffungskosten Bus Gesamtenergieverbrauch Betriebseinschränkungen Lebensdauer Batterie Platzkapazität Fahrgäste Masse des Busses O-Bus Volllader Gelegenheitslader

28 Prozessablauf Machbarkeitsstudie

29 Elektrobussystem Elektrobusse fahren lokal emissionsfrei sowie geräuscharm und steigern so die Lebens- und Aufenthaltsqualität in Ihrer Stadt. Der Elektrobus ist als Gelegenheitslader konfiguriert und nähert sich der Ladestation zum Befüllen des Energiespeichers über Pantograph. Bestehende Busnetze können mit nur wenig Aufwand als Elektrobussysteme betrieben werden. Bitte folgen Sie dem grün eingefärbten Elektrobus in der Simulation und erhalten Sie einen Eindruck vom Elektrobussystem. Videoquelle: Saena Simulation: PTV VISSIM Hintergrund: Google Earth

30 Ansprechpartner Dipl.-Ing. Jürgen Lange Teamleiter Team Elektromobilität / Telematik Leipzig

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