Um sein Ziel zu erreichen, bis 2035 keine Kohlendioxidemissionen mehr zu verursachen, hat der Bezirk Montgomery in Maryland ein Programm zur Elektrifizierung seiner Busflotte mit einem integrierten Mikronetz aus erneuerbaren Energien und Batteriespeichern für ein robustes Aufladen der Fahrzeuge in Angriff genommen.

Das Brookville Smart Energy Bus Depot wird eine 62-prozentige Reduzierung der Kohlenstoffemissionen und einen lebenslangen Treibhausgasvorteil von 160.000 Tonnen für die Busflotte ermöglichen, die durch das Mikronetz betrieben wird. Der Bezirk ist bereits führend im Bereich der Mikronetze und hat Prototypen von EaaS-Verträgen (Energy as a Service) und Entwicklungsverfahren entwickelt, die von lokalen Behörden untersucht und genutzt werden können.

Publikation
Fünf-Minuten-Leitfaden für Microgrids
Five minute guide to microgrids

Für das Brookville Smart Energy Bus Depot beauftragte AlphaStruxure das Ingenieurbüro Arup mit der Aufrüstung der bestehenden Businfrastruktur für die Elektrifizierung der Fahrzeuge und dem Anschluss aller Komponenten für den Betrieb des Microgrids. Das 6,5-MW-Microgrid umfasst bushohe Solardächer, Energieerzeugung vor Ort, Batteriespeicher und über 4,14 MW Ladekapazität. Neben der Microgrid-Ausrüstung und den Bus-Ladegeräten umfasst das System auch 2 MW Photovoltaik-Paneele auf einer Überdachung, ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS) und Vor-Ort-Energieerzeuger, um eine 100-prozentige Widerstandsfähigkeit gegen Unwetter und Netzausfälle zu erreichen. Die Zusammenschaltung von Mikronetzen ist ein komplexes Unterfangen, und die Umstellung der Busflotten von Diesel- auf Elektroantrieb erfordert einen ununterbrochenen Betrieb. Zwar gibt es die Werkzeuge und Produkte für den Aufbau von Microgrids für die Elektrifizierung von Busflotten, doch sind das Wissen über diese im Entstehen begriffene Branche, das Bewusstsein für die raschen Veränderungen auf dem Markt und die Koordination zwischen den verschiedenen Anbietern entscheidend für die erfolgreiche Entwicklung und den Betrieb von Microgrids.

Mit dem Übergang zu batterieelektrischen Bussen hat jeder Standort, jede Region und jedes Verkehrsunternehmen seine eigenen Anforderungen, die maßgeschneiderte, gut koordinierte Lösungen für Microgrids erfordern. Arup konnte auf ein multidisziplinäres Ingenieurteam zurückgreifen, das Erfahrung mit der Elektrifizierung von Infrastruktur und Fuhrparks hat, um eine Lösung für Brookville zu entwickeln, die den Betrieb optimiert und sich an die schwierigen Standortbedingungen anpasst. Neben der elektrischen Planung des Microgrids umfassten unsere Leistungen auch die bautechnische Planung des Geländes für die Einhaltung der Regenwasservorschriften und die Erteilung von Genehmigungen, die bautechnische und geotechnische Planung zur Unterstützung der Anlagen auf dem begrenzten Gelände, die Sanitärtechnik für die Anschlüsse der Generatoren, die Stromversorgungsstudien für das Microgrid und die Koordinierung der Versorgungsunternehmen, einschließlich der Vereinbarungen über den Anschluss an das Netz.

An electrified bus
Die Elektrifizierung bringt mehrere Vorteile mit sich: Die Anwohner entlang der Buslinien, die von elektrifizierten Fahrzeugen bedient werden, werden eine sauberere Luft vorfinden, und sowohl die Anwohner als auch die Fahrgäste werden sich über leisere Busse im Innen- und Außenbereich freuen.

Anpassung des Standorts für die Elektrifizierung

Da es sich um eine aktive Busflotte handelte, die während der Bauarbeiten in Betrieb blieb, passte das Arup-Team den Entwurf schnell an die bestehenden Bedingungen und Einschränkungen des Standorts an. Dazu gehörten die Koordinierung bestehender Regenwasserbewirtschaftungsanlagen, die Implementierung von Ausrüstungsstrukturen, um den Verlust von Busparkplätzen zu verringern, und die enge Zusammenarbeit mit dem Photovoltaik-Designteam, um eine maximale Effizienz bei der Verlegung von Leitungen und Gräben auf dem Gelände zu erreichen. Da das Projekt an den Meadowbrook Park und den Rock Creek Bach angrenzt, war es wichtig, Veränderungen am Standort zu minimieren, die die vorhandenen durchlässigen Grünflächen beeinträchtigen würden. Für den 70 Tonnen schweren BESS-Container wurde eine Stahldeckkonstruktion auf schraubenförmigen Pfeilern entworfen, und eine Gabionenwandlösung wurde verwendet, um einen vorhandenen geneigten Teil des Parkplatzes für die Generatoren auszugleichen.

Nachhaltige, widerstandsfähige Elektrifizierung

Wir konnten unsere Erfahrung mit der Elektrifizierung von Bussen, der Energiespeicherung und mit Systemen für erneuerbare Energien in das Brookville Smart Energy Bus Depot einbringen. Die Komponenten der Vor-Ort-Erzeugung sorgen für Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit, um die ununterbrochene Verfügbarkeit des Ladevorgangs für die Busflotte zu jeder Zeit zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht die Steuerung des Mikronetzes mehrere Betriebsmodi, so dass die Betreiber zwischen Inselbetrieb und Netzanbindung wechseln können. Wenn beispielsweise die Batterie leer ist, das örtliche Stromnetz ausfällt oder die Stromerzeugungsanlagen gewartet werden müssen, gibt es immer zusätzliche Betriebsarten, um sicherzustellen, dass die benötigten Fahrzeuge geladen werden können.

Eine Herausforderung für die Elektrifizierung von Busflotten ist der rasche Zustrom von Herstellern, Anbietern und Konkurrenzprodukten auf den Markt, der durch die Unterbrechung der Lieferkette durch die Covid-19-Pandemie noch verschärft wurde. Arup war in der Lage, auf Änderungen an der Ausrüstung zu reagieren, die über die ursprünglich ausgewählten hinausgingen, was zu einer verbesserten Leistung des Mikronetzes und zu einer erhöhten Flexibilität führte, um zukünftige Anforderungen an das Depot zu erfüllen. Das Team koordinierte auch verschiedene Hersteller, um eine optimale Interkonnektivität und die Einhaltung von Vorschriften zu gewährleisten. Darüber hinaus erwiesen sich die Kenntnisse von Arup über das örtliche Genehmigungsverfahren und die frühere Erfahrung mit dem örtlichen Energieversorger als entscheidend, um das elektrifizierte Busdepot effektiv voranzubringen.

Elektrifizierung bringt viele Vorteile

Mit dem weiteren Ausbau der Elektroflotte und der Ladeinfrastruktur sieht Montgomery County nicht nur Vorteile in Bezug auf die Verringerung der Kohlendioxidemissionen und ein stabiles, zuverlässiges Bussystem. Die Anwohner entlang der Buslinien, die von elektrifizierten Fahrzeugen bedient werden, werden eine sauberere Luft vorfinden, und sowohl die Anwohner als auch die Fahrgäste werden sich über leisere Busse innen und außen freuen. Die geringeren Betriebskosten einer Elektrobusflotte, die sich aus den Einsparungen bei Wartung und Dieselkraftstoff ergeben, werden Mittel für die Beschaffung weiterer Elektrobusse freisetzen.

Den Weg ebnen

Das Brookville Smart Energy Bus Depot zeigt einen nachhaltigen Weg für andere Gemeinden und den privaten Sektor auf, der es ihnen ermöglicht, auf die Elektrifizierung umzustellen und von den Vorteilen eines nachhaltigen, widerstandsfähigen und kosteneffizienten Verkehrssystems zu profitieren.

Das Brookville Smart Energy Bus Depot reduziert nicht nur die Kohlenstoffemissionen, sondern gewährleistet auch ein zuverlässiges öffentliches Verkehrssystem für den Landkreis. Es ermöglicht einen unterbrechungsfreien Busverkehr bei langfristigen Stromausfällen aufgrund von Unwettern sowie bei kurzfristigen Störungen oder Beeinträchtigungen des Stromnetzes. Der Landkreis betreibt derzeit ein Pilotprogramm mit vier Bussen und plant, die Flotte schrittweise auf bis zu 70 Busse zu erweitern, um den Standort Brookville zu unterstützen. Im Hinblick auf das gemeindeweite Ziel der Kohlenstoffneutralität des Landkreises für das Jahr 2035 wird dieses Microgrid der erste große Schritt zur Reduzierung der Emissionen im öffentlichen Nahverkehr sein.

Das Microgrid und die Ladeinfrastruktur des Brookville Smart Energy Bus Depot wurden am 31. Oktober 2022 eröffnet.

Partner und Kollaborateure

SunPower