Hanauer Straßenbahn: Simulation zeigt, welche Antriebstechnologie zur Flotte passt
Die Hanauer Straßenbahn GmbH (HSB) betreibt den öffentlichen Busverkehr in Hanau mit 12 Linien, rund 100 Kilometern Streckennetz und 170 Haltestellen. Die Flotte umfasst 64 Busse, davon 37 Solobusse, 26 Gelenkbusse und ein Midibus, ergänzt durch eine tägliche Reserve von drei Gelenk- und zwei Solobussen. Im Forschungsprojekt SimCityNet hat die HSB gemeinsam mit SimPlan und der Frankfurt University of Applied Sciences (Frankfurt UAS) untersucht, wie sich die Busflotte auf alternative Antriebe umstellen lässt.
Ausgangssituation: Regulatorischer Druck bei hohem finanziellen Risiko
Die Clean Vehicles Directive der EU schreibt vor, dass Fahrzeugneubeschaffungen im Zeitraum 2026 bis 2030 zu 65 Prozent auf alternative Antriebe entfallen müssen, davon mindestens 32,5 Prozent emissionsfrei. Für die HSB, deren Flotte bis dahin vollständig konventionell angetrieben war, bedeutete das eine Umstellung mit vielen offenen Fragen: Reichweite der Fahrzeuge, Ladeinfrastruktur, Betriebshofgestaltung und die Kosten unterschiedlicher Antriebskonzepte waren nicht verlässlich abschätzbar. Eine großflächige Umstellung der Flotte auf Verdacht war mit entsprechend hohem finanziellen Risiko verbunden.
Zielsetzung: Entscheidungsgrundlage vor der Investition schaffen
Bevor Investitionsentscheidungen fallen, sollten die Auswirkungen unterschiedlicher Antriebstechnologien auf den realen Betrieb sichtbar werden. Im Rahmen von SimCityNet sollte ein digitaler Zwilling des Fahrbetriebs entstehen, mit dem sich folgende Fragen beantworten lassen:
- Wie verändert sich der Flottenbedarf bei batterieelektrischen Bussen mit unterschiedlicher Reichweite
- Wie schlägt sich eine reine Brennstoffzellenflotte im Vergleich
- Welche gemischte Flotte aus beiden Technologien liefert das beste Verhältnis von Kosten und Investitionsaufwand
- Welche Anforderungen ergeben sich daraus für Ladeinfrastruktur und Betriebshof
Das Projekt lief von August 2019 bis Juli 2020, gefördert von der Hessen Agentur (Fördernummer 767/19-87), mit der Hanauer Straßenbahn, der Hanau Infrastruktur Service (HIS), der Hanau Wirtschaftsförderung GmbH und der Frankfurt UAS als Konsortialpartnern.
Lösung: Simulation des Linienbetriebs mit AnyLogic
SimPlan hat den digitalen Zwilling des Fahrbetriebs mit der Multi-Methoden-Simulationssoftware AnyLogic aufgebaut. Das Modell verbindet mehrere Ansätze:
- Agentenbasierte und ereignisdiskrete Simulation des Linienbetriebs
- Ein GIS-Modul mit Visualisierung auf Basis von OpenStreetMap-Kartenmaterial
- Eine grafische Bedienoberfläche zur Parametrisierung von Szenarien
- Eine im Projekt entwickelte Optimierungsheuristik für die Umlaufplanung
- Excel-basierte Konfiguration von Betriebsdaten und Fahrzeugparametern
Mit diesem Modell ließen sich unterschiedliche Flottenszenarien durchspielen, jeweils auf Basis der realen Linienstruktur und der tatsächlichen Betriebsdaten der HSB.
Ergebnisse: Klare Kostenvorteile für eine gemischte Flotte
Die Simulation hat mehrere Antriebsszenarien gegenübergestellt:
- Batterieelektrische Flotte, Typ I mit 170 bis 200 Kilometern Reichweite: 45 Prozent mehr Fahrzeuge nötig (64 auf 93 Busse), Kostenersparnis von 43 Prozent im Normalbetrieb und 24 Prozent im Winterbetrieb bei gleichzeitig um 2,5 Prozent gestiegener Betriebsleistung
- Batterieelektrische Flotte, Typ II mit 350 Kilometern Reichweite: 17 Prozent mehr Fahrzeuge nötig (64 auf 75 Busse), unter Normalbedingungen ohne zusätzlichen Fahrzeugbedarf
- Reine Brennstoffzellenflotte: Betrieb ohne Mehrbedarf an Fahrzeugen möglich, Kostenersparnis von 19 Prozent, begrenzt durch hohe Wasserstoffpreise, Tankprozesse mit denen von Dieselbussen vergleichbar, Umsetzung in Hanau wegen ungeklärter Wasserstoffanlieferung und -speicherung aber schwierig
- Gemischte Flotte aus batterieelektrischen Bussen des Typs II und rund 20 Brennstoffzellenbussen: Flottengröße bleibt bei 64 Bussen konstant, Kostenersparnis von 22 Prozent bei Antriebsenergie und Wartung, geringere Ladespitzen und niedrigere Investitionskosten als bei einer reinen batterieelektrischen Flotte
Für die winterliche Reichweite wurde ein zusätzlicher Energieverbrauch von rund 40 Prozent berücksichtigt, für die Ladeinfrastruktur eine Leistung von 150 Kilowatt pro Ladepunkt angenommen. Die gemischte Flotte hat sich in der Simulation als das wirtschaftlich und betrieblich günstigste Konzept erwiesen.
Digitale Zwillinge als Entscheidungsgrundlage für kommunale Verkehrsbetriebe
Kommunale Verkehrsbetriebe stehen bundesweit vor der gleichen Aufgabe wie die HSB: Sie müssen ihre Flotten auf alternative Antriebe umstellen, ohne im Vorfeld genau zu wissen, wie sich Reichweite, Ladeinfrastruktur und Kosten im realen Linienbetrieb tatsächlich auswirken. Ein digitaler Zwilling macht diese Auswirkungen vor der Investition sichtbar und ersetzt Vermutungen durch belastbare Zahlen zu Flottengröße, Kosten und Infrastrukturbedarf. Das SimCityNet-Projekt zeigt, dass eine gemischte Flotte aus unterschiedlichen Antriebstechnologien oft besser abschneidet als eine einseitige Lösung, und dass sich das erst durch die Simulation konkreter Betriebsszenarien belegen lässt.
