In den letzten Jahren haben Elektroflottenfahrzeuge, insbesondere Nahverkehrsbusse, als wichtiger Impulsgeber für die EV-Branche eine Welle der Begeisterung ausgelöst. Pat Hayes und Kendell Whitehead, die gemeinsam das Ladegeschäft von ABB in den USA leiten, wurden interviewt, um zu erörtern, was das Transitsegment vorantreibt – aus der Perspektive der Ladeinfrastrukturtechnologie.
Warum wächst der Markt für die Elektrifizierung des Nahverkehrs so schnell? Was sind die Treiber?
Kendell Whitehead: Der Anwendungsfall ist sehr gut. Sie haben die Busse, die auf den gleichen Strecken mit ungefähr der gleichen Zeit fahren, jede Nacht zum Aufladen zur Verfügung. Es ist einfach zu optimieren. Verkehrsunternehmen betrachten die Gesamtbetriebskosten über die Lebensdauer der Fahrzeuge und der Ladesysteme, einschließlich Wartungs- und Personalkosten. Elektrobusse kosten im Voraus mehr, sind aber viel billiger im Betrieb. Auch die Kraftstoff- und Wartungskosten für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor können im Laufe der Lebensdauer der Anlagen stark variieren, daher kommt auch die Vorhersehbarkeit ins Spiel.
Pat Hayes: Sogar Dinge wie Bremsbeläge – sie sind bei ICE (Verbrennungsmotoren) und Elektrobussen gleich, aber mit regenerativem Bremsen halten die Beläge bei einem Elektrobus Jahre gegenüber Monaten bei einem vergleichbaren Benzin- oder Dieselantrieb Fahrzeug. Umwelt- und Gesundheitsbedenken stehen ebenfalls weit oben auf den Listen der Verkehrsbetriebe, und die Elektrifizierung hilft, diese direkt anzugehen. Dann haben Sie die Finanzierung – staatliche Förderzuschüsse helfen wirklich, die Elektrifizierungspläne jetzt voranzubringen. Wenn Sie all diese Kräfte kombinieren, die in dieselbe Richtung drängen, haben Sie einen sehr dynamischen Markt.
Wie viel größer sind die Batterien von Nahverkehrsbussen als die von Personen-Elektrofahrzeugen? Laden sie mit der gleichen Leistung wie Pkw-Elektrofahrzeuge?
Kendell: Sie sind viel größer, fünf- bis zehnmal größer als die, die man in einem Auto sieht. Glücklicherweise lässt die Größe des Fahrzeugs größere Batterien zu. In Bezug auf die Kapazität können sie bei einem „normalen“ Nahverkehrsbus zwischen 200 kWh und 400 kWh liegen. Aber in Fällen, in denen Sie eine lange Strecke haben, können Sie einen Bus mit 600 kWh oder 700 kWh haben, um diese größere Reichweite zu erzielen. Alles hängt von der jeweiligen Anwendung und Betriebsumgebung ab.
Denken Sie daran, dass das gesamte System zusammenarbeiten muss. So arbeiten beispielsweise DC-Schnellladegeräte in Busdepots regelmäßig mit 150 kW, auch weil höhere Leistungen größere und schwerere Kabel erfordern würden. Selbst wenn der Bus mit höherer Leistung aufgeladen werden könnte, muss er also mit einer mit dem Ladegerät kompatiblen Leistungsstufe betrieben werden. Stromabnehmer kommen ganz ohne Kabel aus. Diese Systeme arbeiten mit 150 kW bis 450 kW, was die Ladezeit im Vergleich zu den üblicherweise von Personenkraftwagen verwendeten Ladegeräten mit geringerer Leistung erheblich verkürzt.
Pat: Busse verwenden die gleichen massenproduzierten Zellen wie Personenkraftwagen, aber sie werden bis zu neun Packungen haben, um die erforderliche Kapazität und Leistung zu erreichen. Die Bus-OEMs sind sehr kreativ geworden, wo sie die Batteriepacks im Fahrzeug platzieren. Manche verstauen sie unter dem Boden, wo das Gepäck in einem Reisebus verstaut wird, oder in Gehäusen im Fahrgastraum oder sogar auf dem Dach. Die Konfiguration richtet sich nach dem Anwendungsfall.
Auch Bushersteller lernen ständig dazu. Sie können die Algorithmen im Batteriemanagementsystem (BMS) optimieren, um die Leistung des Busses zu optimieren. Sie können unterschiedliche Ladeprofile entwerfen, um unterschiedliche Ladezustandsbedingungen widerzuspiegeln – das alles dient zum Schutz der Langlebigkeit der Batterie.
Sind Nahverkehrsbus-Ladesysteme wie „normale“ EV-Ladegeräte? Wie sind sie gleich, wie unterscheiden sie sich und warum?
Kendell: Verkehrsbetriebe wollen kostengünstige, robuste Industriesysteme. Infolgedessen werden Sie bei Ladegeräten für Transitflotten keine auffälligen Benutzeroberflächen sehen, wie dies bei öffentlichen Ladegeräten für Elektrofahrzeuge der Fall ist. Eine einfache Kontrollleuchte und eine Steckverbindung – das war’s. Weniger komplex bedeutet weniger Dinge, die kaputt gehen können. Sie arbeiten auch bei höheren Leistungsstufen.
Eine ABB Betriebshofladeanlage zum Laden in Pausen oder über Nacht mit 150 kW. Bild mit freundlicher Genehmigung von ABB E-Mobility.
Pat: Verkehrsunternehmen bevorzugen automatisierte Verbindungen wie Stromabnehmer aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit, Platzersparnis und der Vermeidung von Kabeln auf dem Boden. Diese Ladegeräte arbeiten mit höherer Leistung, wie bereits erwähnt. Auch in konventionellen Depots gibt es eine Art historische Organisationsstruktur, bei der der Fahrer nie etwas mit den Tanksystemen anfasst. Vollautomatisch lässt sich das Laden also in bestehende Arbeitsabläufe einpassen: Der Fahrer fährt ein, der Stromabnehmer verbindet das Ladegerät mit dem Bus, fertig. Derzeit gibt es so etwas nicht für das Laden von Pkw-Elektrofahrzeugen.
Stellen Verkehrsunternehmen ihre Ladesysteme lieber auf Strecken oder in Depots (oder beides) auf?
Kendell: Die Antwort wird von den spezifischen betrieblichen Anforderungen des Transitunternehmens diktiert und jedes ist anders. Für einige ist das Laden im Depot allein ausreichend – sie können ihre Strecken den ganzen Tag fahren und nachts laden. Wir haben andere Fälle gesehen, in denen eine Agentur alles mit dem Aufladen auf der Strecke erledigen kann, sei es zwei Minuten an einer Bushaltestelle oder vielleicht 30 Minuten an einer Haltestelle, während der Fahrer zu Mittag isst. TriMet in Portland, Oregon, konnte diesen Ansatz mit einer ihrer Linien verfolgen.
Pat: Einige Agenturen führen hybride Gebühren (On-Route und Depot) durch. Sie haben vielleicht nur ein DC-Schnellladegerät (DCFC) im Depot zum Schnellladen im Notfall und mehr Ladegeräte auf der Strecke. Das Laden von Depots ist im Allgemeinen weniger teuer, da es normalerweise nachts durchgeführt wird, wenn die Preise niedriger sind. Jedes Verkehrsunternehmen hat unterschiedliche Strategien zum Laden seiner Flotte. Einige nutzen Depotladungen, andere Gelegenheitsladungen und immer mehr integrieren beide Strategien für ein Hybridszenario.
Gelten die aktuellen DCFC-Standards für Pkw-Steckverbinder (wie CCS1 und CHAdeMO) für den Transit? Gibt es spezielle Standards für Transit/Busse? Gibt es proprietäre Standards wie bei Tesla?
Kendell: CCS1 ist der De-facto-Standard für schwere Nutzfahrzeuge in Nordamerika, ebenso wie für Personenkraftwagen. Wir haben sogar Ladegeräte in öffentlichen Verkehrsmitteln mit Autos getestet, bevor die Busse an die Agentur geliefert wurden. CHAdeMO ist beim Laden schwerer Fahrzeuge nicht wirklich relevant. Es gibt einige proprietäre Standards von Seiten der Fahrzeughersteller, aber die Branche scheint sich stark auf CCS1 für das Laden auf Kabelbasis zu konvergieren.
Pat: Stromabnehmer-Ladegeräte sind fast ausschließlich für Busanwendungen gedacht und wir gehen davon aus, dass diese aus den oben genannten Gründen weiterhin eine beliebte Option sein werden. Einige OEMs suchen nach einer Pin-in-Socket-Version des Stromabnehmer-Standards (SAE J3105), die ebenfalls automatisiert werden würde. Auch die Ports schauen sich das an. Es gibt auch den Megawatt Charging Standard (MCS), der von a . entwickelt wird CharIN Ausschuss für schwere Lkw, der auch für Busse ins Spiel kommen könnte.
Wie engagieren sich Versorgungsunternehmen mit Programmen zur Elektrifizierung des öffentlichen Nahverkehrs?
Kendell: Die Elektrifizierung des Nahverkehrs ist für Versorgungsunternehmen sowohl aufregend als auch erschreckend. Es ist eine große, konstante Einnahmequelle und ein Großteil der Gebühren findet außerhalb der Spitzenzeiten statt, wodurch ihre Grundlast normalisiert wird. Aber offensichtlich stellt das Hinzufügen mehrerer Ladegeräte zu einem Depot eine große neue Belastung dar, die erhebliche Upgrades des lokalen Netzes erfordern kann.
Unser Rat an Verkehrsunternehmen ist, ihre Versorgungsunternehmen frühzeitig und häufig zu aktivieren. Beziehungen pflegen; Transparenz über die Projektanforderungen schaffen. Der Schlüssel liegt darin, potenzielle Probleme zu vermeiden. Im Idealfall arbeiten die Behörde und das Versorgungsunternehmen nicht nur bei der physischen Installation zusammen, sondern auch bei Dingen wie dem Einsatz von Demand Response, damit Ladegeräte je nach Netzbelastung ein- oder ausgeschaltet werden können; oder die Schaffung von Sondertarifen, um die Verbrauchskosten zu senken und das Geschäftsmodell für die Elektromobilität nachhaltiger zu gestalten.
Pat: In der Praxis ist der Eigentümer der Ladeinfrastruktur aufgrund der Ladungsgröße entweder der Verkehrsbetrieb oder der Versorger selbst, aber unabhängig davon ist auf beiden Seiten Skin im Spiel. Das Zulassen und Überwinden von Netzbeschränkungen kann lange dauern, deshalb legen wir Wert auf frühzeitiges Engagement. Bei unseren Projekten umfasst das Team immer sowohl die Agentur als auch den lokalen Versorger, und wir sehen es wirklich als Projekt und nicht nur als „Verkauf“. Es geht um Zusammenarbeit, denn es muss so sein, damit das Verkehrsunternehmen erfolgreich ist.
Es ist auch erwähnenswert, dass Versorgungsunternehmen in einer ausgezeichneten Position sind, Verkehrsunternehmen bei der Umstellung auf Elektrobusse durch Beratung und damit verbundene Dienstleistungen zu unterstützen. Sie verfügen über das technische Know-how und eine genaue Kenntnis des Netzes, warum also nicht verkaufen?
Was müssen Verkehrsunternehmen beachten, wenn sie an Standorten, die traditionell kraftstoffbetriebene Fahrzeuge bedienten, Hochleistungsladestationen hinzufügen?
Kendell: Es gibt viele Dinge zu beachten, deshalb möchte man auch schon früh mit dem Utility arbeiten. Sie werden wahrscheinlich Getriebe- und Standort-Elektrik-Upgrades benötigen, aber das variiert. Ladegeräte in einer Installation könnten dem Bau eines McDonald’s-Restaurants entsprechen, oder sie könnten wie ein 10-MW-Rechenzentrum am Rande des Netzes sein.
Interoperabilität ist der Schlüssel. Sie möchten, dass alles zusammenarbeitet, damit die Benutzer Vertrauen in das System haben. Daher ist es wichtig, dass der Fahrzeug-OEM und der Ladegerät-OEM eine gute Beziehung haben, um unvorhergesehene Probleme oder neuartige Konfigurationen anzugehen. Verkehrsunternehmen sind in einer guten Position, um dieses Gespräch voranzutreiben.
Ein Bereich, der oft übersehen wird, ist die Schulung, die sich auf die Arbeit der Bediener mit den Fahrzeugen auswirkt. Es kann Herausforderungen hinzufügen, daher ist es auch hier wichtig, frühzeitig anzugehen.
Pat: Verkehrsbetriebe und Versorgungsunternehmen haben beide langwierige Prozesse. Der Umstieg auf Elektrobusse erfordert in vielen Fällen ein Umdenken. Bei dem Versuch, die Nachfragekosten anzugehen, gibt es beispielsweise einige interessante Lösungen aus Kalifornien. Eine besteht darin, dass der Versorger einen speziellen Busladetarif (mit niedrigeren Verbrauchsgebühren) erstellt, wenn der Verkehrsunternehmen sich bereit erklärt, eine bestimmte Strommenge über einen bestimmten Zeitraum zu beziehen. Diese Vereinbarung gibt jeder Seite Sicherheit, die die Bankfähigkeit des Projekts verbessert.
Mit wem sollten Verkehrsbetriebe über das Laden sprechen?
Kendell: Es gibt eine gewisse Gemeinschaft unter den Verkehrsunternehmen, und ich würde sagen, sie sollten das nutzen, da es bereits eine gute Kommunikation zwischen ihnen gibt. Speziell auf die Buselektrifizierung fokussierte Berater (wie das Zentrum für Verkehr und Umwelt) haben auch Verkehrsunternehmen geholfen, indem sie beispielsweise über Markttrends informierten und Agenturen auf Konferenzen zum Erfahrungsaustausch einberufen.
Pat: Abgesehen von den lokalen Versorgungsunternehmen würde ich sagen, die Bus- und Ladegeräte-OEMs. Ein frühzeitiges Engagement ist bei jedem von ihnen von entscheidender Bedeutung, da sie alle über die Dauer des Projekts und darüber hinaus zusammenarbeiten werden.
Nennen Sie eine Sache, von der Sie sich wünschen, dass jedes Verkehrsunternehmen weiß, bevor sie mit der Umstellung auf Elektrofahrzeuge beginnen.
Kendell: Es ist eine lange Reise. Zur Elektrifizierung gehört mehr als ein Ladegerät und ein Bus: Stromanschluss, Lademanagement-Software, Vernetzung, Servicepartner … die Liste geht weiter.
Pat: Die Idee, dass ein Elektrofahrzeug ein ICE-Fahrzeug eins nach dem anderen ersetzen soll, ist nicht unbedingt der richtige Ansatz. Vielleicht können Sie besser optimieren, wenn Sie mit Elektrobussen „von vorne beginnen“ und die Unterstützungssysteme von dort aus gestalten. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass dies nicht nur ein Fahrzeugersatz ist.
Das E-Mobility-Team von ABB wird auf der APTA TRANSform Konferenz & EXPO, eine große Industriemesse für den öffentlichen Nahverkehr, die nächste Woche in Orlando stattfindet. Als anerkannter Marktführer in der Elektrifizierung des Verkehrs hat ABB E-Mobility seit Jahrzehnten mehr als 460.000 EV-Ladegeräte – darunter mehr als 21.000 DC-Schnellladegeräte – in mehr als 88 Ländern weltweit verkauft.
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Dieser Artikel wurde unterstützt von ABB. Bilder mit freundlicher Genehmigung von ABB E-Mobility.
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