Das vom Institut für Kraftfahrzeuge (ika) in Zusammenarbeit mit den Hafenbetreibern des Containerterminals Altenwerder und des Düsseldorfer Containerhafens sowie mit Konecranes durchgeführte Projekt konzentrierte sich auf die Elektrifizierung von Terminal-Zugmaschinenflotten und fahrerlosen Transportfahrzeugen (AGVs). Das Hauptziel war die Entwicklung einer umfassenden Simulationsumgebung, mit der verschiedene Betriebs- und Ladestrategien für diese Elektrofahrzeuge evaluiert werden können und die Herstellern und Betreibern datengestützte Empfehlungen für die Dimensionierung der Komponenten und die Zusammensetzung der Flotte liefert.
Im ersten Arbeitspaket definierte ika in enger Abstimmung mit den Terminalbetreibern die Anforderungen an die Simulationsumgebung. Die Betreiber verlangten, dass die elektrifizierte Flotte die volle Betriebskapazität aufrechterhalten muss, ohne die bestehenden Arbeitsabläufe zu stören, und dass die Lösung kostengünstig sein muss. Fünf Schlüsselfragen leiteten das Design: die Anzahl der benötigten Elektrofahrzeuge im Vergleich zu einer konventionellen Flotte, die notwendige Energiespeicherkapazität, die Platzierung der Ladeinfrastruktur, die Anzahl der Ladepunkte und die erforderliche Leistung pro Ladepunkt. Diese Fragen wurden in der Simulation in einstellbare Parameter umgesetzt, so dass die Anzahl der Fahrzeuge, ihre Batteriekapazitäten und die Ladeleistung variiert werden konnten. Die Betreiber erklärten sich bereit, die Ladestationen an den vorhandenen Fahrzeugparkplätzen aufzustellen, damit die Fahrer während der vorgeschriebenen Ruhezeiten, die in der Regel etwa 12 % einer achtstündigen Schicht ausmachen, aufladen können.
Ein repräsentativer Referenzzyklus für den Altenwerder Terminal Tractor (CTA-TT) wurde aus den Daten eines Monats erstellt, die vom CTA zur Verfügung gestellt wurden. Der Datensatz, der aus dem Terminal Operating System (TOS) extrahiert wurde, zeichnete alle Containerbewegungen, Abhol- und Lieferzeiten und Fahrzeugkennungen auf. Durch die Klassifizierung der Fahrzeugzustände in „Leerlauf“ (mindestens 25 Minuten ohne Aufgabe) und „Bewegung“ (alle anderen Zeiträume) leitete das Team realistische Arbeitszyklen ab, die in die Simulation eingespeist werden konnten. Ähnliche Referenzzyklen wurden für den Düsseldorf Terminal Tractor (DCH-TT) und den CTA-AGV entwickelt.
Im Arbeitspaket 1.2 wurde ein Modell der Gesamtbetriebskosten (TCO) für eine Terminalzugmaschine eingeführt, das Kraftstoff- und Energiekosten, Wartung und andere Betriebskosten berücksichtigt. Dieses Modell wurde in die Simulation integriert, um die wirtschaftlichen Auswirkungen verschiedener Flottenkonfigurationen und Ladestrategien zu bewerten.
Die Charakterisierung der Batterien wurde im Arbeitspaket 3.1 durchgeführt. Die Akkus wurden instrumentiert, um Spannung, Strom und Temperatur während des Betriebs aufzuzeichnen. Entladetests mit konstantem Strom ermittelten die Grundleistung, während Impulstests mit der HPPC-Methode (Hybrid Pulse Power Characterization) die Reaktion der Batterie auf schnelle Lastwechsel maßen. Vollständige Zyklustests und ein CTA-spezifischer Zyklus wurden durchgeführt, um die Degradation im Laufe der Zeit zu bewerten. Diese Tests lieferten die Daten, die zur Parametrisierung des in den Fahrzeugsimulationen verwendeten Batteriemodells benötigt wurden.
Die Fahrzeugdynamik wurde im Arbeitspaket 4.1 modelliert. Die Modelle für den Antriebsstrang wurden anhand der von Konecranes gelieferten Komponentendaten erstellt und für die Anwendungsfälle CTA-TT und CTA-AGV parametrisiert. Eine Validierung anhand realer Leistungsdaten bestätigte die Genauigkeit der Modelle. Der Simulationsrahmen ermöglichte dann die Untersuchung verschiedener Ladeszenarien, einschließlich der Anzahl und Leistung der Ladepunkte sowie der Auswirkungen auf die Verfügbarkeit der Flotte.
Das Arbeitspaket 4.2 erweiterte die Simulation auf den Ladevorgang selbst. Es wurden separate Umgebungsmodelle für CTA-TT, DCH-TT und CTA-AGV erstellt, die jeweils die spezifische Ladeinfrastruktur und die betrieblichen Beschränkungen der jeweiligen Terminals berücksichtigten. Es wurde auch eine Logistiksimulation auf Flottenebene entwickelt, um die Gesamtleistung des Systems bei unterschiedlichen Ladeplänen und Fahrzeugzuweisungen zu bewerten.
Die Ergebnisse des Projekts liefern eine detaillierte, datengestützte Entscheidungsgrundlage für die Elektrifizierung von Terminalzugmaschinenflotten. Durch die Kombination von realistischen Arbeitszyklen, Daten zur Batterieleistung und einem validierten Fahrzeugmodell mit einer umfassenden TCO-Analyse bietet die Studie verwertbare Erkenntnisse über die optimale Flottengröße, Batteriekapazität und den Einsatz der Ladeinfrastruktur. Die Zusammenarbeit zwischen ika, den Hafenbetreibern, Konecranes und anderen Konsortialpartnern stellte sicher, dass die Simulationsumgebung auf realen Betriebsdaten basiert und die Empfehlungen direkt auf die aktuellen und zukünftigen Bedürfnisse der Terminals anwendbar sind.