Wirtschaftlichkeitsanalyse elektrifizierter Baustellen: Energieversorgung und Flottenzusammensetzung [MA/SA/IDP]

Institut

Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik (TUM-ED)

Typ

Semesterarbeit / Masterarbeit /

Inhalt

theoretisch /  

Beschreibung

Motivation:

Die Bauwirtschaft ist ein wesentlicher Hebel zur Reduktion von CO2-Emissionen. Batterieelektrische Baumaschinen ermöglichen lokal emissionsfreie und hocheffiziente Baustellenprozesse, ihre Verbreitung scheitert in der Praxis jedoch häufig nicht an der technischen Machbarkeit, sondern an der Wirtschaftlichkeit. Neben höheren Anschaffungskosten der Maschinen entsteht ein Kostenblock für die Energieversorgung, den es bei dieselbetriebenen Baustellen in dieser Form nicht gibt.

Für die Versorgung stehen dabei mehrere Optionen zur Verfügung, die sich in ihrer Kostenstruktur grundlegend unterscheiden. Der Netzanschluss verursacht überwiegend einmalige, leistungs- und entfernungsabhängige Kosten durch Herstellung, Baukostenzuschuss und Leistungspreis. Mobile und wechselbare Batteriespeicher verursachen primär zeitabhängige Kosten durch Miete beziehungsweise Abschreibung sowie zusätzlichen Aufwand für Transport, Umsetzen und Wechselvorgänge. Photovoltaik erfordert Investition und Fläche bei niedrigen Betriebskosten, Diesel- oder HVO-Generatoren dagegen geringe Bereitstellungs- und hohe verbrauchsabhängige Kosten sowie Emissionen. Da sich diese Optionen teilweise gegenseitig substituieren, ist die kostengünstigste Konfiguration nicht offensichtlich.

Hinzu kommt, dass die Energieversorgung nicht unabhängig von der Maschinenflotte betrachtet werden kann. Elektrifizierungsgrad, Maschinenklassen, installierte Batteriekapazitäten und Auslastung bestimmen Energiebedarf und Lastprofil und damit unmittelbar die Anforderungen an die Versorgung. Erschwerend kommt hinzu, dass etablierte Kalkulationsgrundlagen wie die Baugeräteliste weder mobile Batteriespeicher noch elektrische Baumaschinen abbilden, sodass belastbare Kostensätze erst hergeleitet werden müssen.

Ziel:

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Kostenmodells für elektrifizierte Baustellen, das Energieversorgung und Maschinenflotte gemeinsam betrachtet. Auf der Versorgungsseite werden Netzanschluss, mobile und wechselbare Batteriespeicher inklusive Transport- und Handlingaufwand, Photovoltaik, Diesel- beziehungsweise HVO-Generatoren sowie die Ladeinfrastruktur berücksichtigt. Auf der Maschinenseite werden unterschiedliche Flottenzusammensetzungen und Elektrifizierungsgrade abgebildet.

Zunächst werden bestehende Kostenrechnungsansätze für Baugeräte und Energiesysteme recherchiert und die relevanten Kostenpositionen strukturiert erfasst. Darauf aufbauend wird ein parametrisches Kostenmodell entwickelt, das sowohl den Vergleich einer elektrifizierten Baustelle mit einer dieselbasierten Referenz als auch den Vergleich unterschiedlicher Versorgungs- und Flottenkonfigurationen untereinander erlaubt. Das Modell wird auf ein repräsentatives Baustellenszenario mit realen oder synthetischen Lastprofilen angewendet. Abschließend werden in einer Sensitivitätsanalyse die maßgeblichen Kostentreiber identifiziert, beispielsweise Bauzeit, Netzanschlussleistung, Speicherdimensionierung, Transportdistanzen, Elektrifizierungsgrad der Flotte sowie Energie- und CO2-Preise. 

Arbeitspakete:

• Literaturrecherche zu Lebenszykluskosten von Baumaschinen, Netzanschluss- und Netznutzungskosten sowie Kostenmodellen für Batteriespeicher, Photovoltaik und Generatoren
• Strukturierte Erfassung der Kostenpositionen und Herleitung von Kostensätzen für die Versorgungsoptionen, die Ladeinfrastruktur, die Batterielogistik und die Maschinenflotte
• Entwicklung eines parametrischen Kostenmodells über die Bauzeit inklusive dieselbasierter Referenzvariante
• Anwendung des Modells auf ein repräsentatives Baustellenszenario mit realen oder synthetischen Lastprofilen und variierender Flottenzusammensetzung
• Sensitivitäts- und Szenarienanalyse zur Identifikation der wesentlichen Kostentreiber sowie Ableitung von Handlungsempfehlungen

Voraussetzungen

• Leidenschaft für E-Mobilität, Baumaschinen und Technologien zur Beschleunigung der Energiewende
• Programmiererfahrung in Python
• Interesse an technisch-wirtschaftlicher Bewertung und Kostenmodellierung
• Unabhängige, strukturierte und strategische Arbeitsweise
• Empfohlene Vorlesung: Grundlagen der Fahrzeugtechnik

 

Benefits:

• Mitarbeit in einem großen Forschungsprojekt mit weiteren Universitäten und 17 Industriepartnern (ForBat@Bau)
• Möglichkeit zum Austausch mit Industriepartnern und zu Baustellenbesuchen
• Gestaltungsfreiraum in einem neu gestarteten Forschungsfeld an der Schnittstelle von Baumaschinen, E-Mobilität und Energiesystemen
• Bei sehr guter Leistung: Möglichkeit einer anschließenden Abschlussarbeit und Mitautorenschaft bei einer Veröffentlichung

 

Wenn du Interesse hast, an diesem Projekt mitzuarbeiten, schick mir gerne eine Bewerbung mit deiner Motivation, deinem Lebenslauf und deinem aktuellen Notenbogen. Ich freue mich auf deine Bewerbung!

Tags

FTM Studienarbeit, FTM EV, FTM EV Operations, FTM Pointner, FTM Informatik

Möglicher Beginn

sofort

Kontakt

Markus Pointner, M.Sc.
Raum: MW 3529
Tel.: +49 89 289 10494
markus.pointnertum.de