Die Umstellung auf Elektrobusse ist für viele Verkehrsunternehmen längst beschlossene Sache. Die europäische Clean Vehicles Directive gibt den Takt vor. Im Zeitraum von 2026 bis 2030 müssen in Deutschland und Österreich 65 Prozent der neu beschafften Busse im öffentlichen Auftrag sauber sein, und die Hälfte davon emissionsfrei. Für viele Betriebe heißt das, dass in den nächsten Jahren ein großer Teil der Flotte ausgetauscht wird.
Über Fahrzeuge, Batterien und Ladesäulen wird dabei viel gesprochen. Weniger Aufmerksamkeit bekommt eine Frage, die über Kosten und Zuverlässigkeit mindestens genauso stark entscheidet. Wie plant man eigentlich den Betrieb mit Elektrobussen? In diesem Beitrag zeigen wir, warum die klassische Umlaufplanung dafür nicht reicht und wie ein gemeinsames Optimierungsmodell für Umläufe und Ladevorgänge aussieht.
Ein Dieselbus tankt morgens, ein E-Bus plant den ganzen Tag
Bei Dieselbussen ist die Reichweite praktisch kein Planungsthema. Der Bus wird am Abend betankt und fährt am nächsten Tag seinen Umlauf, egal wie lang er ist. Beim Elektrobus ist das anders. Die Batterie reicht für eine bestimmte Strecke, und diese Strecke ist nicht einmal konstant.
Im Winter braucht die Heizung viel Energie, im Sommer die Klimaanlage. Steigungen, volle Fahrzeuge und ein unruhiger Fahrstil erhöhen den Verbrauch zusätzlich. In der Praxis kann die Reichweite je nach Bedingungen um bis zu 40 Prozent schwanken. Ein Umlauf, der im Oktober problemlos funktioniert, kann im Januar zum Risiko werden.
Deshalb müssen Ladevorgänge in den Tagesablauf eingeplant werden. Entweder der Bus lädt über Nacht im Depot und die Umläufe werden so kurz geschnitten, dass die Batterie reicht. Oder er lädt zwischendurch an Endstellen, meist über Pantografen, und die Wendezeiten müssen lang genug für einen Ladevorgang sein. In vielen Netzen wird beides kombiniert.
Warum getrennte Planung teuer wird
In vielen Unternehmen läuft es heute so. Die Umlaufplanung erstellt die Umläufe wie gewohnt, und anschließend prüft jemand, ob die Batterie reicht und wann geladen werden kann. Wo es nicht passt, wird nachgebessert. Umläufe werden geteilt, zusätzliche Fahrzeuge eingeplant, Ladezeiten eingeschoben.
Das Ergebnis funktioniert, aber es ist selten gut. Jeder geteilte Umlauf kostet ein zusätzliches Fahrzeug oder zusätzliche Leerfahrten. Jede zusätzliche Ladezeit verlängert Standzeiten. Und weil niemand die Ladevorgänge über alle Fahrzeuge hinweg koordiniert, laden am Abend alle Busse gleichzeitig. Das erzeugt eine Lastspitze, die beim Netzbetreiber teuer bezahlt wird und die den Netzanschluss des Betriebshofs an seine Grenze bringt.
Der Kern des Problems ist, dass Umläufe und Ladevorgänge sich gegenseitig bedingen. Welcher Umlauf möglich ist, hängt davon ab, wann und wo geladen werden kann. Und wann geladen werden kann, hängt davon ab, wie die Umläufe aussehen. Wer das nacheinander plant, findet nie die beste Kombination.
Ein Modell für beides
Wir lösen dieses Problem, indem wir Umlaufplanung und Ladeplanung in einem einzigen mathematischen Modell zusammenführen. Ausgangspunkt ist das klassische Vehicle Scheduling Problem, das wir im Beitrag zur Busumlaufplanung ausführlich beschreiben. Dieses Modell erweitern wir um den Ladezustand jedes Fahrzeugs.
Für jede Fahrt wird berechnet, wie viel Energie sie voraussichtlich verbraucht, abhängig von Strecke, Topografie, Jahreszeit und erwarteter Auslastung. Für jede Ladegelegenheit wird modelliert, wie viel Energie in welcher Zeit nachgeladen werden kann. Weil Batterien nicht linear laden, sondern gegen Ende langsamer werden, bilden wir die Ladekurven stückweise ab. Das Modell stellt dann sicher, dass der Ladezustand jedes Busses zu keinem Zeitpunkt unter eine definierte Grenze fällt.
Gleichzeitig berücksichtigt das Modell die Ladeinfrastruktur. Wie viele Ladepunkte gibt es im Depot, wie viele an welcher Endstelle? Wie hoch ist die maximale Anschlussleistung? Welche Stromtarife gelten zu welcher Uhrzeit? Aus all dem entsteht ein Plan, der Umläufe und Ladevorgänge gemeinsam festlegt und dabei die Gesamtkosten aus Fahrzeugen, Leerfahrten und Energie minimiert.
Technisch handelt es sich um ein gemischt ganzzahliges Optimierungsproblem, das deutlich größer ist als eine reine Umlaufplanung. Mit geeigneten Modellierungstechniken und leistungsfähigen Solvern lässt es sich aber auch für große Flotten lösen. Hintergründe zur Methode finden Sie auf der Seite zur MILP-Modellierung.
Lastspitzen glätten
Ein Betriebshof mit 100 Elektrobussen kann beim gleichzeitigen Laden eine Leistung im zweistelligen Megawattbereich abrufen. Das ist nicht nur eine Frage der Stromrechnung, sondern oft auch eine Frage, ob der vorhandene Netzanschluss überhaupt reicht. Ein neuer Anschluss mit höherer Leistung kann teuer sein und dauert häufig lange.
Ein optimiertes Lademanagement verteilt die Ladevorgänge über die Nacht so, dass alle Busse am Morgen einsatzbereit sind, ohne dass die Leistung je über eine definierte Grenze steigt. Busse mit frühem Ausrücken laden zuerst, Busse mit spätem Einsatz später. Wo Stromtarife zeitlich schwanken, wird bevorzugt in günstigen Stunden geladen. In der Fachsprache heißt das Peak Shaving. Auf unserer Seite zum E-Bus Lademanagement beschreiben wir, welche Einsparungen bei den Energiekosten dadurch möglich werden.
Batterien schonen
Die Batterie ist das teuerste Einzelteil eines Elektrobusses. Wie schnell sie altert, hängt stark davon ab, wie sie genutzt wird. Sehr tiefe Entladungen, dauerhaft volle Ladung und häufiges Schnellladen beschleunigen die Alterung.
Auch das lässt sich in die Optimierung aufnehmen. Wir definieren bevorzugte Bereiche für den Ladezustand und gewichten Abweichungen in der Zielfunktion. Das Modell findet dann Pläne, die nicht nur heute günstig sind, sondern auch die Lebensdauer der Batterien verlängern. Über die Nutzungsdauer einer Flotte gerechnet kann das einen erheblichen Unterschied machen.
Die richtige Flotte beschaffen
Ein oft unterschätzter Nutzen der Optimierung liegt vor der Beschaffung. Wie viele Elektrobusse brauchen wir, um das heutige Angebot zu fahren? Welche Batteriegröße ist sinnvoll? Lohnt sich Gelegenheitsladen an bestimmten Endstellen, oder reicht Depotladen? Wie viele Ladepunkte brauchen wir im Betriebshof?
Diese Fragen lassen sich mit einem Optimierungsmodell systematisch beantworten, bevor ein einziger Bus bestellt ist. Wir rechnen verschiedene Szenarien auf Basis Ihres realen Fahrplans durch, inklusive kalter Wintertage und Spitzenlasten. So wird sichtbar, welche Kombination aus Fahrzeugen, Batterien und Ladeinfrastruktur das Angebot am günstigsten und zuverlässigsten abdeckt.
Gerade in der Übergangszeit mit gemischten Flotten aus Diesel- und Elektrobussen ist das wichtig. Das Modell entscheidet dann auch, welche Umläufe elektrisch gefahren werden sollen und welche vorerst mit Diesel, und es zeigt, in welcher Reihenfolge die Umstellung am meisten bringt.
Und der Betrieb?
Kein Plan überlebt den ersten Kontakt mit der Wirklichkeit unverändert. Ein Bus steht länger im Stau, ein Ladepunkt fällt aus, der Verbrauch ist an einem kalten Morgen höher als erwartet. Im Elektrobetrieb haben solche Abweichungen eine zusätzliche Dimension, weil sie sich auf den Ladezustand auswirken.
Deshalb verbinden wir die Planung mit einer Echtzeitdisposition, die aktuelle Ladezustände aus den Fahrzeugen kennt und bei Bedarf Umläufe tauscht oder zusätzliche Ladezeiten einplant. Und weil auch Elektrobusse in die Werkstatt müssen, stimmen wir die Umläufe mit der Werkstattdisposition ab.
Ein häufiger Denkfehler bei der Ladeinfrastruktur
Bei der Planung von Betriebshöfen wird die Zahl der Ladepunkte oft einfach an der Zahl der Busse ausgerichtet. Ein Bus, ein Ladepunkt. Das ist sicher, aber teuer, und es löst das Problem der Anschlussleistung nicht. Umgekehrt kann eine zu knappe Ausstattung dazu führen, dass Busse am Morgen nicht vollständig geladen sind.
Die richtige Zahl ergibt sich erst aus dem Zusammenspiel von Umläufen, Standzeiten im Depot und Ladeleistung. Wenn Busse zu unterschiedlichen Zeiten einrücken und ausrücken, können sich mehrere Fahrzeuge einen Ladepunkt teilen, sofern die Reihenfolge geschickt geplant ist. Ein Optimierungsmodell rechnet genau das aus und zeigt, wie viele Ladepunkte und welche Anschlussleistung für einen zuverlässigen Betrieb tatsächlich nötig sind. Bei den Investitionskosten für Ladeinfrastruktur und Netzanschluss kann das einen erheblichen Unterschied machen.
Welche Daten für eine Simulation nötig sind
Für eine erste Simulation brauchen wir den aktuellen Fahrplan mit allen Fahrten, die Netzdaten mit Streckenlängen und Höhenprofilen, die geplanten oder vorhandenen Fahrzeugtypen mit Batteriekapazität und Verbrauchskennwerten sowie die Standorte und Leistungen der Ladeinfrastruktur. Wo bereits Elektrobusse fahren, sind reale Verbrauchsdaten besonders wertvoll, weil sie die Prognose der Reichweite deutlich verbessern. Klimadaten für Ihre Region ergänzen wir selbst.
Förderung nutzen
Die Umstellung auf emissionsfreie Busse wird in Deutschland und Österreich mit erheblichen Mitteln gefördert. Neben Fahrzeugen und Ladeinfrastruktur sind in vielen Programmen auch begleitende Digitalisierungsmaßnahmen förderfähig. Welche Programme für Ihr Vorhaben infrage kommen, klären wir gerne gemeinsam. Mehr dazu unter Fördermittel und Einreichung.
Ein Beispiel aus der Praxis
In einem Projekt mit einem Verkehrsunternehmen, das ein Netz mit 48 Linien betreibt, haben wir die Ladezyklen der Elektrobusse direkt in die Umlaufoptimierung integriert. Die Reichweitenplanung berücksichtigte Temperatur, Topografie und Fahrgastlast, die Ladekurven wurden stückweise linear modelliert. Der vollständige Planungslauf dauerte wenige Sekunden statt wie zuvor rund zwei Tage, und die Emissionen sanken um rund 340 Tonnen CO₂ pro Jahr. Details finden Sie in unseren Case Studies.
Sie planen die Umstellung auf Elektrobusse? Vereinbaren Sie ein kostenloses Erstgespräch. Wir zeigen Ihnen, wie eine Simulation Ihrer künftigen E-Flotte aussehen kann.
Häufige Fragen
Brauchen wir für Elektrobusse mehr Fahrzeuge als für Dieselbusse?
Das hängt vom Netz, von der Ladestrategie und von der Batteriegröße ab. Mit einer gemeinsamen Optimierung von Umläufen und Ladevorgängen lässt sich der Mehrbedarf oft deutlich reduzieren. Wie viel, zeigt eine Simulation mit Ihrem Fahrplan.
Können wir die Optimierung schon vor der Beschaffung nutzen?
Ja, und gerade dann bringt sie besonders viel. Szenarien für Flottengröße, Batterien und Ladeinfrastruktur lassen sich auf Basis Ihres heutigen Fahrplans durchrechnen.
Funktioniert das mit unserem bestehenden Planungssystem?
In der Regel ja. Unsere Optimierung arbeitet als Modul neben Ihrem System und tauscht Daten über Schnittstellen aus. Mehr dazu im Beitrag Optimierung ergänzen statt Planungssystem tauschen .