Bidirektionales Laden im Busdepot

Als größtes Verkehrsunternehmen in Hamburg betreibt die Hamburger Hochbahn AG den Großteil des Hamburger Stadtbus-Netzes und hat sich selbst das Ziel gesetzt, bis Ende 2030 Klimaneutralität zu erreichen. Ein wesentlicher Baustein zur Erreichung dieses Ziels ist die Umstellung ihrer über 1.100 Busse umfassenden Flotte auf emissionsfreie Fahrzeuge wie z. B. batterieelektrische Busse [1] sowie die Errichtung der hierfür notwendigen Ladeinfrastruktur inklusive Last- und Lademanagementsystemen. Bisherige Diskussionen zum bidirektionalen Laden beschränken sich fast ausschließlich auf PKW. Dass auch Nutzfahrzeuge wie z. B. LKW dafür eingesetzt werden können, zeigt die FfE bereits im Rahmen des Projekts NEFTON. Auch die Hamburger Hochbahn AG stellt sich die Frage, ob bidirektionales Laden zukünftig für ihre batterieelektrische Busflotte sinnvoll eingesetzt werden kann. Sie beauftragte daher die FfE mit dieser Fragestellung im Rahmen des Projekts „Bidirektionales Laden im Busdepot“. Dabei sollte das Erlöspotenzial von bidirektionalem Laden anhand eines realen Busdepots der Hamburger Hochbahn untersucht werden.

Methodik

Im ersten Schritt stellte die Hamburger Hochbahn Umlaufdaten der Busse eines ihrer Depots bereit. Diese Daten wurden aufbereitet und in Jahresfahrprofile umgewandelt. Auch wurden verschiedene weitere Daten, wie z. B. Jahreslastgänge und Strompreisbestandteile, bereitgestellt. Mithilfe der Daten konnte das Depot für 241 Busse modelliert werden. Dabei wurde angenommen, dass alle Busse des Depots elektrifiziert sind. Gemeinsam wurden verschiedene Use-Cases ausgewählt und Szenarien definiert. Die Wahl der Use-Cases fiel auf eine Kombination aus tarifoptimiertem Laden, zeitlicher Arbitrage und Spitzenlastkappung. In den Szenarien wurden verschiedene Jahre (2019 – 2022) betrachtet und dafür historische Preiszeitreihen der Intraday-Auktion berücksichtigt. Neben dem bidirektionalen Laden wurde auch unidirektionales, gesteuertes Laden optimiert und das ungesteuerte Direktladen als Referenz genutzt. Die Optimierung erfolgte mithilfe des Optimierungsmodells eFlame.

Ergebnisse

Verglichen mit PKW sind die Standzeiten der Busse relativ gering. Da die Busse jedoch über Nacht Großteils im Depot parken, lassen die Umlaufdaten bereits darauf schließen, dass das Depot Potenzial für bidirektionales Laden bietet. Auch kann aus den Daten abgelesen werden, dass schon heute ca. 25 % der Fahrten des Depots mit elektrischen Bussen abgedeckt ist.

Das Ergebnis der Optimierung der bidirektionalen Ladestrategie ist in Abbildung 3 für einen Beispieltag in 2021 dargestellt. Abhängig vom Preis der Intraday-Auktion werden die Busse bei niedrigen Preisen geladen. Die Entladung erfolgt einerseits in das Netz (V2G), um durch Arbitragegeschäfte Einnahmen zu generieren. Andererseits werden Busse entladen, um unflexible Lasten (V2B) oder andere Busse (V2V) mit günstiger Energie zu versorgen.

Die Simulationsergebnisse variieren stark in den betrachteten Jahren. Mit zunehmenden Preisschwankungen an den Strombörsen ab 2021 steigen auch die Einsparpotenziale durch bidirektionales Laden. Durch eine unidirektionale Ladeoptimierung kann eine jährliche Ersparnis von mehreren Tausend Euro pro Fahrzeug erzielt werden. Durch bidirektionales Laden lässt sich die Ersparnis nochmals leicht steigern. Der Großteil der Einsparung wird allerdings schon durch die unidirektionale Optimierung erreicht. Die Kostenreduktion wird primär durch eine Verschiebung der Ladevorgänge in Zeiten mit günstigen Strompreisen erreicht.

Literatur

[1] Hamburger Hochbahn AG: Die HOCHBAHN wird klimaneutral, Sofortprogramm für mehr Klimaschutz, https://www.hochbahn.de/de/verantwortung/umwelt-und-klima (abgerufen am 22.09.2021)