Techno-ökonomische Auslegungsmethodik für die Elektrifizierung urbaner Busnetze

Aufgrund verstärkter politischer, juristischer und gesellschaftlicher
Tendenzen nach einer umweltverträglicheren Mobilität forcieren Städte die
Transformation ihres Stadtbusverkehrs vom Diesel- zum elektrischen Antrieb.
Diese Entwicklung stellt aufgrund umfangreicher ökonomischer und technologischer
Aufwände sowie Unsicherheiten die Busbetreiber vor neue, große
Herausforderungen. Es ergibt sich die Frage nach der langfristig technologisch
und betriebswirtschaftlich optimalen Konfiguration einzelner E-Bus-Linien
sowie eines stadtweiten E-Bus-Netzes. Diese Arbeit soll ihren Beitrag dazu
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leisten, die vorhandenen Auslegungs-Zielkonflikte aufzulösen, indem sie eine
techno-ökonomische Methodik einführt, wie für zu elektrifizierende Buslinien
die technischen Parameter zu wählen sind. Hierbei sind über die Lebenszeit
der Fahrzeuge und ihrer Infrastruktur die günstigsten Total Cost of Ownership
(Lebenszykluskosten) zu gewährleisten.
Die Methodik fußt auf zwei Säulen: Einerseits auf einer detaillierten technologischen
Simulation des Gesamtsystems E-Bus zur Ermittlung validierter
Energiebedarfe in Abhängigkeit der betrieblichen Anforderungen. Andererseits
auf einer umfassenden Analyse der Lebenszykluskosten für E-Bus-
Systeme, auch unter Berücksichtung von externen Kosten. Die Berechnungen
aus beiden Bereichen liefern die Eingangswerte zur anschließenden technoökonomische
Optimierung. Anhand deren Ergebnisse können die
Konfiguration einzelner E-Buslinien unter verschiedenen Rahmenbedingungen
analysiert, Synergieeffekte zu anderen Linien in Hinblick auf eine
Busnetzauslegung ermittelt und entsprechend die geeigneten kostenoptimalen
technischen Parameter gewählt werden.

As a result of increased political, legal and societal trends toward more
environmentally sustainable mobility and transportation solutions cities are
speeding up the transformation of their bus fleets from combustion engines
to an electrical drivetrain. Due to wide ranging economic as well as
technological challenges and uncertainties this development poses new
hurdles for the bus operating companies. Therefore the question arises how
to optimally configure individual electrical bus routes along with a city-wide
electric bus network, with long-term technological and operational
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considerations in mind. This thesis is intended to contribute to solving the
conflict of objectives in the electric bus system configuration by introducing a
methodology based on technological combined with economical
deliberations. Using this methodology the technical parameters of the
electrical bus routes are carefully chosen. These parameters are selected to
ensure the lowest Total Cost of Ownership (life cycle costs) over the lifetime
of the electrical vehicle and the associated infrastructure.
The methodology is centered on two pillars: firstly a detailed technological
simulation of the entire system (electric bus) to determine the validated
energy demand in dependence of the operational requirements; secondly, a
comprehensive analysis of the life cycle costs for electric bus systems, taking
into consideration external costs. The findings from both areas provide the
input variables to the subsequent technological-economical optimization.
With the help of these results the configuration of individual electric bus
routes can be analyzed under various conditions. Further, synergy effects to
other routes with regard to the bus network layout can be utilized. Finally,
the corresponding appropriate technical parameters based on cost
optimization can be determined.