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Standortplanung und andere Anwendungen in der Elektromobilität

Im letzten Jahrzehnt gewann im Bereich der E-Mobilität jenes Forschungsthema enorm an Bedeutung, das sich unter anderem mit Problemen wie Fahrzeug-Routing mit Reichweitenbegrenzung oder der Standortplanung für Ladestationen befasst. Ziel ist es, die negativen Emissionseffekte des motorisierten Individualverkehrs mit konventionellen Verbrennungsmotoren zu beseitigen, indem man diese durch Elektromotoren ersetzt. Obwohl der Wechsel des Motors auf den ersten Blick vernachlässigbar erscheint, ergeben sich daraus viele weitere Konsequenzen und Herausforderungen. Derzeit ist die Reichweite von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen deutlich geringer und die Energieversorgung in Form der Ladeinfrastruktur noch nicht so ausgebaut wie bei konventionellen Fahrzeugen. Daher beschäftigen wir uns am AIT unter anderem mit den Herausforderungen der energieeffizienten Routenplanung, der Standortplanung von Ladestationen sowie mit Überlegungen zur Flottengröße und -mischung.

e-mobility

Mit der Einführung der Elektromobilität kann die Hauptquelle der CO2-Emissionen im Verkehr in Angriff genommen werden. Gleichzeitig ist es entscheidend, auch andere zusammenhängende Problemstellungen zu berücksichtigen. So ist z.B. aufgrund des noch begrenzten Angebots an Elektrofahrzeugen eine clevere und zukunftsorientierte Tourenplanung erforderlich. Wenn eine Person mehrere hundert Kilometer zurücklegen möchte, ist es notwendig, dass zunächst eine energieeffiziente Route gewählt wird und dann Stopps an geeigneten Ladestationen in Betracht gezogen werden. Daher verfolgt das AIT den Ansatz einer Routenplanung, die nicht nur die Reisezeit als Zielfunktion berücksichtigt, sondern sich auch auf Zusatzinformationen wie mögliche Ladepunkte und Bedienkomfort konzentriert. In einigen Situationen kann sogar eine intermodale Routenplanung sinnvoll sein (z.B. wenn das Ziel einer Reise in einer Stadt liegt, kann es von großem Vorteil sein, wenn die letzte Etappe der Reise mit öffentlichen Verkehrsmitteln durchgeführt wird, so dass das Auto an einem geeigneten Ort wieder aufgeladen werden kann). Weitere Details zur intermodalen Routenplanung finden Sie hier.

Ein ebenso wichtiges Thema ist die Standortplanung von Ladestationen. Einerseits ist es das Ziel, die Ladestationen so nah wie möglich an den benötigten Stellen wie z.B. den Wohnorten zu platzieren. Andererseits ist das Budget für die Platzierung von Ladestationen (in den meisten Fällen) so begrenzt, dass auch die Anzahl der verfügbaren Ladestationen begrenzt ist. Der Ansatz des AIT besteht daher darin, die (E-)Mobilitätsnachfrage zu erheben und auf der Grundlage dieser Daten die besten Standorte für Ladestationen zu extrahieren, indem ein Optimierungsansatz angewendet wird, bei dem die Bedarfsdeckung sowie die Kosten als Hauptziel betrachtet werden. Darüber hinaus kann auch der Bedienkomfort berücksichtigt werden (z.B. Platzierung neben einem Einkaufszentrum).

Ein weiteres wichtiges Thema im Zusammenhang mit E-Mobilität ist die Planung von Flottengröße und -mix im Unternehmenskontext. Während herkömmliche Flottenplanungsmethoden darauf abzielen, die Kosten der Flotte zu minimieren, muss die Problembeschreibung für E-Flotten auch den individuellen Fahrtenbedarf berücksichtigen. Der Ansatz des AIT für das strategische Flottenmanagement ist daher die Planung von Flotten durch iterative Bedarfssimulationen. D.h. basierend auf dem beobachteten (oder geschätzten) Mobilitätsbedarf werden mehrere Szenarien generiert (z.B. durch zufällige Generierung des Tagesbedarfs für ein ganzes Jahr). Die Flotte wird dann so geplant, dass diese generierten Szenarien von der betrachteten Flotte optimal erfüllt werden können. Der Ansatz des AIT besteht jedoch nicht nur darin, sich auf die Flottengröße und den Fahrzeugmix zu konzentrieren, sondern auch andere Verkehrsmittel (z.B. Fahrräder) und Verkehrskonzepte wie Carsharing, Bike-Sharing und öffentlicher Verkehr zu integrieren.

 

Publikationen

M. Prandtstetter, M. Straub, J. Puchinger: 
"On the Way to a Multi-Modal Energy-Efficient Route"; 
Vortrag: 2. D-A-CH Energieinformatik Konferenz, Wien; 12.11.2013 - 13.11.2013; in: "IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2013-39th Annual Conference of the IEEE", IEEE (Hrg.); (2013), ISBN: 978-3-85403-298-4; S. 4779 - 4784.

M. Enzi, B. Biesinger, S. Knopp, S. Parragh, M. Prandtstetter: 
"Planning Shared Corporate Mobility Services"; 
in: "Transportation Research Procedia", Transportation Research Procedia, 27 (2017), S. 270 - 277.

G. Hiermann, J. Puchinger, R. Stefan, R. Hartl: 
"The Electric Fleet Size and Mix Vehicle Routing Problem with Time Windows and Recharging Stations"; 
European Journal of Operational Research, - (2016).

J. Puchinger, G. Hiermann, P. Nolz, R. Hartl: 
"Strategic Mixed Fleet Management with Electric Vehicles"; 
Vortrag: IFORS 2014, 20th Conference of the International Federation of Operational Research Societies, Barcelona; 13.07.2014 - 18.07.2014.

B. Biesinger, B. Hu, U. Ritzinger, M. Prandtstetter: 
"Optimizing Charging Station Locations for Electric Car-Sharing Systems"; 
in: "Evolutionary Computation in Combinatorial Optimization: 17th European Conference, EvoCOP 2017, Amsterdam, The Netherlands, April 19-21, 2017, Proceedings", B. Hu, P. Springer International (Hrg.); Bin Hu, Manuel López-Ibáñez (eds.), Springer International Publishing, Cham, (2017), ISBN: 978-3-319-55453-2; S. 157 - 172.

B. Biesinger, B. Hu, M. Stubenschrott, U. Ritzinger, M. Prandtstetter: 
"Station Planning by Simulating User Behavior for Electric Car-Sharing Systems"; 
in: "Computer Aided Systems Theory -- EUROCAST 2017", Computer Aided Systems Theory -- EUROCAST 2017; Springer Verlag, LNCS vol. 10671 (2018), ISBN: 978-3-319-74717-0; 8 S.

J. Asamer, M. Reinthaler, M. Ruthmair, M. Straub, J. Puchinger:
"Optimizing charging station locations for urban taxi providers";
Transportation Research Part A, 85 (2016), S. 233 - 246.

J. Asamer, S. Knopp, B. Heilmann:
"Charging Station Optimization for Battery Electric Vehicles on Highways";
Vortrag: 7th Transport Research Arena TRA 2018, Wien; 16.04.2018 - 19.04.2018; in: "Proceedings of 7th Transport Research Arena TRA 2018", 10325 (2018).