Hanauer Straßennetz hat einen digitalen Zwilling

Sollte in E-Fahrzeuge investiert werden und und welche Vorteile ergeben sich daraus für die kommunale Flotte? Um diese und weitere Fragen zu beantworten, hat das Research Lab for Urban Transport ("ReLUT") der Frankfurt University of Applied Sciences (Frankfurt UAS) in den vergangenen zwei Jahren das Forschungsprojekt Sim City Net wissenschaftlich begleitet.

Im Projekt wurde ein digitaler Zwilling des Hanauer Straßennetzes erstellt, mit dem sich die Potenziale von alternativ angetriebenen Fahrzeugen im öffentlichen Personennahverkehr und kommunalen Entsorgungsbetrieben simulieren lassen.
Das vom Land Hessen geförderte Projekt wurde im Verbund mit mehreren Partnern der Stadt Hanau umgesetzt. Kooperationspartner waren die Hanauer Straßenbahn GmbH (HSB), Hanau Infrastruktur Service (HIS) und die Hanau Wirtschaftsförderung GmbH (HWG) sowie als Konsortialführerin die in Hanau ansässige Simulationsdienstleisterin "SimPlan AG".

Die Konzeption eines Simulationsmodells erforderte zunächst eine umfassende Analyse und Datenerhebung der aktuell bestehenden Prozesse beider Hanauer Praxispartner. Hierbei wurden etwa die Routenplanungen und Fahrpläne optimiert und Einsparpotenziale im Bereich von lokalen Emissionen identifiziert. Darauf aufbauend wurden entsprechende Soll-Konzepte entwickelt, die den möglichen Einsatz alternativ angetriebener Fahrzeuge für die Zukunft beschreiben.

Mittels der gewonnenen Erkenntnisse wurden die Prozesse in das mathematische Verkehrsmodell des digitalen Zwillings implementiert und validiert. Ein konkretes Beispiel: Da bei heutigem Stand der Technik die Reichweite der batterieelektrischen Fahrzeuge teilweise nicht ausreicht, um alle planmäßigen Fahrten eines Busses an einem Tag ohne zwischenzeitliches Laden zu absolvieren, wurden mittels Algorithmen neue Umläufe ermittelt.

Neben der Visualisierung der Prozesse im Verkehrsmodell wurden während der Simulationsberechnung permanent Auswertungen und Statistiken zu den gefahrenen Umläufen/Touren und Fahrzeugen (z.B. Energieverbrauch, gefahrene Strecke, Ladezustand) erfasst. Damit konnten nicht nur die Fahrten simuliert werden, sondern auch die Ladevorgänge. Somit war es auch möglich, notwendige Hinweise zur Dimensionierung der Energieversorgung aufzuzeigen.

Um den Busbetrieb mit batterieelektrischen Fahrzeugen aufrecht zu erhalten, ist eine Anpassung der Einsatzpläne der einzelnen Fahrzeuge zwingend erforderlich. „Kurz- bis mittelfristig kann eine Vielzahl der bestehenden Umläufe von batterieelektrischen Fahrzeugen übernommen werden. Die begrenzten Reichweiten führen langfristig allerdings zu einem signifikanten Mehrbedarf an Fahrzeugen“, so Prof. Kai-Oliver Schocke vom Fachbereich Wirtschaft und Recht der Frankfurt UAS. „Bei den Abfallbetrieben wird bei einem Mix von Elektro- und Wasserstoffantrieb die Anzahl der Fahrzeuge allerdings nicht verändert.“

Der digitale Zwilling wurde darüber hinaus so erstellt, dass er grundsätzlich auf andere Anwendungsfälle oder Kommunen übertragbar und um andere Aspekte (etwa Logistik) erweiterbar ist.