Worauf bei einer Umlauf- und Dienstplanung für E-Busse zu achten ist

Trotz des wachsenden Umweltbewusstseins und der voranschreitenden Etablierung von Elektrofahrzeugen finden E-Busse nur schleppend den Weg in den öffentlichen Verkehr und sind weltweit noch nicht angenommen worden. Dies ist sowohl den hohen Anschaffungskosten geschuldet, die oft doppelt so hoch sind wie bei herkömmlichen Diesel- oder Erdgasbussen, als auch den anspruchsvollen Logistik- und Planungsprozessen. Lösungen bietet der israelische Softwarespezialist Optibus (Halle 1/195).

E-Busse benötigen eine neue Generation von Umlauf- und Dienstplanungssoftware. Bild: Optibus
E-Busse benötigen eine neue Generation von Umlauf- und Dienstplanungssoftware. Bild: Optibus

Effektive Umlauf- und Dienstplanungssoftware für E-Busse erfordert eines: Flexibilität. Sie bringt einen riesigen Satz von Variablen mit, die sich von Betrieb zu Betrieb unterscheiden und im Sinne einer Optimierung des Verkehrssystems die Komplexität drastisch erhöhen. Benötigt wird eine neue Generation von Planungssoftware mit erweiterten algorithmischen Fähigkeiten.

Diese neue Softwarelösungen sollen es Benutzern ermöglichen, bestimmte Parameter wie Fahrzeug- und Batterietypen sowie den Ort der Ladestationen und den Typ der Ladestation an jedem Ort einzugeben. Planer müssen in der Lage sein, bestimmte Präferenzen zu berücksichtigen, z.B. das Hinzufügen einer Mindestladebedingung und Fahrpläne für herkömmliche und alternative Antriebsformen gleichzeitig zu optimieren, anstatt für jede einen eigenen Fahrplan zu erstellen. Dies ist besonders bei der Einführung von Elektrofahrzeugen in einen Betrieb wichtig. Viele Betriebe beginnen mit dem Kauf einiger Batteriebusse, häufig unterschiedlicher Typen, mit unterschiedlichen Akkus und Ladestationen, um jene zu finden, die mit ihrem Service am besten kompatibel sind, bevor größere Einkäufe getätigt werden. Eine weitere Entwicklung, die bedacht werden muss, sind Innovationen in der Ladetechnologie. So lässt sich die Verfügbarkeit von Gelegenheitsladungen erhöhen, was die Möglichkeit bietet, die Betriebskosten zu senken, aber auch die Komplexität der Planung maximiert.

Beispiel

Unser nebenstehendes Beispiel ist eine grafische Gegenüberstellung von traditioneller und elektrischer Umlaufplanung. Wenn man in die Verbindungsstücke der Grafik zwischen zwei kompatiblen Fahrten hineinzoomt, wird klar, warum die Optimierung der Planung von Elektrofahrzeugen so schwierig ist. Als kompatibel gelten all jene Umläufe, deren Fahrtzeiten sich nicht überschneiden und die mit demselben Fahrzeugtyp stattfinden. Daher können Fahrt 1 und 2 von demselben Bus gefahren werden. Bei herkömmlichen Fahrzeugen gibt es nur eine Option, um zwei kompatible Fahrten zu verbinden: eine Leerfahrt (traditionelle Umlaufplanung). Das neue Ziel bei der Optimierung des Fahrplans mit herkömmlichen Bussen ist daher, alle Fahrten mit der geringstmöglichen Anzahl von Bussen zu verbinden und gleichzeitig die Leerfahrtkosten zu minimieren.

Selbst wenn man das Optimierungsproblem vereinfacht, indem man die komplizierten Randbedingungen vernachlässigt, beispielsweise den Kreislauf des Betriebshofes oder die Kompatibilität der Fahrzeugtypen, ergibt das Szenario für Elektrofahrzeuge ein viel komplizierteres Modell. Das liegt daran, dass es unter Umständen mehr als eine Möglichkeit zur Verbindung von zwei Fahrten gibt.

In unserem Beispiel stehen für jede Verbindung drei Optionen zur Verfügung: sofortiger Übergang einer Leerfahrt zum nächsten Umlauf, Laden an der nächstgelegenen Ladestation (mit Leerfahrten vor und nach dem Ladevorgang) oder Laden an der nächstgelegenen Gelegenheitsladestation – möglicherweise mit Leerfahrten vor und nach dem Ladevorgang, je nachdem, ob das Gelegenheitsladegerät auf der Route liegt.

Nun sollen sowohl die Leerfahrt- als auch die Ladekosten (Strom- und Zeitkosten) durch zwei neue Einschränkungen minimiert werden: Jeder Bus muss ausreichend geladen sein, um seine Fahrten abzuschließen, und es gibt eine begrenzte Anzahl von Ladestationen, die gleichzeitig verwendet werden können. Da diese Einschränkungen das gesamte System und nicht nur eine Verbindung zwischen zwei Auslösungen betreffen, sind erweiterte Algorithmen erforderlich, um sie zu unterstützen.

Für ein reales Szenario von 500 Servicefahrten könnten alle möglichen Kombinationen der traditionellen Verbindungen, zu einem algorithmischen Suchraum von über 2^65 möglichen Fahrzeugen führen, aus denen ausgewählt werden kann. Fügt man nun die beschriebenen Lademöglichkeiten hinzu, wird dieser Suchraum um ein Vielfaches größer. Daher hängt die erfolgreiche Integration von Elektrofahrzeugen in Verkehrsnetze von der Verwendung fortschrittlicher Algorithmen in einer neuen Generation von Umlauf- und Dienstplanungssoftware ab.

Die Zukunft von E-Bussen

Deutschland hat 1 Mrd. Euro für die Steigerung der Batteriezellenleistung und weitere 500 Mio. Euro für die Forschung im Bereich der EF-Batterietechnologie bereitgestellt. Die Batterie- und Ladetechnologie verbessert sich schnell, sodass Elektrobusse eine größere Reichweite haben und schneller aufgeladen werden können. Da ihre Reichweiten in naher Zukunft die gesamte Strecke abdecken, müssen die Fahrzeuge nicht mehr mittags oder unterwegs aufgeladen werden, was zu einem viel einfacheren Planungsprozess führt. Diese technologischen Verbesserungen sowie Skaleneffekte, die durch eine breitere Nutzung von Batteriebussen erzielt werden, führen zu einer Verringerung der Batteriekosten und ermöglichen eine weltweite Nutzung von Batteriebussen.

Zusammen können Verbesserungen der Batterie- und Stromnetze sowie die Verwendung einer optimierten Planung zur Unterstützung dieser Technologien einen Rahmen für einen nachhaltigen, emissionsfreien öffentlichen Verkehr schaffen. ■

Claus Bünnagel

Über Optibus

Optibus hilft weltweit Verkehrsbetrieben, den öffentlichen Personennahverkehr durch künstliche Intelligenz und Optimierungsalgorithmen effizient zu steuern. Das israelische Unternehmen mit deutscher Niederlassung in Düsseldorf bietet eine Cloud-native SaaS-Plattform, die den Einsatz eines jeden Fahrzeugs und Fahrers plant und terminiert, inklusive detaillierten Einblicken in die Auswirkungen auf den Betrieb, die Termintreue und die Kosten. Optibus wurde bis heute weltweit von über 300 Städten als Lösung ausgewählt

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