Batterie-Linienbus

Prinzipiell weisen Batteriebusse im Stadtverkehr die gleiche Einsatzcharakteristik auf wie dieselgetriebene Busse. Sie verfügen über einen Niederflureinstieg und lassen sich durch Ausstattungsvarianten (z. B. Bestuhlungsvarianten mit 2+1- oder 2+2-​​Bestuhlung, 3. Tür oder 4. Tür) an spezifische Verkehrsaufgaben anpassen. Infolge ihres guten Beschleunigungsvermögens und der Rekuperation sind Elektrobusse insbesondere auf Linien mit kurzen Haltestellenabständen und häufigem Anfahren bzw. Abbremsen besonders geeignet.

Ein entscheidender Punkt beim Einsatz von Batteriebussen ist die mitzuführende Batteriekapazität und die Ladeinfrastruktur sowie – daraus resultierend – die Reichweite, die das Fahrzeug mit einer Batterieladung erzielt. Grundsätzlich stehen folgende Lademöglichkeiten zur Verfügung:

Betriebshof-, Depot- oder Übernachtladung:

Die sog. „Volllader“ verfügen über eine große Batterie mit einer hohen Energiedichte (High-Energy). Die vollständige Ladung der Fahrzeuge erfolgt im Betriebshof (Ladezeit: ca. 3 – 6 Stunden in Abhängigkeit von Batteriekapazität und Ladeleistung). Der Ladevorgang erfolgt in der Regel über ein Plug-​in-System. Die Reichweite eines Vollladers liegt gegenwärtig in der Praxis bei günstigen Rahmenbedingungen bei rund 300 km. Sie ist stark abhängig von der installierten Batteriekapazität, den Außentemperaturen, dem gewählten Heizungskonzept für den Fahrgastraum (elektrische Heizung oder Hybrid-​Heizung), der Topografie und den Verkehrsverhältnissen.

Volllader bieten im Rahmen ihrer Reichweite eine hohe Einsatzflexibilität, da sie keine Ladestationen anfahren und dort eine zum Laden notwendige Zeit einhalten müssen (bei Verspätungen entscheidend). Umleitungen oder Straßensperrungen, die die Erreichbarkeit von Ladestationen verhindern, oder der Ausfall von Ladestationen spielen keine Rolle.

Zwischenladung:

• Opportunity Charging: „Gelegenheitslader“ werden an den Endhaltestellen mittels Schnellladung geladen (Ladezeit: ca. 10 Minuten),
• Flash-Charging oder Ultraschnellladung: „Pulslader“ verfügen über eine kleine Batterie mit hoher Leistungsdichte (High-​Power). Das Nachladen erfolgt an Endhaltestellen und – während des Fahrgastwechsels – zusätzlich an Unterwegshaltestellen.

Die vollständige Ladung erfolgt auch bei Gelegenheits-​ und Pulsladern im Betriebshof, üblicherweise über Nacht, in der Regel batterieschonend über ein Plug-​​in-System. Gelegenheitslader können bei ausreichender Ladezeit an den Endhaltestellen theoretisch eine unbegrenzte Reichweite aufweisen. In der Praxis lässt sich eine Reichweite von 400 bis 500 km erreichen. Diese ist stark abhängig von der installierten Batteriekapazität, den Außentemperaturen, dem gewählten Heizungskonzept für den Fahrgastraum), der Topografie und den Verkehrsverhältnissen.

Bei Gelegenheitsladern ist die Batteriekapazität so ausgelegt, dass nicht zwingend an jedem Linienende nachgeladen werden muss, um Verspätungen bzw. den evtl. Ausfall oder die Nichtverfügbarkeit der Ladeinfrastruktur auffangen zu können, z.B. bei Umleitungsverkehren.

Für die Zwischenladung stehen unterschiedliche Lademöglichkeiten zur Verfügung. In NRW weit verbreitet ist das Laden mit Hilfe eines Pantografen, der auf dem Dach des Fahrzeuges montiert ist und sich mit der Ladestation verbindet. Die andere Option ist, dass sich der Pantograf von der Ladestation auf das Fahrzeug absenkt (invertierter Pantograf).

In Deutschland weniger verbreitet ist ein berührungsloses Induktivladesystem über Platten im Fahrzeugboden. Das Induktivladesystem kann zum Nachladen an der Haltestelle aber auch zur Vollladung im Betriebshof eingesetzt werden. In der Testphase befindet sich zzt. eine induktive Ladetechnologie, die in den Straßenbelag eingelassen ist, und den Bus während der Fahrt oder an Haltestellen auflädt.

Flash-Charging ist in Deutschland bislang nicht im Einsatz. Da die Ladeinfrastruktur an mehreren Unterwegshaltestellen aufgebaut werden muss, ist Flash-Charging nur auf Linien mit sehr vielen Fahrzeugen sinnvoll. Außerdem sind Pulslader anfällig gegenüber Sperrungen und Umleitungen, da Haltestellen mit Ladestationen immer angefahren werden müssen.

Reichweitenreduzierend wirkt sich bei allen Batteriebussen die Heizung in den Wintermonaten aus. Rein elektrisch betriebene Klimasysteme mit energiesparender Wärmepumpe sind inzwischen zwar auf dem Markt verfügbar. Trotzdem bleibt die Verringerung der Reichweite an sehr kalten Tagen eine Herausforderung für Batteriebusse. Der Einsatz von Brennstoffzusatzheizungen zur Unterstützung der Reichweite an sehr kalten Tagen bleibt derzeit auch bei Neubeschaffungen der Regelfall. Der Energieverbrauch für die Heizung lässt sich auch durch die Vortemperierung des Innenraumes auf die gewünschte Temperatur vor dem Fahrzeugeinsatz im Depot reduzieren.

Um eine möglichst lange Nutzungsdauer von Batteriebussen zu ermöglichen, bieten Hersteller auch die Aufbereitung oder den Tausch von Batterien auf die neueste Generation mit mehr Reichweite an.

Neben Fahrzeugneubeschaffungen gibt es die Möglichkeit, ein bestehendes Fahrzeug von Diesel-​​​ auf Elektroantrieb durch Tausch der Antriebsachse umzubauen. Mehrere Unternehmen in Deutschland bieten inzwischen einen Umrüstservice an. Im Einzelfall ist zu prüfen, ob eine Neuanschaffung oder eine Umrüstung wirtschaftlicher ist.

Neben dem reinen Batterie-​elektrischen Antrieb gibt es den Brennstoffzellen-​elektrischen Antrieb. Die für den Betrieb des Busses benötigte Energie wird mit Hilfe einer Brennstoffzelle und an Bord gespeichertem Wasserstoff bereitgestellt. Einer der Vorzüge dieser Technologie ist die größere Reichweite der Fahrzeuge. Eine Kombination der Brennstoffzelle mit Hochvoltbatterien ist ebenfalls möglich. Die Brennstoffzelle fungiert dann als Range-​​Extender für einen Batteriebus.

Der bei vielen Verkehrsunternehmen durchgeführte Versuchsbetrieb mit Batteriebussen verschiedener Hersteller hat zu größeren Fahrzeugbestellungen und -lieferungen geführt. Technische Herausforderungen bei der Einführung von Batteriebussen konnten im Wesentlichen erfolgreich gemeistert werden. Viele Verkehrsunternehmen sind mit der technischen Fahrzeugqualität heute weitgehend zufrieden. Zudem hat die Verfügbarkeit von Batteriebussen deutlich zugenommen.

Mehrere Städte in NRW verfügen bereits über Batteriebusse in größerer Stückzahl und bestellen sukzessive weitere Fahrzeuge. Vorreiter sind hier Köln mit rund 120 Batteriebussen und Münster mit knapp 100 Batteriebussen. Die beiden Städte Sie verfolgen das mittelfristige Ziel einer vollständigen Umstellung der Busflotte auf Elektrobetrieb.

Viele Verkehrsunternehmen in NRW betreiben einzelne Linien inzwischen vollständig mit Batteriebussen z. B. von folgenden Verkehrsunternehmen betrieben: Kölner Verkehrsbetriebe (KVB), Stadtwerke Oberhausen GmbH (STOAG) und Vestische Straßenbahnen GmbH (VESTISCHE), Stadtwerke Münster, Bochum-Gelsenkirchener Straßenbahnen AG (BOGESTRA), Wupsi GmbH, Duisburger Verkehrsgesellschaft AG (DVG) und Regionalverkehr Münsterland (RVM). Ansonsten werden die bereits vorhandenen Batteriebusse im Mischbetrieb mit Dieselbussen eingesetzt.

Die gewonnenen Erfahrungen der letzten Jahre sind auch herstellerseitig in die Weiterentwicklung der Modelle eingeflossen. Dies zeigt sich auch bei der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Batterien, die mit immer weniger Rohstoffeinsatz deutlich effektiver und zuverlässiger geworden sind. 

Da das Gewicht der Batterie durch Achslasten und Nutzlastanforderungen bei maximaler Besetzung eines Batteriebusses mit Fahrgästen begrenzt ist, ist die Energiedichte der Batterie (Speicherkapazität pro Kilogramm) der limitierende Faktor der Reichweite. In den letzten 5 Jahren konnte die Energiedichte der Batterien verdoppelt werden. Damit wurde auch die tägliche Reichweite der Fahrzeuge verdoppelt. Heute lassen sich daher wesentlich mehr Einsatzmöglichkeiten finden, auf denen der Batteriebus den Dieselbus ersetzen kann. 

Positiv wirkt sich außerdem aus, dass die Batterien inzwischen höhere Ladeleistungen vertragen können. Somit können nun Fahrzeuge mit vergleichsweise hoher Reichweite beschafft werden, die zugleich schnellladefähig sind und an Endhaltestellen mit passender Ladeinfrastruktur schnell geladen werden können.

Die Hersteller prognostizieren weitere Leistungszuwächse und eine höhere Lebensdauer von Batterien. Hohe Erwartungen werden an die neuen Feststoffbatterien geknüpft, die sich derzeit aber noch in der Erprobungsphase befinden. Auch die Verwendung von Verbundwerkstoffen in der Karosserie und die Anordnung der Batterien im Fahrzeugboden sollen die Fahrzeuge zukünftig leichter machen und zu einer besseren Gewichtsverteilung führen. Damit sinkt der Energieverbrauch und die Reichweite wird gesteigert.

Die Zahl der Elektrobusse im ÖPNV steigt jedes Jahr. Zu einer weiteren Verbreitung von Elektrobussen wird auch das Saubere-Fahrzeuge-Beschaffungs-Gesetz (SaubFahrzeugBeschG) beitragen. Erstmals werden hierdurch bei öffentlicher Auftragsvergabe verbindliche Mindestanteile emissionsarmer und emissionsfreier Fahrzeuge (Pkw sowie leichter und schwerer Nutzfahrzeuge) vorgegeben, insbesondere für Busse im ÖPNV. Die Mindestanteile emissionsarmer und emissionsfreier Busse im ÖPNV liegen für den Referenzzeitraum August 2021 bis Ende 2025 bei 45 % und für den Referenzzeitraum Januar 2026 bis Ende 2030 bei 65 %. Neu beschaffte emissionsarme und emissionsfreie Busse müssen über einen Antrieb mit alternativen Kraftstoffen verfügen wie Strom, Wasserstoff, Erdgas, synthetische Kraftstoffe oder Biokraftstoffe. Mindestens die Hälfte dieser Busse muss emissionsfrei sein, d.h. weniger als 1 g CO2/km ausstoßen wie z. B. Elektro- bzw. Brennstoffzellenfahrzeuge.

Anfang 2024 hat die EU die geltenden Vorschriften bezüglich der CO₂-Emissionen für schwere Nutzfahrzeuge verschärft (EU-Verordnung 2024/1610). Für neue Stadtbusse gilt, dass ihre Emissionen ab 2030 um 90 Prozent gegenüber 2019 gesenkt werden müssen. Ab 2035 müssen alle neuen Stadtbusse emissionsfrei sein. Es ist zu erwarten, dass sich das Fahrzeugangebot der Hersteller in Folge der Verordnung in den kommenden Jahren deutlich verändern wird und der Diesel-Antrieb seine Rolle als Standardantrieb verliert. Hierzu beitragen wird auch, dass die Einführung der Norm Euro7 bis spätestens 2029 die Anschaffungskosten für Dieselbusse weiter nach oben treiben wird. Hersteller wie z.B. VDL setzen bereits heute ausschließlich auf die Produktion von Elektrobussen.