Die Simulationsplattform hinter opt-e-fleet

Vom Fahrplan zum elektrischen Betrieb

eFLIPS (electric fleet and infrastructure planning system) ist ein modularer Baukasten. Alle Module arbeiten auf einer gemeinsamen Datenbank; jeder Schritt lässt sich einzeln nutzen oder gegen eigene Werkzeuge austauschen. Eine typische Rechnung läuft so:

1. Netz einlesen. Ihre Fahrplan- und Umlaufdaten in den üblichen Formaten: VDV 451/452, GTFS oder betreibereigene Exporte. Nichts muss neu erfasst werden.
2. Umläufe bilden. Die Software verkettet Fahrten zu Umläufen, die mit einer Batterieladung machbar sind. Bestehende Umläufe können unverändert übernommen werden.
3. Betriebshöfe zuordnen. Jeder Umlauf erhält seinen Betriebshof, einschließlich der Ein- und Ausrückfahrten.
4. Ladeinfrastruktur platzieren. Die Software ermittelt, welche Endstellen Ladepunkte brauchen und mit welcher Leistung, oder ob reines Depotladen genügt.
5. Auslegungswoche simulieren. Eine realistische Betriebswoche am kältesten Tag, an dem der volle Fahrplan noch gefahren werden soll. Fahrzeug für Fahrzeug, Minute für Minute.
6. Bedarf ausweisen. Fahrzeuganzahl, Ladepunkte, Betriebshof-Layout, Lastverlauf am Netzanschluss, Gesamtkosten und Umweltwirkungen.

Das Ergebnis ist eine Reihe durchgerechneter Varianten. Welche davon zu Ihren Flächen, Ihrem Stromnetz und Ihrem Budget passt, entscheiden Sie auf Basis konkreter Zahlen.

Energieverbrauch: gemessen, nicht geschätzt

Der Verbrauch ist die empfindlichste Eingangsgröße jeder Elektrifizierungsplanung. eFLIPS rechnet wahlweise mit einem einfachen Kilometerwert oder mit einem vierdimensionalen Kennfeld aus Steigung, Außentemperatur, Besetzung und Geschwindigkeit. Das mitgelieferte Kennfeld beruht auf fast 800.000 km realer Fahrdaten aus dem Berliner Linienbetrieb. Für Schienenfahrzeuge simulieren wir den Verbrauch längsdynamisch aus den physikalischen Grundgrößen: Masse, Steigung, Beschleunigung, Fahrwiderstände, zurückgewonnene Bremsenergie.

Am kältesten Tag des Jahres liegt der Verbrauch um rund die Hälfte über dem des wärmsten, weil die Heizung aus der Traktionsbatterie gespeist wird. Deshalb simulieren wir den Auslegungsfall, nicht den Durchschnitt: Die Wahl der Auslegungstemperatur ist eine der kostspieligsten Entscheidungen der ganzen Planung, und sie soll bewusst getroffen werden.

Der Betriebshof im Detail

Das Depotmodul simuliert ereignisbasiert, was zwischen Einrücken und Ausrücken passiert: Abstellen, Reinigung, Laden, Rangieren, Bereitstellung. Daraus ergeben sich die tatsächlich benötigte Fahrzeugzahl, die Zahl der Ladepunkte und der Lastverlauf am Netzanschluss. Intelligentes Lademanagement verteilt die Ladevorgänge über die Standzeiten: Im Berliner Fall sank die Lastspitze über alle Betriebshöfe um rund die Hälfte, ohne betrieblichen Nachteil. Das verkleinert den Netzanschluss, der bezahlt werden muss.

Kosten und Umweltbilanz

Ein Auswertungsmodul berechnet aus denselben Simulationsergebnissen zwei Bilanzen:

• Gesamtkosten (TCO): Fahrzeuge, Batterien, Ladeinfrastruktur, Personal, Energie und Wartung über die Projektlaufzeit, mit Ersatzbeschaffungen und Preisentwicklungen, verdichtet auf Euro je Nutzwagenkilometer. Diesel und Elektro stehen im selben Rechenlauf nebeneinander.
• Ökobilanz (LCA): nach ISO 14040/14044 auf ecoinvent-Daten, von der Batterieherstellung bis zum Strommix, der über die Projektjahre sauberer wird. Neben Treibhausgasen werden sieben weitere Wirkungskategorien ausgewiesen, darunter Feinstaub.

Erprobt und skalierbar

Die Plattform hat das vollständige Berliner Busnetz gerechnet: über 1.600 Fahrzeuge, sechs Betriebshöfe, eine repräsentative Betriebswoche aus den Betriebsdaten der BVG. In einem Benchmark mit 25 deutschen Verkehrsbetrieben, aufgesetzt allein aus öffentlichen GTFS-Fahrplandaten, lief das kleinste Netz in 40 Sekunden und große Netze in etwa einer Stunde, alles auf einer einzelnen Workstation. Für das Ulmer Netz haben wir unsere Ergebnisse mit einer unabhängigen professionellen Machbarkeitsstudie verglichen: Die Aussagen zu Flottengröße und Ladeinfrastruktur stimmen überein.

Open Source, aus gutem Grund

eFLIPS ist unter der AGPL veröffentlicht; die Module liegen auf GitHub und PyPI. Für Sie bedeutet das dreierlei. Jede Zahl lässt sich bis zur Formel zurückverfolgen, es gibt keine Blackbox. Kein Anbieter kann Sie einsperren, Ihre Modelle und Daten bleiben nutzbar. Und die Software bleibt verfügbar, unabhängig davon, was aus einem einzelnen Unternehmen wird.

Der Quellcode ist frei. Bezahlt wird die Arbeit, die aus Software einen Plan macht: der Aufbau Ihres Netzmodells, die Prüfung der Eingangsdaten, Schulung und Support.

Veröffentlichungen

Die Methoden sind in renommierten Fachzeitschriften erschienen:

Sprechen Sie mit uns

Wenn Sie prüfen wollen, ob eFLIPS zu Ihrer Planungsaufgabe passt, zeigen wir es Ihnen an Ihren eigenen Daten. Ein Fahrplan im VDV- oder GTFS-Format genügt für den Anfang.