Die Umstellung von Diesel- auf Elektrofahrzeuge im ÖPNV nimmt Fahrt auf. Inzwischen haben sich in diesem Kontext vor allem integrierte Softwaresysteme bewährt, die das Management des Depots und des Ladesystems verbinden. Zwei Themen fallen hierbei besonders ins Gewicht: Die Optimierung des Zusammenspiels von Fahrbetrieb und Lademanagement sowie die Schaffung von Standardschnittstellen zwischen verschiedenen Systemen.
Der öffentliche Nahverkehr hat eine Vorreiterrolle eingenommen bei der Umstellung auf alternative Antriebe. Starke Impulse setzt dabei die „Clean Vehicles Directive“ der EU und ihre verpflichtenden Mindestquoten für die Beschaffung von sauberen und emissionsfreien Fahrzeugen. Unternehmen stehen vor diesem Hintergrund zunehmend unter Handlungsdruck, eine praktikable und zugleich zukunftsfähige Elektrifizierungsstrategie zu entwickeln.
Die große Herausforderung: Nur wenige Betriebe und Zulieferer verfügen über ein Gesamtverständnis der Anforderungen eines ÖPNV-Betriebs und dem Management einer elektrischen Infrastruktur. Genau hierauf wird es aber ankommen, um die erforderlichen Strukturen schnell zu schaffen, diese langfristig und effizient zu nutzen und unabhängig von den Technologien einzelner Hersteller zu bleiben. So gilt es, das vielschichtige Zusammenspiel von Fahrbetrieb und Lademanagement zu optimieren und Standards für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Systemen zu schaffen.
Betriebliche und elektrische Einflussparameter ganzheitlich berücksichtigen
Das Laden von Elektrobussen auf der Strecke oder im Depot stellt Verkehrsunternehmen vor neue Herausforderungen. Die zentrale Frage: Wie lässt sich gewährleisten, dass die Busse pünktlich und bedarfsgerecht geladen zur Verfügung stehen – und das so wirtschaftlich wie möglich?
Hierbei muss bedacht werden, dass weit mehr Einflussfaktoren und Abhängigkeiten eine Rolle spielen als beispielsweise die begrenzte Batteriereichweite. So wird allein die Reichweite jedes einzelnen Fahrzeugs zusätzlich z. B. auch vom Alter der Batterie, von der Außentemperatur oder der konkreten Fahrweise eines Busfahrers beeinflusst. Entscheidend für das Laden der Fahrzeuge ist wiederum
- die Ladeinfrastruktur auf der Strecke oder im Betriebshof,
- die konkrete Anschlussleistung sowie
- mögliche Einschränkungen der elektrischen Versorgung aufgrund von Netzschwankungen.
Nicht zuletzt können Aspekte wie netzdienliches Laden, Batterieschonung oder Laden zu günstigen Konditionen zum relevanten Wirtschaftsfaktor werden.
So müssen eine große Anzahl von betrieblichen und elektrischen Einflussparametern sowie deren vielschichtigen Abhängigkeiten berücksichtigt und optimiert ausbalanciert werden. Umfasst eine Flotte viele Fahrzeuge, ist diese Planung ausschließlich mit Hilfe von Software möglich.
Vielschichtige Abhängigkeiten automatisiert optimieren
Verkehrsbetriebe profitieren von der engen Verzahnung eines leistungsfähigen Last-, Lade-, und Energiemanagementsystems mit einem betrieblichen Depotmanagementsystem (EDMS), das speziell auf die Anforderungen des elektrifizierten ÖPNV ausgerichtet ist. PSIsmartcharging ermöglicht durch die standardisierte VDV-463-Schnittstelle eine nahtlose Integration mit verschiedenen EDMS-Lösungen und sorgt so für einen abgestimmten und effizienten Ladebetrieb.
Ein Beispiel für eine besonders erfolgreiche Zusammenarbeit ist die Integration mit dem PSITraffic/DMS, bei dem Fahr- und Umlaufplanung mit den Ladeanforderungen von PSIsmartcharging abgestimmt werden. Grundsätzlich ist das System jedoch offen gestaltet, sodass auch andere EDMS problemlos angebunden werden können – entscheidend ist die standardkonforme Schnittstelle.
Fahrzeug- und Betriebsdaten werden mit Wetterprognosen sowie Informationen zu Netzanschlusspunkten, Trafos und Ladeinfrastruktur zusammengeführt. Auf dieser Basis plant PSIsmartcharging ressourcenschonende, bedarfsgerechte Ladevorgänge. Bei drohender Überlast oder Einschränkungen im Energiebezug wird die Ladeleistung automatisch und dynamisch neu verteilt – dies stabilisiert das Netz und gewährleistet dennoch eine hohe Betriebssicherheit und sichert damit die Verfügbarkeit der Fahrzeuge.
Standardisierte Kommunikationsabläufe zwischen Depot- und Lademanagement
Weil angebundene Systeme wie DMS (PSItraffic/DMS) oder ITCS (PSItraffic/ITCS) künftig also eng mit Lade- bzw. Lastmanagementsystemen verwoben sein müssen und diese wiederum mit Ladesäulen, bedarf es zudem der Überführung von Schnittstellen in Standards. Denn nur die so definierten und vereinheitlichten Prozesse samt Verantwortlichkeiten gewährleisten Investitionssicherheit und ermöglichen Verkehrsbetrieben auch zukünftig die freie Auswahl ihrer Lieferanten.
Aktuell steht der Standard VDV 463 kurz vor der Veröffentlichung. Ihren Ursprung hat die Schnittstelle im erfolgreichen in Betrieb befindlichen Pilotprojekt der Hamburger Hochbahn. Der Standard beschreibt vor allem den bilateralen Informationsaustausch zwischen Depot- und Lademanagementsystem und legt hierfür sowohl das Datenformat als auch das Transportprotokoll fest. Dazu zählt beispielsweise, welche betrieblichen Parameter vom Betriebs- bzw. Depotmanagementsystem wie, wo und mit welcher Priorität über den sogenannten Charging Request ans Lademanagementsystem (LMS) übertragen werden und wie das LMS die Ladeplanung im Detail als Charging Information zurücksendet.
Konkretisierung von Schnittstellen zwischen Lademanagement und Ladesäulen
Für die Verbindung zwischen den Lademanagementsystemen und Ladesäulen existiert bereits die offene und zertifizierte Schnittstelle OCPP 1.6 (Open Charge Point Control). Sie beschreibt einerseits, wie die Nachrichten zwischen den beiden Komponenten für die Überwachung und Ladesteuerung genutzt werden und andererseits das von der Ladeinfrastruktur und teilweise von den Bussen erwartete Verhalten inklusive der verknüpften Daten.
Das Problem: Die konkrete Art und Weise der Nachrichtennutzung im Zusammenhang bleiben offen. So legt das Protokoll beispielsweise nicht konkret genug fest, welche Ladeprofile für eine zentrale Ladesteuerung genutzt werden und welche Daten wiederum die Ladestation bereitstellen muss, damit eine zentrale Überwachung und Ladesteuerung möglich ist. Dasselbe gilt für die Nutzungsbeschreibung der Ladeprofile bei Kommunikationsausfällen oder Störungen der Energieversorgung.
Die Folge ist, dass die unterschiedliche oder unvollständige Umsetzung der Smart Charging Profile hohe Kosten beim Anschluss der Ladesäulen an ein Last- und Lademanagementsystem verursacht. PSI hat aus diesem Grund die Nachrichten der OCPP 1.6 in dem Dokument „PSIready“ konkretisiert. Dazu zählt vor allem auch die Berücksichtigung von Restriktionen der Energieversorgung sowie die präzise Definition eines Notfallbetriebs, die in den meisten Schnittstellenbeschreibungen fehlt.
Langfristig erfolgreich mit All-in-One-System und Standards
Das Umrüsten auf Elektromobilität beeinflusst erheblich die betrieblichen Abläufe in Verkehrsunternehmen. Dabei kommt es darauf an, die Abläufe des Betriebshofs mit denen des Lademanagements zu kombinieren und die vielschichtigen Abhängigkeiten optimiert auszutarieren. Standardisierungsbemühungen wie im Umfeld der VDV-Norm 463, aber auch im Kontext des Zusammenspiels von Lademanagementsystemen und Ladesäulen sind zudem zwingend erforderlich, um langfristig einen sicheren und effizienten Betrieb sowie Herstellerunabhängigkeit für die Betriebe zu ermöglichen.
