Simulation und Optimierung der Standort- und Kapazitätsauswahl in der Planung von Ladeinfrastruktur für batterieelektrische Fahrzeugflotten

Politische, technologische und ökonomische Faktoren haben dazu beigetragen, dass Elektromobilität in den letzten Jahren einen neuen Aufschwung erfahren hat. Neben dem privaten Sektor sind bestimmte gewerbliche Flotten im innerstädtischen Straßenverkehr besonders als Pilotkunden für batterieelektrische Fahrzeuge geeignet. Der wirtschaftliche Vorteil gegenüber konventionellen Antrieben entsteht durch geringe Energiekosten, wenn die Fahrzeuge eine hohe Laufleistung erreichen und trotzdem genügend Zeit für die benötigten Aufladevorgänge bleibt. Sofern also batterieelektrische Fahrzeuge für den Anwendungsbereich geeignet sind, wird eine bedarfsgerechte Ladeinfrastruktur im Betriebsgebiet benötigt. Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung neuer Simulations- und Optimierungsmodelle für die Planungsfragestellungen zur Auslegung von Ladeinfrastruktur für batterieelektrische Fahrzeugflotten. Das erarbeitete Simulationsmodell ermöglicht eine detaillierte Analyse und Bewertung der Auswirkungen verschiedener Handlungsalternativen. Es erlaubt die Variation der Flottengröße, der Fahrzeugtypen, der Batteriekapazität, der Infrastruktur-Konfiguration und der Laderegeln im Betriebskonzept. Das entwickelte Optimierungsmodell ermöglicht die Auswahl von Versorgungsstandorten und die Festlegung einer Betriebskapazität zur Sicherstellung einer geforderten Service-Qualität auf Basis verschiedener Kennzahlen. Für mittlere und große Probleminstanzen gelangen exakte Lösungsverfahren an ihre Grenzen, so dass ein eigenes heuristisches Verfahren vorgestellt wird. Die entwickelten Methoden wurden in einem realen Planungsprojekt eingesetzt, um die Praktikabilität zu demonstrieren.. - Political, technological and economic factors have led to a new upswing in the development of Electric Mobility. In addition to the private sector, certain industrial fleets are especially suited as pilot customers for battery electric vehicles. Economic advantages compared to conventional vehicles are caused by low energy costs if vehicles reach high mileage and still have enough time to recharge the needed energy. To supply energy to all fleet vehicles, a proper charging infrastructure has to be available in the operational area. The focus of this work is the development of new simulation and optimization models for this strategic planning task. The developed simulation model allows a detailed analysis and evaluation of the impact of various business models. It allows the variation of the fleet size, the vehicle types, the battery capacity, the infrastructure configuration and charging rules in the operational concept. The developed optimization model allows the cost-minimal selection of supply locations and their capacity to ensure the required quality of service. For medium and large problem instances exact solution methods reach their limits, so that a separate heuristic method is presented. The developed methods were used in a real project to demonstrate the practicality.