Vorfahrt für Elektromobilität
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Weniger Emissionen, mehr Energieeffizienz und intelligente Möglichkeiten des Managements – das sind die Versprechen, die die boomende Elektromobilität im Nahverkehr tagtäglich einlöst. Ladeinfrastruktur, Steuerung und Energiespeicher von ABB treiben die Entwicklung voran.
Die Elektromobilität im Nahverkehr nimmt immer mehr Fahrt auf. Viele kommunale Verkehrsunternehmen setzen auf elektrisch angetriebene Busse. Die Vorteile der Elektromobilität für den Nahverkehr im Vergleich zu konventionellen Verkehrslösungen liegen auf der Hand. Der elektrifizierte Verkehr erzeugt lokal keine Emissionen, verursacht weniger Lärm und hat Effizienzvorteile. Insbesondere dann, wenn E-Busse mit Strom aus erneuerbaren Quellen fahren, tragen sie stark zur Verringerung von klimaschädlichen Gasen bei. Der Ausbau der Elektromobilität ist für viele Metropolen der wichtigste Baustein, um die Stickoxidbelastung zu reduzieren und so allgemeine Fahrverbote, beispielsweise für Dieselfahrzeuge, zu vermeiden. Die in Zukunft steigenden CO2-Kosten verstärken den Trend zur E-Mobilität im Nahverkehr zusätzlich.
Effizient mit hohem Wirkungsgrad
Elektroantriebe haben konstruktionsbedingt einen besseren Wirkungsgrad und eine höhere Energieeffizienz als Otto- oder Dieselmotoren. Weil Elektroantriebe zudem deutlich weniger Verschleißteile als Verbrennungsmotoren besitzen, haben sie geringere Wartungskosten, was sie zusätzlich attraktiv macht. Prof. Kay W. Axhausen vom Institut für Verkehrsplanung der ETH Zürich rechnet damit, dass sich immer mehr Verkehrsunternehmen für das elektrische System entscheiden werden (siehe Interview auf Seite 12): „Ich erwarte, dass wir insgesamt eine dynamische Entwicklung erleben werden.“
Umfassendes Portfolio
ABB verfügt über ein umfassendes Portfolio für alle Anforderungen der Elektromobilität. Christof Kunze, Product Marketing Specialist Ladegeräte Nutzfahrzeuge bei ABB, beschreibt die Bandbreite: „Unsere Lösungen reichen beim Laden von der privaten Wechselstrom-Wallbox bis zu sehr leistungsstarken Gleichstrom-Ladestationen für den professionellen Einsatz. Zudem beherrscht ABB die Mittel- und Niederspannungsanbindung und mit ABB OPTIMAX steht eine intelligente Steuerung des Betriebs zur Verfügung.“ Und seit Ende 2019 fertigt ABB außerdem Batteriemodule für die nachhaltige Mobilität.
In Baden produziert ABB mit eigenen Robotern seit 2019 standardisierte Batteriemodule, die in leistungsfähigen Energiespeichern verbaut werden.
Depotladen und OppCharge
Beim Laden von elektrisch angetriebenen Nahverkehrsbussen unterscheidet man zwei Strategien: Depotladen und Opportunity Charging, kurz: OppCharge. „Das Depotladen geschieht meist über Nacht – mit einer Netzanschlussleistung von 3 MW können zwanzig E-Busse bei typischen Ladeleistungen von 100 bis 150 kW in weniger als 4 h voll geladen werden“, sagt Christof Kunze. Beim Prinzip OppCharge werden die E-Busse unterwegs an strategisch günstigen Haltepunkten nachgeladen. Das geschieht ungefähr alle 20 bis 30 km bei Ladeleistungen von bis zu 600 kW innerhalb von 5 bis 15 min. Die Verbindung erfolgt mit einem automatisierten Pantographen, der entweder über der Fahrspur an der Ladestation (Panto down) oder auf dem Busdach (Panto up) montiert ist.
Intelligente Steuerung schafft zusätzliche Werte
Neben der Ladeinfrastruktur sind die Steuerung des Betriebs und „Value added Services“, also Leistungen, die zusätzlichen Wert schaffen, wichtige Aspekte der Elektromobilität. „Damit sind anspruchsvolle IT-Aufgaben verknüpft, die wir bei ABB beherrschen“, sagt Christof Kunze. „Zwar genießt das Laden der Traktionsbatterie immer Priorität, aber wenn im Depot noch Zeit am Netzstrom zur Verfügung steht, können nach der Batterie weitere Bedarfe gedeckt werden.“ Eine Steuerung wie ABB OPTIMAX kann die E-Busse morgens vorkonditioniert nach Fahrplan bereitstellen, also beispielsweise den Innenraum mit Strom aus der Steckdose auf Wunschtemperatur bringen oder die Bremsdruckluft aufbauen – ohne dafür die wertvolle Akkuladung zu verbrauchen.
„OPTIMAX bietet ein riesiges Potenzial für die intelligente Vernetzung des operativen Betriebs und für ein neues Nutzererlebnis der Fahrgäste.“
Nils Janko, Sales Manager OPTIMAX bei ABB, erläutert weitere Details des fahrplanbasierten Managements: „OPTIMAX kann Fahrzeuge auf den nächsten Umlauf zuordnen, egal wo die Fahrzeuge abgestellt wurden. Zudem analysiert OPTIMAX regelmäßig die Ist-Verbräuche der Fahrzeuge, um Abweichungen innerhalb der Fahrzeugflotte frühzeitig zu detektieren und dem Kunden die Möglichkeit zu geben, Gegenmaßnahmen zu treffen.“ Durch Künstliche Intelligenz (KI) kann OPTIMAX historische Daten der Fahrzeuge in Bezug zur aktuellen Route setzen und der Leitwarte Empfehlungen zu Einrückzeiten aufschalten. Zudem kann die KI von OPTIMAX Wetterprognosen in die Empfehlung für den CO2– und kostenoptimierten Einrückzeitpunkt einbeziehen. „OPTIMAX bietet den Busbetreibern ein riesiges Potenzial für die intelligente Vernetzung des operativen Betriebs und für ein positives Nutzererlebnis der Fahrgäste“, sagt Nils Janko.
E-Busse für Stuttgart
Eines der jüngsten Beispiele für die Ladeinfrastruktur von ABB im Nahverkehr ist seit wenigen Wochen bei der Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB) in Betrieb. In Zusammenarbeit mit dem Generalunternehmer DB Energie hat ABB der SSB zum Einstieg in die Elektromobilität zunächst drei Heavy Vehicle Charger (HVC) mit 150 kW Ladeleistung geliefert, die jeweils zwei Depotboxen versorgen. Zwei HVC sind im zentralen Busdepot installiert, ein weiterer an der Endstation einer Linie. Auch die Bürger von Bochum und Gelsenkirchen kommen neuerdings in den Genuss der Elektromobilität: Die Bochum-Gelsenkirchener Straßenbahnen AG (Bogestra) nimmt 22 E-Busse des chinesischen Weltmarktführers BYD in Betrieb. Das Unternehmen hat ABB als starken Technologiepartner gewünscht, um die zugehörige Ladeinfrastruktur aufzubauen. Seit Oktober laden die ersten Busse.
In Zürich hat ABB die Ladeinfrastruktur für die Shuttlebusse beigesteuert, die zwei Standorte der ETH verbinden. Ungefähr 750.000 Passagiere nutzen jährlich die Linie, die zuvor von Dieselbussen versorgt wurde. Der neue, elektrische Gelenkbus kann mit einer voll geladenen Batterie 125 km weit fahren und bis zu 131 Passagiere transportieren. Die Ladestation beim Busstopp ETH Hönggerberg leistet 300 kW und lädt die Traktionsbatterie über ein Panto-up-System ungefähr 4 min lang nach.
Hightech-Produktion für Batteriemodule
Leistungsfähige Energiespeicher sind die Grundvoraussetzung für den Betrieb von Elektrobussen und ermöglichen unter anderem, die durch Rekuperation gewonnene Bremsenergie zu speichern. Am Standort Baden in der Schweiz betreibt ABB seit Oktober 2019 eine hochmoderne Produktion von standardisierten Batteriemodulen. Die Batteriemodule bilden das Herzstück des BORDLINE ESS (Energy Storage System) von ABB.
ABB-Roboter fertigen Energiespeicher
Im Produktionsprozess der Batteriemodule kommen zwei ABB-Roboter zum Einsatz: Einer platziert die Batteriezellen im Modulgehäuse und ein weiterer verbindet sie hochpräzise mittels eines Laserschweißverfahrens. Alle Daten im Produktionsprozess werden durchgängig digital erfasst.
An diese Batteriesysteme werden höhere Anforderungen gestellt als an Batterien in privaten Elektroautos. Sie haben im Schnitt eine zwölfmal längere Betriebszeit täglich zu bewältigen und sollten eine rund 20-mal höhere technische Lebensdauer aufweisen. Die ersten BORDLINE ESS werden von Arriva Nederland in dieselelektrischen Zügen von Stadler eingesetzt. Dank der gespeicherten Energie in den Batterien können die Dieselmotoren im Bahnhofsbereich ausgeschaltet werden, was Lärm- und Schadstoffemissionen reduziert.
Erfahren Sie im Video, wie die ABB-Komplettlösung für ein Busdepot funktioniert:
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