4 Technische Machbarkeit Abbildung 4-25: 147 Beispiel zur Vorgehensweise bei der Überprüfung der Kurzschlusser- kennbarkeit 1 Unterwerk 01, in Betrieb 2 Unterwerk 02, außer Betrieb 3 Unterwerk 03, in Betrieb 4 Kurzschlussstrom gespeist aus Unterwerk 01 in Abhängigkeit vom Kurzschlussort 5 Kurzschlussstrom gespeist aus Unterwerk 03 in Abhängigkeit vom Kurzschlussort 6 Kurzschlussstrom gespeist aus Unterwerk 02 in Abhängigkeit vom Kurzschlussort – wird hier ignoriert, da Unterwerk 02 außer Betrieb ist 7 Bereich, in dem Unterwerk 01 den Kurzschluss erkennen muss 8 Bereich, in dem Unterwerk 03 den Kurzschluss erkennen muss 9 Minimaler Kurzschlussstrom aus Sicht des jeweils nächstgelegenen Unterwerks 01 bzw. 02 Wissenschaftliche Beratung des BMVI zur Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie

148 4 Technische Machbarkeit 4.4.6 Batteriebezogene Ergebnisse Für die Auslegung der Batteriespeicher wurden die Ladezustände der Fahrzeugbatterien ausgewertet und daraus die SoC-Varianz der repräsentativen Fahrzeuge ermittelt. Pro Sze- nario und Fahrzeugtyp wurde der schlechteste Wert, also die tiefste Entladung bzw. brei- teste Varianz herangezogen (Worst Case-Auslegung). Tabelle 4-9: SoC-Varianz der einzelnen Szenarien SoC-Range Szenario A hoher Elektrifizierungsgrad Szenario B Teilelektrifizierung Szenario C reduziertes Netz geringer Elektrifizie- rungsgrad + Tram Gelenk-Hobus 90,0 % bis 78,0 % 90,0 % bis 65,0 % 90,0 % bis 65,0 % (Fzg. 76, Linie X34) (Fzg. 161, Linie M49) (Fzg. 161, Linie M49) Doppelgelenk- 90,0 % bis 67,6 % 90,0 % bis 36,7 % 90,0 % bis 36,7 % Hobus (Fzg. 107, Linie M32) (Fzg. 107, Linie M32) (Fzg. 107, Linie M32) oder oder 90,0 % bis 59,2 % 90,0 % bis 73,0 % (Fzg. 89, Linie X36) (Fzg. 113, Linie M32) Aus der Belastung der Batterien wurden die Lebensdauern linienspezifisch ermittelt. Da die Transportaufgaben der einzelnen Linien und die jeweilige Infrastruktur (Fahrdraht, Lade- punkte) unterschiedlich sind, werden die Batterien auf den Linien unterschiedlich belastet. Da nicht in allen Szenarien dieselben Buslinien fahren, ist eine Zuordnung zu den Szenarien in der Tabelle vermerkt. Tabelle 4-10: prognostizierte Lebensdauer der verwendeten Batterien pro Linie Linie Variante Temperatur (°C) Lebensdauer (Tage) Lebensdauer (Jahre) L130 A, B, C 15 2708 7,41 L134 A, B, C 15 2617 7,16 L136 A, B 15 2257 6,18 L137 A, B 15 1536 4,21 L236 A, B 15 2819 7,72 L237 A, B, C 15 2841 7,78 M32_1 A, B, C 15 2149 5,88 M32_2 A, B, C 15 2024 5,54 M37 A, B 15 1985 5,43 M45 A, B, C 15 1603 4,39 Teilstudie „Machbarkeit eines Hybridoberleitungsbusbetriebs – „Berlin-Spandau“

4 Technische Machbarkeit 149 Linie Variante Temperatur (°C) Lebensdauer (Tage) Lebensdauer (Jahre) M49 A, B, C 15 2528 6,92 N34 A, B 15 5201 14,24 N34 C 15 3134 8,58 X33 A, B, C 15 2504 6,86 X34 A, B, C 15 3681 10,08 X36 A, B 15 2108 5,77 X49 A, B, C 15 3886 10,64 Da erwartet wird, dass die Busse tageweise auf verschiedenen Linien eingesetzt werden, wird die Lebensdauer der Batterie für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung im Schnitt mit ca. 6 Jahren angenommen. Das Lebensende der Batterie wird für die zugrunde gelegten Zyklen bei dem Kriterium der Erreichung von 80% der initialen Batteriekapazität erreicht. 4.4.7 Energiebedarf Für die Berechnung des Energiebedarfs ist zu berücksichtigen, dass in den vorliegenden Rechnungen der Fahrplan eines Werktages als Basis herangezogen wird. In der Praxis werden von diesem Fahrplan abweichende Wochenend- und Feiertagsfahrpläne auftreten, die weniger Fahrten pro Tag aufweisen und somit einen geringeren Energiebedarf verursa- chen. Die Energieberechnung basierend auf 365 Werktagen für das Jahr stellt somit eine Hochrechnung dar. Der spezifische Energiebedarf wird in Wh/tkm (Wattstunden pro Tonnenkilometer) angege- ben. Mit der Einheit Wh/tkm wird die verbrauchte Energie durch die umgesetzte Transport- arbeit ins Verhältnis gesetzt. Je höher dieser Wert ist, desto mehr Energie war vonnöten, um eine bestimmte Transportarbeit zu erbringen. Bei vergleichbaren Transportaufgaben deutet ein höherer Energiewert auf eine ineffizientere Erbringung dieser Arbeit hin. Auch die spezifischen Energiebedarfe innerhalb von Fahrzeugen derselben Linie unterscheiden sich, da nicht jeder Umlauf denselben Fahrweg und dieselbe Pausenzeit an den Endstati- onen hat. Werden im Stillstand Energien durch die Hilfsbetriebe benötigt, so hat dieser Ver- brauch einen Einfluss auf den spezifischen Energiebedarf, da zur selben Zeit keine Strecke zurückgelegt wurde. Wenngleich die Traktionsmotoren im Gegensatz zu den Hilfsbetrieben (Licht, Klimatisie- rung, Steuerung) große Leistungen abfordern, besitzen beide Verbrauchergruppen im Nah- verkehr vergleichbare Energiebedarfe. Dies liegt daran, dass die Hilfsbetriebe meist durch- gehend betrieben werden, während die Traktionsmotoren hohe Leistungen nur zeitweise beziehen. Wissenschaftliche Beratung des BMVI zur Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie

150 4 Technische Machbarkeit Der Hilfsbetriebeleistungsbedarf der Fahrzeuge ist von verschiedenen Parametern (z.B. der Fahrzeuginnentemperatur und der Umgebungstemperatur) abhängig und variiert über den Tag. Klimatisierung bzw. Heizung arbeiten vorwiegend mit höheren Leistungen in den be- sonders warmen bzw. kalten Monaten. Da dieser Leistungsbedarf im Rahmen der techni- schen Machbarkeit nicht detailliert modelliert und simuliert werden kann, wird für die Ener- gieberechnung auf Basis der Tagesfahrpläne mit den modellierten spezifischen Beladungs- zuständen der elektrische Hilfsbetriebeleistungsbedarf der Fahrzeuge in Abhängigkeit der installierten Leistung variiert. Als Werte wurden 33% bzw. 75% der installierten Hilfsbetrie- beleistung als mittlerer Leistungswert gewählt und der entsprechende Tagesenergiebedarf berechnet. In fünf Monaten des repräsentativen Jahres wird ein Mittelwert der Hilfsbetriebe von 75 % des Spitzenwertes angenommen, während in den restlichen sieben Monaten im Mittel ein Wert von 33 % des Spitzenwertes bezogen wird. Für die eingesetzten Fahrzeugtypen „Ge- lenktrolleybus“ und „Doppelgelenktrolleybus“ sind die daraus resultierenden Hilfsbetriebe- leistungen in folgender Tabelle aufgelistet: Tabelle 4-11: Hilfsbetriebeleistungen Relativer Leistungsbedarf der Hilfs- betriebe Gelenktrolleybus (GTB) Doppelgelenktrolleybus (DGTB) 100 % 45 kW 63 kW 75 % 33,8 kW 47,3 kW 33 % 15 kW 21 kW Aus den Tagesgang-Simulationsläufen wurden die spezifischen Energiebedarfe des ge- samten Netzes des jeweiligen Szenarios berechnet. Für die Ermittlung des Energiebedarfs pro Jahr werden 7 Monate mit einem geringen Ener- giebedarf der Hilfsbetriebe und 5 Monate mit einem hohen Energiebedarf der Hilfsbetriebe zu Grunde gelegt. Die Werte sind in Tabelle 4-12 dargestellt und werden später im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung weiterverwendet. Tabelle 4-12: Energiebedarfe der Szenarien Parameter Szenario A Gesamtnetz / hoher Elektrifizierungsgrad Szenario B Gesamtnetz / redu- zierte Elektrifizierung Szenario C reduziertes Netz Laufleistung 41.338,9 km 41.338,9 km 30.937,7 km Tagessumme bei 84,1 MWh 84,1 MWh 53,8 MWh 33 % - Hilfsbetriebe Teilstudie „Machbarkeit eines Hybridoberleitungsbusbetriebs – „Berlin-Spandau“

4 Technische Machbarkeit Parameter Energiebedarf bei 151 Szenario A Gesamtnetz / hoher Elektrifizierungsgrad Szenario B Gesamtnetz / redu- zierte Elektrifizierung Szenario C reduziertes Netz 129,9 MWh 129,9 MWh 89,3 MWh 37,7 GWh 37,7 GWh 25,0 GWh 2,5 kWh / km 2,5 kWh / km 2,22 kWh / km 75 % - Hilfsbetrie- beleistung (pro Tag) Energiebedarf pro Jahr Spezifischer Ener- giebedarf Auf Basis der Laufleistung der Fahrzeuge wurde der spezifische Energiebedarf berechnet. Durch die verschiedenen Anzahlen an Gelenk- und Doppelgelenkbussen liegt dieser Wert zwischen den aus der Literatur bekannten Werten und kann somit als plausibel erachtet werden. Bei den Werten des Gesamtenergiebedarfs fallen die annähernd gleichen Energiewerte (Abweichungen in nicht dargestellten Nachkommastellen) für das Szenario A und B auf. Dies scheint auf den ersten Blick widersprüchlich, da es sich um elektrisch verschiedene Netzkonfigurationen handelt und erwartet worden wäre, dass die Szenarien einen unter- schiedlichen Energiebedarf haben. Grundsätzlich ist es so, dass die umzusetzende Energie für die Transportaufgabe (diese ist bei beiden Szenarien gleich) aus den Unterwerken be- reitgestellt werden muss. Energiespeicher sind dabei als bilanzierende elektrische Netz- elemente zu betrachten. In den Simulationen werden Energiespeicher derart modelliert, dass sie am Ende der Simulation den gleichen Ladezustand haben wie zu Beginn der Si- mulation. Zusätzlich wird durch die Kabelverbindungen in dem Fahrleitungsnetz des Sze- narios B ein vergleichbarer Grad der elektrischen Vermaschung wie bei Szenario A herge- stellt. So kann die rückgespeiste Leistung der Fahrzeuge bei beiden Szenarien in einem hohen Anteil für die Nachladung der Batterie oder leistungsaufnehmende Fahrzeuge im Netz genutzt werden. Dadurch ergeben sich die nahezu identischen Werte des Jahresener- giebedarfs für beide Szenarien. Wissenschaftliche Beratung des BMVI zur Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie

152 4 Technische Machbarkeit 4.5 Betriebshof 4.5.1 Allgemeines Der Betriebshof Spandau wird von der BVG als erster Hof für die Einführung von Hobussen vorgesehen. Derzeit kommen die Fahrzeuge von der Linie, fahren in Richtung Servicehalle und tanken in einem ersten Schritt Diesel (Dauer: ca. vier Minuten) nach bzw. den für die Abgasreini- gung benötigten Grundstoff Ad-Blue. Anschließend wird der Bus im Servicegebäude mit Hilfe der Portal- und/oder der Unterflurwaschanlage gereinigt und nach Beendigung auf der Freifläche abgestellt. Am nächsten Morgen wird der Bus rund fünf Minuten vor Abfahrt vom Fahrer in Betrieb genommen. Der Bus wird vor Einsatzbeginn nicht vorgeheizt. In der Werkstatt werden alle planmäßigen Instandhaltungsarbeiten durchgeführt, mit Aus- nahme  von Reparaturen, die nur vom Hersteller bestimmter Einzelkomponenten durchge- führt werden können und  von größeren Schäden an der Karosserie, am Getriebe, am Motor und den Achsen. Der Betrieb mit Hobussen erfordert zahlreiche Anpassungen in den Busdepots und Werk- stätten. Die Nachladeinfrastruktur und zusätzliche Werkstattausrüstung müssen neu be- schafft und die betrieblichen Abläufe sinnvoll geregelt werden. Außerdem müssen die Be- schäftigten für das Arbeiten mit Elektrosystemen und deren Gefahren qualifiziert werden. 4.5.2 Nachladekonzept für den Betriebshof Spandau Die grundlegenden Möglichkeiten wurden in Kapitel 3.4.7.2 dargestellt. Für die Umsetzung im Betriebshof Spandau wird empfohlen, eine steckerbasierte Lösung in Betracht zu ziehen. Dies bedeutet den Aufbau von bis zu 18 Anschlussstellen auf der Abstellfläche (siehe Ta- belle 6-2) sowie ein Leitungsnetz zu deren Energieversorgung. Die Ladegeräte sind im Elektrant zu integrieren, der Steckeranschluss vom Elektrant zum Bus arbeitet mit Gleich- strom. Die Anschlüsse sollen für Schnellladung konzipiert werden. Ein Lademanagementsystem für alle Fahrzeuge des Hofes kann jedoch dazu genutzt werden, individuell die Ladezeit bei geringerer Ladeleistung zu verlängern, falls genug Zeit zur Verfügung steht. Teilstudie „Machbarkeit eines Hybridoberleitungsbusbetriebs – „Berlin-Spandau“

4 Technische Machbarkeit 4.5.3 153 Flächenbedarf Abbildung 4-26: Ermittlung der Abmessungen des Betriebshof Berlin Spandau In Abbildung 4-27 ist die sich aus Abbildung 4-26 ergebende vereinfachte Form des Be- 2 triebshof Berlin Spandau dargestellt. Auf der Freifläche (ca. 13750 m ) zwischen    Service- und Werkstatthalle, der ehemaligen Werkstatt für H2-Busse und einer Garage können ca. 225 konventionelle Dieselfahrzeuge abgestellt werden. Derzeit werden die Plätze zur Abstellung von 135 Gelenkfahrzeugen, 34 Doppeldeckern und 40 Solobussen genutzt [99]. Die dargestellte umlaufende Fahrspur (grau) wurde mit 15 m Breite angenommen, so dass die sich ergebenden Kurvenradien der in Abbildung 4-28 dargestellten Schleppkurve genü- gen. Wissenschaftliche Beratung des BMVI zur Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie

154 Abbildung 4-27: 4 Technische Machbarkeit Betriebshof Spandau, vereinfachte Darstellung Teilstudie „Machbarkeit eines Hybridoberleitungsbusbetriebs – „Berlin-Spandau“

4 Technische Machbarkeit Abbildung 4-28: 155 Schleppkurve Doppelgelenkbus (Länge: 24,70m) im Maßstab 1:500, nach [101] Einige an den Betriebshof Spandau angrenzende Flächen gehören der BVG und sind ver- pachtet. Langfristig könnten sie für den Eigenbedarf angemeldet werden, falls eine größere Abstellfläche gebraucht wird. In Abbildung 4-27 und Abbildung 4-29 sind die an den Betriebshof angrenzenden Flächen nur skizziert. Die realen Flächenverhältnisse des angrenzenden Supermarkts gehen daraus Wissenschaftliche Beratung des BMVI zur Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie

156 4 Technische Machbarkeit nicht hervor. Tatsächlich ergibt sich entsprechend Abbildung 4-30 durch Rückholung der 2 derzeit verpachteten Fläche ca. 5.680 m zusätzliche Fläche. Nicht nur die Abstellflächen, auch die Gebäudefläche wird voraussichtlich erhöht werden müssen [100]:      Erhöhung der Zahl der Durchfahrtsgruben, Erhöhung der Zahl der Dacharbeitsstände, Einrichtung eines Prüf- und Testbereichs mit Spannungsanschluss, Erhöhung Lagerkapazität für Ersatzteile und Werkzeuge (extensiv in der Über- gangszeit, in der Diesel- und Elektrobusse nebeneinander verwendet werden) Einrichtung einer Gleichspannungsenergieversorgung für Prüfstrecke und Prüf- stände. Auch dafür können aktuell verpachtete Flächen genutzt werden. Zudem besteht die Mög- lichkeit, bestehende Infrastrukturanlagen anderweitig zu nutzen. Zum Beispiel kann die einstige Werkstatt für Wasserstoff-Fahrzeuge zu einer Prüfhalle für Hochspannungskom- ponenten bzw. der Traktionsanlage von Hobussen umgebaut werden. Der erhöhte Flächenbedarf des Abstellbereichs ergibt sich durch folgende Effekte:    Nachladeeinrichtungen erfordern einen vergrößerten Abstand der Abstellgassen, Die von der BVG teilweise beabsichtigte Verlegung der Innenraumreinigung aus der Servicehalle auf die Abstellfläche verlangt Zugänge auch zu den im Inneren der Fläche abgestellten Fahrzeugen. Doppelgelenkbusse sind weniger manövrierfähig und sind in Parallelabstellung schlechter kombinierbar (ggf. am Reihenende verschenkter Platz, wenn kein gan- zer Bus mehr auf die Restlänge passt). Die BVG empfiehlt auf der Abstellfläche folgende Mindestabstände [100]:  quer 1,0m,  längs 0,8m. Das ist notwendig, da perspektivisch auch Fahrzeug-Innenraum-Reinigungsarbeiten auf der Abstellfläche durchgeführt werden sollen und dafür zusätzliche Fläche für den Zugang des Reinigungspersonals vorgehalten werden muss. Ein erweiterter Abstand ergibt sich durch die Aufstellung von Elektranten zur Nachladung über Kabel und Stecker. Hersteller von Ladestationen liefern schnellladefähige DC-Ladesäulen mit CSS-2.0- Steckern. Typische Abmessungen sind ca. 1.900 mm x 850 mm x 450 mm (HxBxT, u.a. [102]). Einschließlich der bereitzuhaltenden Durchgangsabstände ergeben sich freizuhal- tende seitliche Abstände von etwa 2,50 m zwischen den abgestellten Bussen bei mittig an- geordneten, zweiseitig nutzbaren Ladesäulen (jeder zweite Durchgang). Teilstudie „Machbarkeit eines Hybridoberleitungsbusbetriebs – „Berlin-Spandau“