Bevor ein Netzanschluss verstärkt oder zusätzliche Batteriespeicher installiert werden, sollte klar sein, was mit der bestehenden Infrastruktur tatsächlich möglich ist. Ein an der ETHZ entwickelter Ansatz simuliert den Betrieb eines Depots und optimiert Fahrpläne, Fahrzeuge, Ladevorgänge und Stromnetz gemeinsam.
Eine Flotte zu elektrifizieren bedeutet nicht einfach, Dieselbusse durch Elektrobusse zu ersetzen und Ladestationen zu installieren. Jedes Fahrzeug kehrt zu einer anderen Zeit ins Depot zurück, startet zu seiner nächsten Fahrt und verfügt damit über ein eigenes Ladefenster. Gleichzeitig teilen sich alle Fahrzeuge die verfügbare Anschlussleistung.
Planen, bevor investiert wird
Forschende der ETH Zürich haben ein Modell entwickelt, das das Depot als Gesamtsystem betrachtet. Fahrpläne, Energiebedarf, Ladeinfrastruktur, Netzanschluss und Stromkosten werden gemeinsam berücksichtigt. Ziel ist es, sicherzustellen, dass jedes Fahrzeug zum richtigen Zeitpunkt einsatzbereit ist und gleichzeitig die vorhandene Infrastruktur möglichst effizient genutzt wird.
Mit einer WebApp lässt sich bereits heute ein Depot virtuell abbilden. Linien können ausgewählt, Fahrzeugumläufe erstellt und unterschiedliche Ladestrategien miteinander verglichen werden. Damit lassen sich ganz konkrete Fragen untersuchen. Reicht der bestehende Netzanschluss auch bei einer grösseren Flotte? Welche Leistung wird tatsächlich benötigt? Ist ein stationärer Batteriespeicher sinnvoll?
Nicht mehr alle Fahrzeuge gleich laden
Ein Bus, der ins Depot zurückkehrt, muss nicht zwingend sofort mit voller Leistung geladen werden. Manche Fahrzeuge fahren schon bald wieder los, andere erst mehrere Stunden später. Sind Fahrplan, Batteriestand und verfügbare Leistung bekannt, kann das System bestimmen, welches Fahrzeug wann und mit welcher Leistung geladen werden soll.
In einem Szenario, das am eSandbox Meetup vorgestellt wurde, erzeugen sieben Busse bei sofortigem Laden nach ihrer Rückkehr eine Leistungsspitze von rund 450 kW. Wird das Laden intelligent über die verfügbare Zeit im Depot verteilt, sinkt diese Spitze auf 90 kW. Flotte, Energiebedarf und Hardware bleiben identisch. Nur die Ladestrategie ändert sich.
Bevor zusätzliche Infrastruktur gebaut wird, können wir die bestehende besser nutzen?
Von der Planung zur Orchestrierung
Die Forschung geht über eine reine Ladeplanung hinaus. Sie berücksichtigt auch Unsicherheiten beim Energieverbrauch und schafft damit die Grundlage für eine dynamische Orchestrierung. Kehrt ein Fahrzeug später zurück oder verbraucht mehr Energie als erwartet, kann der Ladeplan neu berechnet und die verfügbare Leistung entsprechend verteilt werden.
Dieser Ansatz findet heute mit nihito eine konkrete Anwendung. Der Orchestrator verbindet Informationen zu Flotte, Fahrzeugen, Ladeinfrastruktur, Energie und Depotbetrieb und koordiniert sie als Gesamtsystem.
Die Arbeiten sind zudem in eine wissenschaftliche Publikation eingeflossen. In den untersuchten Depots kann die Optimierung Leistungsspitzen deutlich reduzieren und in bestimmten Fällen die für einen zuverlässigen Betrieb erforderliche Netzanschlusskapazität um mehr als 40 Prozent senken.
Das Video zeigt konkret, wie mit dem Tool ein Depotszenario aufgebaut und analysiert werden kann.
Genau hier setzt auch die eSandbox in Sitten an. Sie will ihren Beitrag zur Elektrifizierung des öffentlichen Verkehrs in der Schweiz leisten, indem konkrete Lösungen möglichst nah am realen Betrieb entwickelt und erprobt werden.
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