Das Transport-Modell TraM

LogoDas Verkehrsmodell TraM dient der Modellierung zukünftiger Szenarien des deutschen Verkehrssektors. Dabei werden mithilfe eines Bottom-Up-Ansatzes die Flotten in Straßen-, Schienen-, Flugverkehr sowie Binnenschifffahrt modelliert, um daraus zeitlich aufgelöste Energieverbräuche, Kosten und Emissionen für die Jahre bis 2050 abzuleiten. Weiter ist es möglich CO2-Verminderungsmaßnahmen umzusetzen und deren Rückwirkung auf das Energiesystem im Zusammenspiel mit dem Energiesystemmodell ISAaR zu bewerten.

 

Eingangsdaten

Aufgrund von großen Unsicherheiten in technischen wie auch ökonomischen Daten für zukünftige Jahre wurde das Modell so konzipiert, dass die Eingangsdaten möglichst flexibel anzupassen sind sofern sich Aktualisierungen ergeben.

Folgende Daten dienen als Basis für das Modell:

  • Verkehrsleistung je Verkehrs- und Energieträger, soweit möglich aufgelöst nach Fahrzeugklassen und Nah- und Fernverkehr
  • Flotten- und Technologieentwicklung (spez. Energieverbräuche, Auslastungen, Jahresfahrleistungen, Lebensdauern, etc.)
  • Investitionskosten, fixe Betriebskosten und (stündlich aufgelöste) Energiekosten
  • Zeitlich aufgelöste Emissionsfaktoren
  • u. v. m.

Diese Eingangsdaten werden aus Literatur und Datenbanken entnommen sowie in Einzelfällen wie beispielsweise den Fahrzeugkosten für Pkw selbst modelliert. [1]

 

Methodik der Szenarienberechnung

Das Modell folgt einen Bottom-Up-Ansatz. Das bedeutet, dass auf Basis des Fahrzeugbestands und seiner Entwicklung in Kombination mit dessen Nutzung (Jahresfahrleistungen, Auslastung, etc.) stündlich aufgelöste Energieverbräuche gebildet werden.

Die Bestandsmodellierung ist ein Stock-and-Flow-Modell. Dabei wird die Entwicklung des Bestands „Stock“ durch die die Inbetrieb- und Außerbetriebnahmen der jeweiligen Fahrzeugart und –klasse „Flow“ beschrieben. Jede Fahrzeugart und –klasse wird durch bestimmte Antriebsarten (Technologien) bedient. Jeder Technologie wiederum werden technische und ökonomische Kennwerte zugewiesen, mit denen sich sowohl Energieverbräuche als auch Kosten bestimmen lassen. Die Energieverbräuche werden in unterschiedlichen zeitlichen Auflösungen modelliert. Während Strom in stündlicher Auflösung und gasförmige Energieträger in täglicher Auflösung generiert werden, werden flüssige Energieträger aufgrund der guten Speicherbarkeit in jährlicher Auflösung abgelegt. Die Modellierung der Lastgänge von Elektrofahrzeugen ist detailliert in [2] beschrieben.

Abschließend werden die direkten Emissionen durch die Verbrennung von Energieträgern wie z. B. Diesel und Benzin berechnet. Weiter werden – sofern gegeben – stündliche Emissionsfaktoren für z. B. Strom aber auch Wasserstoff abgeleitet, um die Emissionen aus deren Bereitstellung den Verbrauchern zuzuordnen. Die Ergebnisse der zeitlich aufgelösten Energieverbräuche können zudem als Eingangsdaten für die Energiesystemmodellierung genutzt werden.

Eine weitergehende Beschreibung der Methodik des Modells ist in [3] zu finden.

 

Bewertung von CO2-Verminderungsmaßnahmen

TraM wurde im Zuge des Projekts Dynamis entwickelt, bei dem das wesentliche Ziel ist, CO2-Verminderungsmaßnahmen samt ihrer Rückwirkungen auf den Bereitstellungssektor hinsichtlich ihrer Kosteneffizienz zu bewerten. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, wurde der Fokus beim Aufbau des Modells darauf gelegt, dass Maßnahmen in bestimmte Referenzszenarien implementiert werden können. Die Methodik zur Bewertung von CO2-Verminderungsmaßnahmen ist in Abbildung 1 zu sehen.

 

Schematisches Vorgehen

Abbildung 1: Schematisches Vorgehen bei der Bewertung von CO2-Verminderugnsmaßnahmen im Verkehrsmodell TraM

Basierend auf dem Referenzszenario wird nun vom Benutzer eine Maßnahme definiert. Diese Maßnahme kann beispielsweise ein gegebenes Investitionsbudget für eine bestimmte Technologie sein. Neben dem Umsetzungsgrad, der in diesem Fall durch das Budget bestimmt ist, muss noch der Umsetzungszeitraum und die zu verwendende Verdrängungslogik festgelegt werden. So kann man frei wählen, ob man bei einer Maßnahme im Pkw-Bereich beispielsweise nur Dieselfahrzeuge oder alle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren verdrängen will. Verdrängt werden dabei nur die Inbetriebnahmen. So wird sichergestellt, dass die natürliche Austauschrate, die durch die Historie gegeben ist, weiter bestehen bleibt. Neben dem Referenzszenario entsteht so ein Maßnahmenszenario, das sich mit der Referenz vergleichen lässt.

In einer rein sektordynamischen Bewertung kann mithilfe der Emissionsfaktoren aus dem Referenzszenario die CO2-Verminderungsmaßnahme hinsichtlich Kosten und Emissionen bewertet werden. Will man zudem noch die Rückwirkung der Maßnahmenumsetzung auf das Energiesystem bewerten, wird im Nachgang des TraM-Simulationslaufs eine Kraftswerkseinsatz- und -ausbauplanung mit dem Energiesystemmodell ISAaR durchgeführt. Das Ergebnis ist eine sog. systemdynamische Bewertung von CO2-Verminderungsmaßnahmen.

 

Beispielergebnisse der sektordynamischen Bewertung

In Abbildung 2 sind einige beispielhafte Ergebnisse der sektordynamischen Bewertung zu sehen.

Abbildung sektordynamische Bewertung

Abbildung 2: Beispielhafte sektordynamische Auswertungen für ein Szenario: a) Bestand an Pkw je Technologie, b) Bestand an leichten Nutzfahrzeugen je Technologie, c) Gesamtenergieverbrauch des Verkehrs je Energieträger, d) CO2-Emissionen je Verkehrsträger

 

Literatur:

[1]    Bayer, Caspar et al.: Der Einfluss von Prognoseunsicherheiten auf CO2-Verminderungskosten im Pkw-Bereich. In: et - Energiewirtschaftliche Tagesfragen 11/2018. Berlin: EW Medien und Kongresse GmbH, 2018. 
[2]   Fattler, Steffen et al.: Charge optimization of privately and commercially used electric vehicles and its influence on operational emissions. Munich: Research Center for Energy Economics, 2018.
[3]   Pichlmaier, Simon et al.: Modelling the Transport Sector in the Context of a Dynamic Energy System, 41st IAEE conference Groningen. Research Center for Energy Economics, Munich. 2018.

 

Weiterführende Informationen:

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