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Entwicklung einer Betriebshofsimulation für den Einsatz rein elektrisch angetriebener Busse am Beispiel Darmstadt

Mikhael, Nabil (2017):
Entwicklung einer Betriebshofsimulation für den Einsatz rein elektrisch angetriebener Busse am Beispiel Darmstadt.
TU Darmstadt, [Master Thesis]

Abstract

Der Einsatz von elektrischen Antriebskonzepten gewinnt im Bereich des ÖPNV zunehmend an Bedeutung. Die hohen Anschaffungskosten stellen die Verkehrsunternehmen allerdings vor neue finanzielle Herausforderungen. Zusätzlich müssen die dispositiven Betriebshofabläufe mit einer Umstellung auf den Betrieb von Batteriebussen gezielt vorhergesagt werden, um die bestehenden Fahrpläne durchzuführen zu können. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein geeignetes Simulationsmodell mit der Software AnyLogic bereitzustellen. Der Bedarf an Bussen und Ladestationen wird hierbei unter wirtschaftlichen Aspekten minimiert. Das Modell wird anhand des Anwendungsfalls Darmstadt auf seine Gültigkeit hin überprüft. Ausgehend von einem Ausgangsszenario mit marktüblichen Lade- und Fahrzeugparametern werden zwei Zukunftsszenarien entwickelt, um den Einfluss der Fahrzeugreichweite und Ladeleistung auf den Betriebshofablauf und die Gesamtkosten zu simulieren. Mit dem Ausgangsszenario kann ca. 80 % des Darmstädter Fahrplanes abgebildet werden. Die Parameter werden dabei gezielt verändert, um die Grenzen des Betriebes experimentell zu bestimmen und mögliche Verbesserungspotenziale aufzuzeigen. Mit dem optimierten Bedarf an Ladestationen und Bussen müssen im Ausgangsszenario knapp 25 % der Busse während des Betriebes geladen werden. Der Betriebsablauf wird durch Störungen kaum beeinflusst, da die Fahrzeugdisposition hohe Pufferzeiten in dem Betriebshof ermöglicht. Die Ladeleistung wurde als wichtigste Stellschraube identifiziert. Mit einer Ladeleistung von 850 – 875 kW lässt sich der Betrieb bei unveränderten Fahrzeugparametern mit nur einer Ladestation verwirklichen. Zusätzlich werden Fahrzeuge eingespart. Die Erhöhung der Fahrzeugreichweite hat im Vergleich zum Ausgangsszenario hingegen einen gegenteiligen Effekt. Der erwartete Nutzen aus weniger Ladezeiten und mehr Fahrtzuordnungen pro Bus bleibt aus. Vielmehr führen ungünstige Fahrtkonstellationen dazu, dass die Busse nicht rechtzeitig bis zum Betriebsbeginn vollgeladen werden können. Hier müssen gezielte Änderungen und Anpassungen im Simulationsmodell erfolgen, wie zum Beispiel eine Vollladung der Busse im Turnus oder eine effizientere Nutzung der Pufferzeiten.

Item Type: Master Thesis
Erschienen: 2017
Creators: Mikhael, Nabil
Title: Entwicklung einer Betriebshofsimulation für den Einsatz rein elektrisch angetriebener Busse am Beispiel Darmstadt
Language: German
Abstract:

Der Einsatz von elektrischen Antriebskonzepten gewinnt im Bereich des ÖPNV zunehmend an Bedeutung. Die hohen Anschaffungskosten stellen die Verkehrsunternehmen allerdings vor neue finanzielle Herausforderungen. Zusätzlich müssen die dispositiven Betriebshofabläufe mit einer Umstellung auf den Betrieb von Batteriebussen gezielt vorhergesagt werden, um die bestehenden Fahrpläne durchzuführen zu können. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein geeignetes Simulationsmodell mit der Software AnyLogic bereitzustellen. Der Bedarf an Bussen und Ladestationen wird hierbei unter wirtschaftlichen Aspekten minimiert. Das Modell wird anhand des Anwendungsfalls Darmstadt auf seine Gültigkeit hin überprüft. Ausgehend von einem Ausgangsszenario mit marktüblichen Lade- und Fahrzeugparametern werden zwei Zukunftsszenarien entwickelt, um den Einfluss der Fahrzeugreichweite und Ladeleistung auf den Betriebshofablauf und die Gesamtkosten zu simulieren. Mit dem Ausgangsszenario kann ca. 80 % des Darmstädter Fahrplanes abgebildet werden. Die Parameter werden dabei gezielt verändert, um die Grenzen des Betriebes experimentell zu bestimmen und mögliche Verbesserungspotenziale aufzuzeigen. Mit dem optimierten Bedarf an Ladestationen und Bussen müssen im Ausgangsszenario knapp 25 % der Busse während des Betriebes geladen werden. Der Betriebsablauf wird durch Störungen kaum beeinflusst, da die Fahrzeugdisposition hohe Pufferzeiten in dem Betriebshof ermöglicht. Die Ladeleistung wurde als wichtigste Stellschraube identifiziert. Mit einer Ladeleistung von 850 – 875 kW lässt sich der Betrieb bei unveränderten Fahrzeugparametern mit nur einer Ladestation verwirklichen. Zusätzlich werden Fahrzeuge eingespart. Die Erhöhung der Fahrzeugreichweite hat im Vergleich zum Ausgangsszenario hingegen einen gegenteiligen Effekt. Der erwartete Nutzen aus weniger Ladezeiten und mehr Fahrtzuordnungen pro Bus bleibt aus. Vielmehr führen ungünstige Fahrtkonstellationen dazu, dass die Busse nicht rechtzeitig bis zum Betriebsbeginn vollgeladen werden können. Hier müssen gezielte Änderungen und Anpassungen im Simulationsmodell erfolgen, wie zum Beispiel eine Vollladung der Busse im Turnus oder eine effizientere Nutzung der Pufferzeiten.

Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institutes of Transportation
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institutes of Transportation > Institute for Transport Planning and Traffic Engineering
Date Deposited: 26 Jan 2018 21:18
Official URL: https://www.verkehr.tu-darmstadt.de/media/verkehr/fgvv/beruf...
Referees: Boltze, Prof. Dr. Manfred and Rolko, M. Sc. Kevin and Wauri, M. Sc. Danny
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 2017
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
The use of electrical diving concepts gains more and more influence within the local public transport. Nevertheless, transport companies have to face high acquisition costs. In order to adhere the schedules, the anticipated depot processes caused by the transition to battery busses must be specifically predicted. This work aims to provide a simulation model with the AnyLogic Software. With regard to economic aspects the demand of busses and charging stations is minimized. The validity of the simulation model is checked by the application of Darmstadt. Based on an initial scenario with market-based charging and vehicle parameters, two future scenarios are developed. The intention is to simulate the influence of the vehicle range as well as the loading power on operating procedures and total costs. The initial scenario is able to display 80% of the schedule of Darmstadt. The parameters are specifically modified in order to determine limits of operational running experimentally and show potential improvements. Due to optimized requirements of charging stations and busses it must be possible to charge 25% of all busses during operation within the initial scenario. The depot processes are barely influenced by disturbance since vehicle dispositions provide high buffer times at the depot. Thereby the charging capacity is the most important component. With a power of 850-875 kW and unaltered vehicle parameter it is possible to realize the operation with only one charging station. Besides, additional vehicles can be economized. However, increasing the vehicle range causes contrary effects compared to those of the initial scenario. The expected benefit of less charging time as well as higher driving assignments of each bus did not occur. Inauspicious diving constellations rather result in the fact that busses cannot be fully charged until the depot opening. At this point it is necessary to make specific modifications within the simulation model, such as cyclic full charge of busses or a more efficient use of the buffer times in order to achieve the desired improvements.English
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