BOB – Die Partner

Die Stadtwerke Solingen GmbH sind der Puls der Stadt: Sie versorgen ihre Kunden mit Mobilität und Energie. Dank des großen, praktischen Erfahrungsschatzes im elektromobilen ÖPNV und als führende Spezialisten für innovative Dienstleistungen aus der Energiewirtschaft leisten die Stadtwerke Solingen GmbH einen aktiven und durchführenden Part bei der Entwicklung des Projekts BOB.

Kurzbeschreibung des Partners

Über 24 Millionen Fahrgäste nutzen pro Jahr die Dienstleistung des Verkehrsbetriebes der Stadtwerke Solingen GmbH. Insgesamt werden dabei 4,5 Millionen Kilometer zurückgelegt. Zum Fuhrpark gehören 108 Fahrzeuge, davon sind 49 Gelenk-O-Busse. Diese O-Busse fahren auf 6 Linien und bilden 65 % der Fahrgastkapazität ab. Mit weiteren 44 Autobussen werden 24 Linien im Solinger Stadtgebiet bedient. Mit etwa 100 Kilometern O-Bus-Streckennetz ist Solingen der größte O-Busbetrieb in Deutschland und damit großer Erfahrungsträger im elektromobilen ÖPNV. Zahlreiche Prototypen, O-Busse sowie auch Hybridbusse, wurden in enger Zusammenarbeit zwischen der hauseigenen Werkstatt und verschiedenen Unternehmen getestet und weiterentwickelt.

Auf diesen Erfahrungen aufbauend leistet der Verkehrsbetrieb einen aktiven Part bei der Entwicklung des BOB.

Kurzbeschreibung der Rolle im Projekt

Das Hauptziel des Projektes ist die Schaffung der notwendigen technischen und wirtschaftlichen Grundlagen für eine nahezu vollständige Elektrifizierung des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) in Solingen sowie dessen Versorgung aus regenerativen Energiequellen. Im Kern des Projektes stehen der Batterie-Oberleitungsbus (BOB) der Stadtwerke Solingen sowie die für den Betrieb vieler BOB notwendige Infrastruktur. Im Zuge von notwendigen Ersatzbeschaffungen soll der Anteil von BOBs am Stadtwerkefuhrpark umfassend ansteigen. Im Rahmen des Projektes werden zunächst vier BOB aufgebaut und im Linienbetrieb getestet. Im späteren Verlauf werden weitere 16 BOB in den Linienbetrieb gebracht. Der energieoptimierte Einsatz von elektrisch angetriebenen Bussen ohne Komfortverlust für Fahrer und Fahrgast, ohne spürbare betriebliche Einschränkungen durch Ladezeiten von Batterien und/oder ohne Aufbau von kapitalbindenden Überkapazitäten an Fahrpersonal und Fuhrpark ist ein wesentlicher Kern des Vorhabens. Ein weiteres Teilziel ist der modulare Ausbau der bereits bestehenden Infrastruktur zur Versorgung des Systems mit Strom durch die Einspeisung dezentraler regenerativer Energien, der stärkeren Nutzung anfallender Bremsenergie und Stützung des Netzes durch bedarfsabhängige Regeleingriffe der verschiedenen Einspeisepunkte. Daher muss auch das Zusammenwirken aller Teilsysteme neu konzeptioniert, entwickelt und erprobt werden.

Vor allem die unterbrechungsfreie Versorgung des BOB und der effiziente und sichere Netzbetrieb bei gleichzeitig vorzunehmenden Veränderungen der Netzinfrastruktur liegen im Fokus der Arbeit der Netze Solingen. Zusätzlich soll durch das Projekt aufgezeigt werden, inwiefern zukünftig durch die Energie- und Verkehrswende sowie der damit einhergehenden Veränderung der Netzinfrastruktur Anpassungen im Netzgebiet entstehen und in Folge dessen auch gelöst werden können.

Kurzbeschreibung des Partners

Die SWS Netze Solingen GmbH wurde zum 01.10.2005 als hundertprozentige Tochter der Stadtwerke Solingen GmbH gegründet.

Zu ihren Hauptaufgaben zählt als Verteilnetzbetreiber die zuverlässige, preisgünstige, effiziente und umweltverträgliche Strom- und Gasversorgung im gesamten Solinger Stadtgebiet. Sie ist somit verantwortlich für den Betrieb, die Unterhaltung und den Ausbau der Solinger Strom- und Gasnetze sowie der Strom- und Gasanlagen. Vor diesem Hintergrund beschäftigen sich die SWS Netze kontinuierlich mit neuen Möglichkeiten, smarte Technologien in ihr Netz zu integrieren. Im Rahmen dieses Projektes werden die SWS Netze zum einen ihre Expertise bei der Analyse der Auswirkungen der Energiewende auf das Verteilnetz einbringen und untersuchen, ob die bisherige Anschlussleistung des Oberleitungsnetzes aus dem Verteilnetz ausreichend ist, um den gestiegenen Anforderungen des BOB gerecht zu werden. Zum anderen bringen die SWS Netze ihre Erfahrungen bei der Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in das Verteilnetz mit ein, um perspektivisch vermehrt lokal erzeugten Strom aus Erneuerbaren Energien für den elektrifizierten ÖPNV nutzen zu können.

Kurzbeschreibung der Rolle im Projekt

Vor allem die unterbrechungsfreie Versorgung des BOB und der effiziente und sichere Netzbetrieb bei gleichzeitig vorzunehmenden Veränderungen der Netzinfrastruktur liegt im Fokus der Arbeit der SWS Netze Solingen. Zusätzlich soll durch das Projekt aufgezeigt werden, inwiefern zukünftig durch die Energiewende und der damit einhergehenden Veränderung der Netzinfrastruktur Anpassungen im Netzgebiet entstehen und infolgedessen gelöst werden können. Gerade durch die Integration der BOB sowie von dezentralen Energieerzeugungsanlagen, z. B. Photovoltaikanlagen, und der Erweiterung der Ladeinfrastruktur werden diese Veränderungen der Netzinfrastruktur verdeutlicht. Bislang wird das Oberleitungsnetz unidirektional aus dem Verteilnetz der SWS Netze Solingen gespeist. Durch die Integration der BOB ist es möglich, dass der benötigte Energietransport aufgrund der Betriebsmittelauslegungen nicht zu jeder Zeit gewährleistet werden kann. Die Folge wäre ein kostenintensiver Ausbau des Verteilnetzes in Solingen. Mit der Umwandlung der Oberleitung in ein Smart-Trolleybus-System (STS) sowie der Verwendung von innovativen Technologien im Verteilnetz und der effizienzsteigernden Einbindung regenerativer Energien ins Oberleitungsnetz ist es jedoch möglich, den Anpassungsbedarf der bestehenden Infrastruktur auf ein Minimum zu reduzieren. Zu diesem Zweck werden z. B. die bestehenden Gleichrichter gegen moderne, neu zu entwickelnde Umrichter getauscht, die eine bidirektionale Kopplung der beiden Netzstrukturen (Verteilnetz und Oberleitungsnetz) ermöglichen.

Durch die entstehende Sektorenkopplung des Projektes, stellt sich die SWS Netze Solingen schon frühzeitig der Aufgabe, sich mit den zukünftigen Anforderungen an ihr Netzgebiet auseinanderzusetzen, sodass eine möglichst effiziente und nachhaltige Bewirtschaftung des Solinger Verteilnetzes gewährleistet wird.

Zur Website

Die Stadt Solingen schafft die Voraussetzungen für einen nachhaltigen und wirtschaftlichen Nahverkehr. Durch das Projekt BOB verspricht man sich deutliche Synergiepotenziale für weitere Mobilitätskonzepte und einen hohen Imagegewinn für den öffentlichen Nahverkehr als klimafreundlichen Verkehrsträger.

Kurzbeschreibung des Partners

Die Stadt Solingen verfügt mit dem O-Bus seit Jahrzehnten über ein herausragendes Potential der Elektromobilität, das unter den heutigen Klimaschutzzielen eine völlig neue Bedeutung erhält. Die – gegenüber dem öffentlichen Verkehr (ÖV) eher noch in den Anfängen befindlichen – städtischen Aktivitäten im Individualverkehr (PKW/Fahrrad) sowie der betrieblichen Mobilität (Nutzfahrzeuge, Flotten) ergänzen die derzeitige kommunale eMobilitäts-Palette, stehen bisher jedoch vielfach im Zusammenhang mit der notwendigen Ladeinfrastruktur. Im Rahmen einer integrierten Betrachtungsweise steht die Stadt aktuell vor der Aufgabe, die Anteile der Elektromobilität sowohl im ÖV als auch im Individualverkehr (IV) weiter zu steigern und zusätzlich alle damit verbundenen ökologischen Potentiale optimal abzuschöpfen. Hier setzt das vorliegende Projekt an. Gerade der Ansatz, im bereits vorhandenen (und ausbaufähigen) leitungsgebundenen elektrifizierten ÖPNV stärker als bisher lokal erzeugte Energie aus Erneuerbaren Energien zu nutzen, ist für die Stadt Solingen von besonderem Interesse. Die Stadt erwartet dadurch deutliche Synergiepotenziale und einen hohen Imagegewinn für den Öffentlichen Nahverkehr als klimafreundlichen Verkehrsträger.

Kurzbeschreibung der Rolle im Projekt

Die Stadt Solingen unterstützt als kommunaler Aufgabenträger für den ÖPNV das Ziel einer Weiterentwicklung der Fahrzeuge als BOB. Damit werden vor Ort die Voraussetzungen für einen nachhaltigen und wirtschaftlichen Nahverkehr geschaffen, um Lärm und Schadstoff-Emissionen zu reduzieren und den elektromobilen ÖPNV in der Bevölkerung mit einem  positiven Image zu versehen. Durch die Weiterentwicklung/Optimierung aktueller Forschungs- und Entwicklungserkenntnisse der Fahrzeug-, Antriebs-, Kommunikations- und Energieversorgungstechnologien, deren Verknüpfung und Nutzbarmachung für den BOB können große Modernisierungspotentiale für den Solinger ÖPNV abgeschöpft werden. Als weitere Schritte ergibt sich in der Folge die Integration der Projektergebnisse in kommunale Mobilitäts- und Klimaschutzkonzepte. Die BOB haben einen weiteren Vorteil für den Aufgabenträger Stadt Solingen. Sie ermöglichen der Stadt nicht nur einzelfallbezogen, sondern linienübergreifend ihr komplettes ÖPNV-Netz neu zu strukturieren. Dabei spielt es zukünftig keine Rolle mehr, ob die Linien O-Bus- oder Dieselbuslinien sind. Das Netz kann allein an der Nachfrage ausgerichtet werden. Ein Vorteil für die Stadt, den es in dieser Form bisher noch nie gegeben hat.

Zur Website

Arbeitsgebiet Elektromobilität der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Medientechnik
Entwicklung von Algorithmen zur Reichweitenprädiktion und die Konzeptionierung von umweltfreundlichen Lösungen im ÖPNV

Lehrstuhl für elektrische Energieversorgungstechnik
Erforschung und Entwicklung technischer Systeme, Komponenten und Steuerungs- sowie Regelungsansätze

Lehrstuhl für elektrische Maschinen und Antriebe
Konzeptionierung und Entwicklung von Betriebs- und Regelungskonzepten des gesamten intelligenten Oberleitungssystems mit BOB

Kurzbeschreibung des Partners

Arbeitsgebiet Elektromobilität der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Medientechnik.

Das Arbeitsgebiet Elektromobilität (emobil) der BUW wurde 2012 gegründet und arbeitet seitdem unter Leitung von Herrn Prof. Dr.-Ing. Benedikt Schmülling in verschiedenen Bereichen daran, die urbane Beweglichkeit von morgen zu formen. Auf der einen Seite werden wichtige Komponenten des modernen elektrischen Fahrzeugbaus wie innovative Elektromotoren oder induktive Ladesysteme erforscht. Auf der anderen Seite stehen die Entwicklung von Algorithmen zur Reichweitenprädiktion und die Konzeptionierung von umweltfreundlichen Lösungen im ÖPNV im Fokus. Kurzfassung der Kenntnisse: Technologie der Elektromobilität/Fahrzeugtechnik, inkl. zugehöriger Komponenten und Systeme, interdisziplinäre Forschung an inter- und multimodalen Mobilitätskonzepten, Monitoring von Fahrzeugflotten, elektrische Messtechnik und Batteriesystemtechnik.

Lehrstuhl für elektrische Energieversorgungstechnik

Der Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik (EVT) der BUW, vertreten durch Herrn Prof. Dr.-Ing. Markus Zdrallek, ist seit vielen Jahren im Bereich der Grundsatzplanung und Aufbauplanung elektrischer Energieversorgungsnetze tätig. Es liegen vielfältige Erfahrungen in der netzkonformen Einbindung der Elektromobilität und in Planungsprojekten von Transport- und Verteilungsnetzen sowie im Themenfeld der „intelligenten“ Verteilungsnetze und Umbau der Netze als Rückgrat der Energiewende vor. Der Lehrstuhl ist an der Realisierung von Smart-Grid-Systemen bei verschiedenen deutschen Netzbetreibern eng beteiligt.

Lehrstuhl für elektrische Maschinen und Antriebe

Der Lehrstuhl für elektrische Maschinen und Antriebe (EMA) beschäftigt sich unter der Leitung von Uni.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Soter seit Jahren mit der Erforschung und Entwicklung von Antriebssystemen insbesondere für die Nutzung regenerativer Energien. Zum Beispiel wird in Kooperation mit der Firma Delta Energy Systems intensiv an innovativen Konzepten für Windkraftumrichter im Megawatt Bereich geforscht. Gerade diese umfangreichen Kenntnisse im Bereich der Netzumrichter im hohen Leistungsbereich sind für das BOB-Projekt für die Entwicklung der Unterwerke und Ankopplungen der DEA und Speichersysteme von großem Wert. Zudem verfügt der Lehrstuhl über umfangreiche Erfahrungen in der Leistungselektronik für Hybridfahrzeuge und Ankopplungen dezentraler Energieversorgungssysteme.

Kurzbeschreibung der Rolle im Projekt

Die Teilziele der BUW beinhalten die Erforschung und Entwicklung technischer Systeme, Komponenten und Steuerungs- sowie Regelungsansätze. Ein Teil der Ziele behandelt die Anpassung der Oberleitungsbustechnologie an die neuen Anforderungen. Hierzu gehört bspw. die Entwicklung eines lokalen Online-Parametersatzes zur Beschreibung der Einsatzflexibilität eines Busses. Dieser Parametersatz wird als Flexibilitätsfaktor (FlexFaktor) bezeichnet. Er soll in Echtzeit Auskunft über das aktuelle Gewicht des Busses, das zu fahrende Streckenprofil sowie den Ladezustand der Batterien liefern. Dies bildet die Grundlagen für das Lademanagement des BOB. Des Weiteren wird ein neuartiges Fahrerinformationssystem konzeptioniert und entwickelt, welches diese Informationen entsprechend visuell aufbereitet an den Fahrer weitergibt. Ein anderer Teil befasst sich mit der notwendigen Anpassung der Oberleitungsinfrastruktur für den technologisch und wirtschaftlich optimalen Betrieb der BOB.

Die Entwicklung einer intelligenten bidirektionalen Kopplung des Oberleitungsnetzes mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz ist essentiell für das gesamte Projekt. Hierfür sind die Erforschung unterschiedlicher möglicher elektrischer Strom-/Spannungswandler (Umrichter) sowie die Entwicklung einer effizienten und leistungsstarken Leistungselektronik notwendig.

Verknüpft werden die genannten Teilgebiete mit den Arbeiten, welche die Konzeptionierung und Entwicklung von Betriebs- und Regelungskonzepten des gesamten intelligenten Oberleitungssystems mit BOB beinhalten und dieses so zu einem Smart Trolley System (STS) erweitern.

Zur Website

Wesentliche Forschungs- und Entwicklungsbestandteile innerhalb des Projektes BOB Solingen sind Innovationsförderung, Geschäftsmodellentwicklung, Wissenschafts- und Technologietransfer sowie Partizipationsprozesse in den Themenbereichen Mobilität, Energie- und Ressourceneffizienz. Diesen Themen widmet sich vorrangig die Neue Effizienz gemeinnützige GmbH aus Wuppertal.

Kurzbeschreibung des Partners

Die Neue Effizienz gemeinnützige GmbH ist als Zusammenschluss von Energieversorgern, Mobilitätsanbietern (ÖPNV), Wissenschaft sowie Wirtschaftsförderungseinrichtungen des Bergischen Städtedreiecks als An-Institut der Bergischen Universität Wuppertal anerkannt. Der Gegenstand ist die Förderung von Innovationen, Wissenschafts- sowie Technologietransfer, Vernetzung der unterschiedlichen wirtschaftlichen Interessen und Zusammenführung der Akteure und Aktivitäten. Hauptsächliche Handlungsfelder sind Industrie, Smart City, Energie und Mobilität, wobei die Digitalisierung sehr häufig als Triebfeder für Innovationen in den genannten Bereichen wirkt. Die Neue Effizienz versteht sich als Research and Technology Organisation sowohl für die Anbahnung als auch Leitstelle in Nachhaltigkeitsprojekten.

Kurzbeschreibung der Rolle im Projekt

Wesentliche Forschungs- und Entwicklungsbestandteile innerhalb des Projektes BOB Solingen sind Innovationsförderung, Geschäftsmodellentwicklung, Wissenschafts- und Technologietransfer sowie Partizipationsprozesse in den Themenbereichen Mobilität, Energie- und Ressourceneffizienz.

Durch geeignete Maßnahmen und Methoden werden so im Projekt erfolgte technische Innovationen vor dem Hintergrund ökonomischer, ökologischer und sozialer Aspekte untersucht und bewertet. Hauptziel ist also die Erforschung und Entwicklung der für die Einführung des BOB notwendigen, systemübergreifenden Handlungsansätze für Kommunen, Stadtwerke und Politik.

So werden Mobilitäts-, Energieversorgungs- und Stadtentwicklungsfragen nicht voneinander getrennt , sondern integriert als transdisziplinäres, städtisches Gesamtsystem betrachtet. Konkret geht es um die Sektorkopplung zwischen Mobilitäts- und Energiemärkten, für die neuartige Geschäftsmodelle für Verkehrsbetriebe, Energieversorger und Netzbetreiber entwickelt, Changemanagement-Prozesse identifiziert und Analysen über Wirkungszusammenhänge aufgezeigt werden. Getestet werden die Geschäftsmodelle und Wirtschaftlichkeitsanalysen anhand von Szenarien, die aktuelle Entwicklungen an den Teilmärkten detailliert widerspiegeln können. Die erweiterte Nutzung der Oberleitungsinfrastruktur ermöglicht z.B. die Erschließung neuer Vermarktungsoptionen für den Verkehrsbetrieb. Das Smart Trolley System (STS) kann durch die neuen Betriebskomponenten im Oberleitungsnetz (BOB, bidirektionale Unterwerke, Ladesäulen und dezentrale Energieanlagen wie z.B. PV-Anlagen) Systemdienstleistungen für das Mittelspannungsnetz anbieten. Diese Dienstleistungen kann der Verkehrsbetrieb zukünftig an regionalen Flexibilitätsmärkten anbieten und so neue Erlösquellen erschließen. Diese wirken sich wiederum positiv auf die Wirtschaftlichkeit des Verkehrsbetriebes aus und können die Mehrkosten der BOB kompensieren.

Zur Website

NetSystem befasst sich im Rahmen des Projektes mit der Informations- und Kommunikationstechnik der Teilkomponenten (BOB, Photovoltaik-Anlage, stationärer Speicher, Leitwarte, etc.) im Gesamtsystem.

Kurzbeschreibung des Partners

Die NetSystem GmbH (NetSystem) begleitet als Dienstleistungsunternehmen ihre Kunden bei der individuellen Beratung, Planung, Projektierung und Realisierung von Kundenbedürfnissen und entwickelt für sie leistungsfähige und nachhaltige ITK-Leistungen. Dafür unterhält NetSystem zertifizierte Partnerschaften mit führenden ITK-Technologieanbietern und steht nach der Installation und Inbetriebnahme dem Kunden in den Bereichen Wartung, Support und Schulung zur Seite. Unter ITK-Technologien versteht NetSystem, dass alle bestehenden und neu zu implementierenden Lösungen auf Basis des TCP/IP-Protokolls realisiert werden. Im Bereich der Gebäudetechnik bedeutet dies z.B., dass Lösungen in/an Maschinen; Anlagen; Häusern und Gebäuden umgesetzt werden, die übergreifend untereinander kommunizieren und geregelt werden können.

Kurzbeschreibung der Rolle im Projekt

NetSystem befasst sich im Rahmen des Projektes mit der Informations- und Kommunikationstechnik. Sie verknüpft das Gesamtsystem miteinander, sodass jede Teilkomponente (BOB, PV-Anlage, stationärer Speicher, Leitwarte, etc.) jederzeit über die Daten verfügen soll, die sie zum jeweiligen Zeitpunkt benötigt, um den eigenen Zustand und auch den Zustand des mit ihr verbundenen und von ihr beeinflussten Gesamtsystems zu erfassen, damit über diese Erkenntnis der eigene Zustand entweder beibehalten oder geändert werden kann. Das Hauptaugenmerk liegt vor allem auf dem störungsfreien Betrieb der Verkehrssysteme.

Ein Eingriff, der die Betriebsfähigkeit einschränkt, ist zu verhindern. Dieses Teilprojekt wird demnach als Querschnittsprojektteil die Arbeit der anderen Projektbausteine so unterstützen, dass zuvor genannte Kriterien umgesetzt sind.

Zur Website

Das Ziel der Voltabox AG ist es eine sinnvolle Wieder- bzw. Weiterverwendung von Batteriesystemen aus Trolley-, Hybrid- und Elektrobussen nach Erreichen der Ersteinsatzlebensdauer mit dann alterungsbedingt nur noch 80% des ursprünglichen Energieinhaltes zu ermöglichen.

Kurzbeschreibung des Partners

Die Voltabox AG (Voltabox) entwickelt und produziert mit ca. 100 Mitarbeitern in Delbrück auf derzeit 2.000 Quadratmetern Hochleistungsbatteriesysteme für den europäischen Markt. Kernmärkte stellen dabei Batterien für Nutzfahrzeuge, Intralogistik Fahrzeuge und Branchenlösungen für den ÖPNV dar. Ein Spezialistenteam konzipiert auf Basis Ihres Einsatzprofils die maßgeschneiderte Applikation und begleitet die Systemintegration. Durch den Einsatz existierender Baukastensysteme entstehen schnell und flexibel kostengünstige Kundenlösungen. Ein höchstmöglicher Automatisierungsgrad und eine vollständige Prozessüberwachung garantieren optimale Qualität.

Kurzbeschreibung der Rolle im Projekt

Das Ziel der Voltabox AG ist es eine sinnvolle Wieder- bzw. Weiterverwendung von Batteriesystemen aus Trolley-, Hybrid- und Elektrobussen nach Erreichen der Ersteinsatzlebensdauer mit dann alterungsbedingt nur noch 80 % des ursprünglichen Energieinhaltes zu ermöglichen. Dabei ist ein erstes Kernziel die Analyse der aus einem Ersteinsatz zurückgenommenen Batteriemodule. Diese müssen nach Faktoren wie der Restkapazität, dem Innenwiderstand und Allgemeinzustand bewertet und klassifiziert werden. Anschließend muss eine spezifische Methodik erarbeitet werden, um in der Wiederverwendung in einer neuen Batteriesystemkonfiguration, primär für stationäre Anwendungen, eine maximale Resteinsatzdauer und Effizienz zu gewährleisten.

Zudem soll das thermische Verhalten der Module in einer solchen Anwendung unter Berücksichtigung der Eigenschaften von bereits gealterten Lithium-Ionen Batteriemodulen bei einsatztypischen Lastprofilen genauer untersucht werden. Softwareseitig werden Algorithmen entwickelt, die den aktuellen State of Health (SOH) sowie die weitere Alterung der Batterie für die neue Betriebsstrategie berücksichtigen. Zudem soll der Verkehrsbetrieb durch ein entsprechendes Schulungskonzept der Voltabox AG in die Lage versetzt werden, selbstständig seine eigenen Batteriespeicherwerke instand zu halten und zu warten.

Zur Website