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Batterieelektrische Fahrzeuge mit Oberleitung

Erstellt am: 08.11.2023 | Stand des Wissens: 08.11.2023
Synthesebericht gehört zu:

Eine Variante für Oberleitungs-Lkw (O-Lkw) sind Nutzfahrzeuge, die neben der Oberleitungsausrüstung über eine Batterie zur Stromversorgung verfügen (O-BEV-Lkw) [ACEA22].Dabei erfolgt der Antrieb stets über den selben Elektromotor, der bei Fahrt unter den Oberleitungen direkt von dieser versorgt wird. Außerhalb des Oberleitungsnetzwerkes wird der Elektromotor von der Batterie angetrieben, welche statisch oder dynamisch aufgeladen werden kann. Statisch bedeutet in diesem Fall ein Laden im Stand, beispielsweise an einer Ladesäule, wohingegen beim dynamischen Laden während der Oberleitungsfahrt gleichzeitig auch die Batterie geladen wird [ACEA22]. Dieses Konzept wird in Abbildung 1 schematisch dargestellt.
Schematische Darstellung eines batterieelektrischen Hybridfahrzeugs mit OberleitungAbbildung 1: Schematische Darstellung eines batterieelektrischen Hybridfahrzeugs mit Oberleitung (eigene Zusammenstellung in Anlehnung an ACEA22)
Reichweite und Nutzungsszenarien
O-Lkw werden als Alternative für den Schwerlasttransport ab einem zulässigen Gesamtgewicht von 12 Tonnen angesehen [ifeu20; Ben22]. Dies ergibt sich aus dem Umstand, dass auf Strecken mit vorhandenem Oberleitungsnetz ausreichend Energie zur Beförderung schwerer Lasten vorhanden sein und das transportierte Gewicht die Reichweite nicht einschränken sollte. Aus demselben Grund ergibt sich, dass die Reichweite von O-Lkw stark an den Ausbau des Oberleitungsnetzes gebunden ist und ein wirtschaftlicher Einsatz der Fahrzeuge nur auf entsprechenden Strecken sinnvoll ist. Sollte es zu einem Ausbau der Technologie im deutschen Raum kommen, werden dafür der Voraussicht nach die deutschen Autobahnen als Hauptverkehrstrassen mit einer entsprechenden Infrastruktur versehen werden [NPM20b]. Für O-BEV-Lkw sind neben den Fahrten mittels Oberleitung Reichweiten von bis zu 300 Kilometern denkbar, die das Fahrzeug mittels geladener Energie aus der Batterie zurücklegt [Jöh22].
Bewertung von O-BEV-Lkw zur Dekarbonisierung im Straßengüterverkehr
Der größte Vorteil von O-BEV-Lkw ist, dass bei einer umweltfreundlichen Stromversorgung ein nahezu emissionsfreier Betrieb möglich ist. Weiterhin haben Elektromotoren einen Wirkungsgrad von 73 Prozent, sodass bei dieser Antriebsvariante die Energieverluste im Vergleich zu allen anderen alternativen Antriebsarten am geringsten sind [ACEA22]. Eine Studie des Instituts für Energie- und Umweltforschung Heidelberg identifizierte für das Jahr 2030 ein hohes Minderungspotenzial durch O-Lkw von circa 15 bis 27 Prozent der Treibhausgasemissionen im Vergleich zu Diesel-Lkw. Die Höhe der Unterschiede ergibt sich in Relation zum Ausbau des Oberleitungsnetzes, wobei ein stärker ausgebautes Netz den Minderungseinfluss der Technologie positiv beeinflusst [Jöh22]. Eine weitere Studie kam zu dem Ergebnis, dass im Jahr 2030 die Treibhausgasemissionen pro Fahrzeug für O-BEV-Lkw voraussichtlich 44 Prozent geringer sind als die eines vergleichbaren Diesel-Lkws im Schwerlastverkehr [Hac20].
Bewertung von O-BEV-Lkw hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit
Die Total Cost of Ownership (TCO) für Oberleitungs-Lkw im Jahr 2030 werden in verschiedenen Studien als niedriger im Vergleich zum Diesel-Lkw angenommen [NPM20b; Jöh22]. O-Lkw sollen für Nutzfahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht (zGG) von 12 bis 20 Tonnen 20 Prozent geringere Kosten ausweisen. Für die Größenklassen über 20 Tonnen zGG werden 28 Prozent weniger und für Sattelzugmaschinen mit 40 Tonnen zGG 25 Prozent weniger Gesamtkosten angegeben. Die Gründe hierfür liegen der Studie zufolge in den geringeren Energie- und Stromsteuern sowie in den geringeren Mautkosten [NPM20b]. Eine weitere Studie bezifferte die TCO für O-BEV-Lkw im Bereich 12 bis 26 Tonnen auf circa 1,15 Euro pro Kilometer und damit circa 15 Cent weniger als die TCO für den Diesel-Lkw als Referenz. Für Fahrzeuge mit einem zGG von über 26 Tonnen lägen die TCO geringfügig höher, aber in gleicher Relation zum Diesel-Lkw. Dabei wurde eine Reichweite von 150 Kilometern der Fahrzeuge mittels Batterieelektrik beziehungsweise ohne Oberleitung für beide Lkw-Größenklassen angenommen. Die Gesamtkosten für O-BEV-Lkw lägen somit unter denen von OH-Lkw, mit einer Kostenreduktion von circa 5 bis 10 Cent pro Kilometer. Als Grund für die niedrigeren Kosten führt die Studie geringere Energie- und Fahrzeugkosten an [ifeu20]).
Pilotprojekte
Die RWTH Aachen führte im Jahr 2022 den Feldversuch LiVe durch, indem ein O-BEV-Lkw auf einem fünf Kilometer langen Streckenabschnitt nahe Berlin getestet wurde. Der O-BEV-Lkw konnte dabei erfolgreich von der Oberleitung an- und abbügeln sowie auf der Strecke mit Strom über die Oberleitung versorgt werden. Die gesammelten Daten sollen der Universität dabei helfen, den Einsatz von O-BEV-Lkw zu bewerten und weitere Tests mit Sattelzugmaschinen vorzubereiten [PEM22].
Vorteile und Nachteile von O-BEV-Lkw im Vergleich zu Dieselfahrzeugen
Die Kombination aus Batterieelektrik und Oberleitung macht den O-BEV-Lkw zu einer ökologisch attraktiven Technologie. Festzuhalten ist, dass sich die Technologie noch in der Entwicklung befindet und diese in den nächsten Jahren nicht zur flächendeckenden Anwendung finden wird. Die Kernproblematik ist der Ausbau der Oberleitungs-Infrastruktur, welche in einem ausreichen großen Umfang gegeben sein muss, um die Technologie wirtschaftlich sinnvoll einsetzen zu können. Weiterhin ist auch die positive Umweltwirkung in relevanter Größenordnung an eine entsprechende Größe des Oberleitungsnetzes gebunden sowie an Strom aus erneuerbaren Energiequellen.
Ansprechpartner
Technische Universität Hamburg, Institut für Verkehrsplanung und Logistik, Prof. Dr.-Ing. H. Flämig
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Oberleitungsfahrzeuge als Alternative zu Dieselfahrzeugen (Stand des Wissens: 12.12.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?578538
Literatur
[ACEA22] Association des Constructeurs Européens d'Automobiles (ACEA) (Hrsg.) Fuel types of new trucks, 2022/03/08
[Ben22] Bensmann, Dr.-Ing. Boris , Benz, Dr. Thomas Benz, Brandt, Dipl.-Ing. Torsten, Grube, Dr.-Ing. Thomas , Kleimaier, Dr. Martin , Konstantinidou, Dr.-Ing. Eleni , Meyer, Dipl.-Ing. Stefan , Pokojski, Dipl.-Ing. Martin , Samsun, Dr.-Ing. Remzi Can , Schlosser, Dipl.-Ing. Gerhard, Cremers, Dr. Carsten Klimafreundliche Nutzfahrzeuge, 2022/01, ISBN/ISSN 978-3-931384-98-2
[Hac20] Hacker, Florian, Jöhrens, Julius, Plötz, Patrick Wirtschaftlichkeit, Umweltwirkung und Ausbauszenarien von Oberleitungs-Lkw in Deutschland, 2020/04
[ifeu20] Jöhrens, Julius, Helms, Hinrich, Beckers, Prof. Dr. Thorsten , Frischmuth, Felix, Gerhardt, Norman Roadmap für die Einführung eines Oberleitungs-Lkw-Systems in Deutschland, 2020/07
[Jöh22] Jöhrens, Julius, Allekotte, Michel, Heining, Florian, Helms, Hinrich, Räder, Dominik, Köllermeier, Nadine, Waßmuth, Volker Vergleichende Analyse der Potentiale von Antriebstechnologien für Lkw im Zeithorizont 2030
, 2022/01
[NPM20b] Nationale Plattform Zukunft der Mobilität, Arbeitsgruppe 1 Klimaschutz im Verkehr WERKSTATTBERICHT ANTRIEBSWECHSEL NUTZFAHRZEUGE, 2020/12
[PEM22] Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen (Hrsg.) LiVe-Projekt: E-Lkw besteht auf Teststrecke nahe Berlin, 2022/07/22
Glossar
O2
= Sauerstoff. Im Normzustand ist Sauerstoff ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas. Es ist sehr reaktiv, fast jedes chemische Element, abgesehen von Edelgasen, reagiert mit Sauerstoff, um Verbindungen zu bilden.
Sauerstoff ist von großer Bedeutung, weil er wesentlich an den Atmungsprozessen der meisten lebenden Zellen und an Verbrennungsprozessen beteiligt ist. Es ist das am häufigsten vorkommende Element der Erdkruste. Die Luft besteht zu fast einem Fünftel (Volumen) aus Sauerstoff. Ungebundener gasförmiger Sauerstoff besteht normalerweise aus einem zweiatomigen Molekül (O2), es gibt ihn aber auch in dreiatomiger Form (O3,) besser bekannt unter dem Begriff Ozon.
Lkw Lastkraftwagen (Lkw) sind Kraftfahrzeuge, die laut Richtlinie 1997/27/EG überwiegend oder sogar ausschließlich für die Beförderung von Gütern und Waren bestimmt sind. Oftmals handelt es sich dabei um Fahrzeuge mit einer zulässigen Gesamtmasse zwischen 3,5 und 12 Tonnen. In Einzelfällen kann die zulässige Gesamtmasse diese Werte jedoch auch unter- beziehungsweise überschreiten, sofern das Kriterium der Güterbeförderung gegeben ist. Lastkraftwagen können auch einen Anhänger ziehen.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie bei einer Umwandlung in die gewünschte Energieform umgewandelt wird, und beschreibt damit die Effizienz beispielsweise einer technischen Anlage.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?576587

Gedruckt am Dienstag, 28. Mai 2024 19:08:33