Die Open-Source-Fahrzeug- und Mobilitätstools von NREL bieten Wege zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der Emissionen im Transportwesen

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Mithilfe von Tools können Stakeholder Reisegewohnheiten, Daten und Energieverbrauch besser verstehen, um Fortschritte in der Transport- und Mobilitätstechnologie zu erzielen

Energieeffizienz und Leistung auf der Straße sind von zentraler Bedeutung für die Zukunft des Transportwesens und den Übergang zu sauberer Energie. Die Modellierungs- und Analysetools des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums zielen auf technische Hindernisse bei der Weiterentwicklung von Technologien und Systemen ab, die Effizienz und Leistung optimieren und gleichzeitig Emissionen reduzieren.

Seit Jahrzehnten treibt NREL die Entwicklung zahlreicher Open-Source-Tools voran, die Entscheidungsträgern im Transportwesen, Organisationen, Gemeinden und Einzelpersonen zugute kommen. Im Gegensatz zu Software, die proprietären und streng gehüteten Code verwendet, wird Open-Source-Software jedem kostenlos zur Nutzung, Prüfung, Änderung und Weiterverbreitung zur Verfügung gestellt. Da diese Art von Software so anpassbar ist, können Benutzer die Tools so anpassen, dass sie ihre individuellen Anforderungen erfüllen und ihre spezifischen Fragen beantworten. Open-Source-Software schafft außerdem gleiche Wettbewerbsbedingungen und bietet einen gemeinsamen Rahmen für Automobilhersteller, Regulierungsbehörden und andere Forschungseinrichtungen, um die Arbeit anderer zu teilen und zu validieren.

„Tools sind nur so nützlich, wie sie an spezifische Bedürfnisse angepasst werden können. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Transport- und Mobilitätstools von NREL die spezifischen Herausforderungen bewältigen können, mit denen Entscheidungsträger konfrontiert sind“, sagte NREL Jake Holden, ein leitender Forscher für dekarbonisierte Fahrzeugsysteme. „Die Open-Source-Verfügbarkeit dieser Transporttools ermöglicht es Benutzern, Szenarien zu erkunden und anzupassen, während sie darüber nachdenken, wie sie Fortschritte bei der Energieeffizienz in ihre Prozesse implementieren können. Dies könnte für alles gelten, von der Routenoptimierung bis zur Messung des persönlichen CO2-Fußabdrucks nach Reisemodus, von den Auswirkungen von Mobilitätsdiensten auf den Energieverbrauch bis hin zur Simulation und Optimierung kosteneffizienter Lokomotiventechnologien.“

Simulation der Auswirkungen der Technologie auf die Ergebnisse der Dekarbonisierung des Verkehrs

NREL hat verschiedene Open-Source-Transporttools entwickelt, um wichtige Aspekte des Reisens anzugehen und die Entwicklung und effiziente Nutzung fortschrittlicher Transporttechnologien und -systeme zu unterstützen.

Simulations- und Modellierungssoftware hilft Bahnbetreibern, die Integration von Technologien zu modellieren, um die Dekarbonisierung des Verkehrs zu fördern und den Weg zu einer CO2-neutralen Wirtschaft zu ebnen. Der Fortschrittliches System zur Optimierung von Lokomotivtechnologie und Schieneninfrastruktur (ALTRIOS) ist eine solche Software – ein Open-Source-Simulationstool zur Steuerung der Dekarbonisierung des Schienenverkehrs. ALTRIOS simuliert realer Eisenbahnnetzbetrieb um große Fragen rund um Güternachfrage, Geschwindigkeit und Zugdynamik zu beantworten. Es kann auch Aufschluss über die idealen Antriebsstrangtechnologien geben, die in verschiedenen Anwendungen, Betriebsbedingungen, Stromverteilungsszenarien sowie in der Betankungs- und Ladeinfrastruktur eingesetzt werden können.

„Die Verlagerung des Güterverkehrs auf die Schiene und die Dekarbonisierung der Bahn sind der Schlüssel zur Umstellung des Transportsektors auf CO2-Neutralität“, sagte Chad Baker, Maschinenbauingenieur bei NREL. „Indem wir besser verstehen, wie sich neue Lokomotivtechnologien auf die Dekarbonisierungsbemühungen und die Energieeffizienz der Bahn auswirken und diese beschleunigen können, können wir den CO2-Fußabdruck der Branche und die transportbezogenen Emissionen insgesamt effektiver senken. Wir beabsichtigen, mit ALTRIOS die Investitionsentscheidungen der Branche dahingehend zu steuern, dass die Dekarbonisierung auf wirtschaftlich sinnvolle Weise erfolgt.“

NREL-Forscher verlassen sich auch auf Simulationen, um die Auswirkungen von Technologieverbesserungen auf die Effizienz, Leistung, Kosten und Batterielebensdauer von leichten, mittleren und schweren Fahrzeugen zu bestimmen. Mit dem Zukünftiger Automobilsystemtechnik-Simulator (FASTSim™)hat NREL ein schnelles und benutzerfreundliches Simulationstool entwickelt, das eine Vielzahl von Fahrzeugtypen modelliert, darunter konventionelle Fahrzeuge, Fahrzeuge mit Elektroantrieb und Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen.

„FASTSim modelliert nur die wichtigen Details des Antriebsstrangs, sodass nur grundlegende Fahrzeugspezifikationen erforderlich sind, was es einfach macht, alle verschiedenen Fahrzeuge schnell und genau zu modellieren“, sagte Aaron Brooker, leitender Modellingenieur von NREL. „Diese Kombination zusammen mit RouteE hat es Google Maps ermöglicht, Menschen in den Vereinigten Staaten, Kanada und fast 40 europäischen Ländern mit einer kraftstoffeffizienten Routenplanung zu helfen und so mehr als 1,2 Millionen Tonnen CO2-Emissionen zu vermeiden.“ Googles Umweltbericht 2003.“

NRELs Hochintegriertes Fahrzeug-Ökosystem-Simulations-Framework (BIENENSTOCK) simuliert den Betrieb von Flotten von Mobilitätsdienstleistern. Sein flexibles Design ermöglicht es Forschern, groß angelegte Simulationen anzupassen und zu erstellen und die Auswirkungen von Szenarien auf Energieeffizienz und Leistung zu analysieren. HIVE unterstützt Forscher bei der Untersuchung der Flottensteuerung von Elektrofahrzeugen, der Standortwahl von Elektrofahrzeug-Versorgungsgeräten (EVSE) und Problemen bei der Flottenzusammensetzung und ist auf Benutzerfreundlichkeit, Skalierbarkeit und Kosimulation ausgelegt.

Zur Simulation wurde beispielsweise HIVE verwendet Die 20.000 gelben Taxis und Ride-Hailing-Fahrzeuge von New York City um den Umfang des für die Elektrifizierung erforderlichen Schnellladens zu beurteilen.

„HIVE simuliert Stichprobenergebnisse über alle Agenten und Zeitpunkte hinweg, von einzelnen Fahrzeugen bis hin zu ganzen Flotten, und informiert Flottenbetreiber über Entscheidungen zu sauberer Energie“, sagte Rob Fitzgerald vom NREL, ein Computerwissenschaftler, der zusammen mit Nick Reinicke vom NREL an der Entwicklung und Wartung des Tools beteiligt war. Forscher im Bereich Informatik und andere Open-Source-Mitwirkende.

Vorhersage des Energieverbrauchs nach Reiseart und Route

Andere NREL-Mobilitäts- und Transporttools helfen dabei, den Energieverbrauch auf Reisen vorherzusagen oder zu verfolgen.

NRELs offene Plattform für agile Trip-Heuristiken (NREL OpenPATH) ermöglicht es Menschen, ihren Energieverbrauch und CO2-Fußabdruck nach Reisemodus zu verfolgen. Ob mit dem Auto oder dem Fahrrad: NREL OpenPATH nutzt eine Smartphone-App, um kontinuierlich Daten zu sammeln und zu analysieren, sodass Gemeinden ihre eigenen Reisedaten verstehen können.

Tatsächlich wurde NREL OpenPATH in einem davon verwendet größte E-Bike-Pilotprogramme des Landes, dem Can Do Colorado E-Bike Pilot, um zu verstehen, wie die Akzeptanz und der Zugang zu E-Bikes erhöht werden können. NREL OpenPATH lieferte Einblicke durch die Erfassung ganzheitlicher Reisedaten während eines fast zweijährigen Pilotprojekts, bei dem etwa 200 E-Bikes an einkommensschwache, wichtige Arbeitskräfte an verschiedenen Standorten in Colorado verteilt wurden. Mittlerweile werden OpenPATH in Projekten im ganzen Land zur Erfassung von E-Bike-Daten eingesetzt.

„NREL OpenPATH ermöglicht es Gemeinden, Nachhaltigkeitsmöglichkeiten an ihrem Wohnort zu identifizieren“, sagte er K. Shankarileitender Forscher bei NREL OpenPATH. „Gemeinden können die kontinuierliche Datenerfassung und -analyse für Verkehrsumfragen und Programmbewertungen nutzen, um Mobilitätsstrategien und -entscheidungen, wie etwa die Einführung von E-Bikes, zu treffen und besser zu verstehen, wie sich ihre Gemeinden fortbewegen.“

Ein weiteres NREL-Tool kann den Energieverbrauch eines bestimmten Fahrzeugs auf einer vorgeschlagenen Route vorhersagen. Der Routenenergie-Vorhersagemodell (RouteE) berücksichtigt Fahrbedingungen – wie Stau, Verkehrsgeschwindigkeit, Straßentyp, Straßengefälle und Kurven –, um Energieschätzungen für jeden Fahrzeugtyp zu erstellen, ob bereits vorhanden oder künftig. RouteE ist ein vielseitiges Tool, das zur Routenoptimierung, zur Schätzung der Fahrzeugreichweite, zur Berechnung der Energieeinsparungen für eine bestimmte umweltfreundliche Routenoption und für andere Zwecke eingesetzt werden kann.

Namhafte Unternehmen wie Google Maps haben ebenfalls auf Tools wie RouteE aufmerksam gemacht, das kürzlich ebenfalls als Open-Source-Verfügbarkeit veröffentlicht wurde. In einem Fortsetzung der Zusammenarbeit mit Google MapsRouteE und FASTSim werden genutzt, um Modelle des Energieverbrauchs auf der Straße zu erstellen und eine umweltfreundlichere Routenplanung zu entwickeln.

Open-Sourcing für energieeffizienten Transport

Im Bereich der sauberen Energietechnologie beschleunigt Open-Source-Software den weltweiten Vorstoß hin zu nachhaltigen Lösungen, indem sie Entwicklungskosten senkt, Produktionszeiten verkürzt und Innovationen vorantreibt. Im Transportbereich haben die integrierten Modellierungs- und Analysetools von NREL die Spitze vorangetrieben – sie ermöglichen Flottenmanagern, Planern, Gemeinden und Einzelpersonen, auf die von ihnen gesammelten Daten zuzugreifen, sie zu teilen und zu analysieren, um die Auswirkungen fortschrittlicher Technologien auf Energieeffizienz, Energieverbrauch und Emissionen zu erkennen.

„Mit den Mobilitäts- und Transporttools von NREL wird es möglich, die Auswirkungen neuer Technologien auf Energieeffizienz und Emissionen zu verstehen, bevor große Investitionen oder reale Einsätze jemals notwendig sind“, sagte Holden. „Die Bereitstellung dieser Werkzeuge für die breite Öffentlichkeit und deren Zugänglichkeit demokratisiert die Kraft der Energieumwandlung.“

Erfahren Sie mehr über NRELs nachhaltige Transport- und Mobilitätsforschung Und Suite von Transport- und Mobilitätswerkzeuge. Und abonnieren Sie den vierteljährlichen NREL-Newsletter für Transport- und Mobilitätsforschung. Nachhaltige Mobilität ist wichtigum über die neuesten Nachrichten auf dem Laufenden zu bleiben.

Von Justin Daugherty | NREL