Description succincte
(Allemand)
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Um eine vollständige Elektrifizierung der Güterverkehrsflotten zu ermöglichen, muss mehr getan werden, als lediglich auf eine Netzverstärkung zu warten. Die Stakeholder können gemeinsam netzgebundene und -ungebundene Lösungen entwickeln, sei es mit bidirektionalem Laden aus Zweitnutzungs- und Fahrzeugbatterien, PV, intelligentem Lademanagement usw. Das vorliegende Projekt nutzt den DPD-Standort Wolf (Basel Wolf/SBB) als Analyseobjekt, um die Bedürfnisse des Paketdienstleisters zu untersuchen und Möglichkeiten zu entwickeln, eine vollständig elektrifizierte DPD-Flotte zu laden, die die notwendigen Anforderungen an die Betriebszeit und die Länge der Zustellrouten erfüllt. Als Resultat wird ein techno-ökonomisches Simulationsmodell entwickelt, um mögliche Massnahmen zu analysieren und den Energiebedarf im Tagesverlauf abzuleiten. Darüber hinaus wird ein TCO- und LCC-Modell entwickelt, um die Wirtschaftlichkeit der Massnahmen zu berechnen und eine fundierte Entscheidung darüber zu treffen, welche Massnahmen aus Sicht des Unternehmens lohnenswert sind. Die Ergebnisse werden generalisiert und verbreitet und unterstützen die Erreichung der Netto-Null-Ziele des Bundes.
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Description succincte
(Anglais)
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In order to enable the full electrification of freight transport fleets, more needs to be done than simply waiting for the grid to be reinforced. Stakeholders can jointly develop grid-connected and off-grid solutions, be it with bidirectional charging from second-use and vehicle batteries, PV, intelligent charging management, etc. This project uses the DPD site in Wolf (Basel Wolf/SBB) as the object of analysis to investigate the needs of the parcel service provider and to develop options for charging a fully electrified DPD fleet that meets the necessary requirements in terms of operating time and the length of delivery routes. As a result, a techno-economic simulation model will be developed to analyze possible measures and derive the energy demand over the course of the day. In addition, a TCO and LCC model will be developed to calculate the profitability of the measures and to make an informed decision about which measures are worthwhile from the company's point of view. The results are generalized and disseminated and support the achievement of the federal government's net-zero targets.
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Description succincte
(Français)
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Pour permettre l'électrification complète des flottes de transport de marchandises, il ne suffit pas d'attendre le renforcement du réseau. Les parties prenantes peuvent développer ensemble des solutions connectées au réseau et hors réseau, qu'il s'agisse de recharge bidirectionnelle à partir de batteries de seconde utilisation et de batteries de véhicules, de photovoltaïque, de gestion intelligente de la recharge, etc. Le présent projet utilise le site DPD de Wolf (Bâle Wolf/CFF) comme objet d'analyse afin d'étudier les besoins du prestataire de services de livraison de colis et de développer des possibilités de recharge d'une flotte DPD entièrement électrifiée qui réponde aux exigences nécessaires en termes de temps de fonctionnement et de longueur des itinéraires de livraison. Il en résulte le développement d'un modèle de simulation technico-économique permettant d'analyser les mesures possibles et de déterminer les besoins énergétiques au cours de la journée. En outre, un modèle TCO et LCC est développé afin de calculer la rentabilité des mesures et de prendre une décision éclairée quant aux mesures qui sont rentables du point de vue de l'entreprise. Les résultats seront généralisés et diffusés et contribueront à la réalisation des objectifs de zéro émission nette de la Confédération.
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Publications / Résultats
(Allemand)
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Die Elektrifizierung des Antriebs funktioniert nicht nur bei Personen-, sondern auch bei Lastwagen. Drei Forschungsprojekte haben mit Unterstützung des Bundesamts für Energie untersucht, was zu tun ist, damit Elektroantriebe im Strassengüterverkehr künftig flächendeckend eingesetzt werden. Die Studienautoren fordern verlässliche und wirtschaftlich tragbare Rahmenbedingungen, zudem finanzielle Unterstützung beim Aufbau firmeneigener Ladestationen.
Documents annexés
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Publications / Résultats
(Français)
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L’électrification de la propulsion fonctionne pour les voitures de tourisme, mais également pour les camions. Trois projets de recherche ont été menés avec le soutien de l’Office fédéral de l’énergie, afin d’étudier les mesures à prendre pour que les moteurs électriques soient utilisés à grande échelle dans le transport routier de marchandises à l’avenir. Les auteurs de l’étude réclament des conditions-cadres fiables et économiquement viables, ainsi qu’un soutien financier pour que les entreprises disposent de leurs propres stations de recharge.
Documents annexés
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Rapport final
(Allemand)
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Eine Möglichkeit, um das Netto-Null Ziel der Schweiz zu unterstützen, ist die Elektrifizierung des Güterverkehrs. Dies ist alles andere als trivial. Die Fahrzeugflotte muss entsprechend der Bedürfnisse des Betreibers und wirtschaftlich betrieben werden können: Rechtzeitig geladen und bereit sein für den täglichen Einsatz. Das vorlegende Projekt «Techno-ökonomische Netzanschlussoptimierung für elektrische Güterflotten» im Rahmen des Forschungsprogramms Mobilität mit einer Dauer von 1. November 2023 bis 31. Oktober 2025 soll dabei nicht nur Erkenntnisse für DPD und dessen Umschlagsplattform am Standort Wolf Basel liefern, sondern ebenso Entscheidungshilfen für weitere Standorte und andere Logistikdienstleister ergeben. Das erste Projektjahr war dem Aufbau der Fallstudie Wolf, der Erfassung und Aufbereitung von Betriebsdaten sowie ökonomischer Daten für eine erste Version des techno-ökonomische Simulationsmodells als strategisches Modell der ZHAW und als operatives Modell von sun2wheel gewidmet. Diese beiden Modelle greifen ineinander und ergänzen sich zu einem ganzheitlichen Simulationsmodell. Im zweiten Projektjahr wurden die beiden Modelle verfeinert und ausführlich getestet, um die Entscheidungsmechanismen zu validieren. Daran anschliessend wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um eventuelle «Tipping Points» des Modells zu ermitteln. Diese wirtschaftliche Analyse liefert wichtige Erkenntnisse, welche eine entscheidende Wissensgrundlage für die Konfiguration von elektrischen Lieferfahrzeugflotten und den zugehörigen Ladesystemen bilden. Die beiden Modelle sind neuartig und bieten für Anwender einen signifikanten Mehrwert durch die schnelle Auslegung eines optimalen Ladesystems und dessen Betrieb «auf Knopfdruck». Es kann von verschiedensten Akteuren, insbesondere Logistikdienstleistern, in der Standortkonfiguration für elektrische Lieferfahrzeug- und Schwerlastflotten eingesetzt werden. Dieses strukturierte Vorgehen und das nun vorliegende holistische Verfahren, wie ein Standort unter Berücksichtigung der «Total Cost of Ownerships» (TCO) geplant und später auch betrieben werden kann, beinhaltet sämtliche Aspekte der Lade- und Energieinfrastruktur. Somit lassen sich bei der Elektrifizierung des Fuhrparks ebenfalls Solaranlagen sowie Speichersysteme (stationäre und/oder bidirektionale mobile Speicher) berücksichtigen. Neben den Anschaffungskosten für Energie- und Ladeinfrastruktur kann ebenfalls der Ausbau des Netzanschlusses berücksichtigt werden, um beispielsweise dem Schnellladebedürfnis von eLKWs gerecht zu werden. Für die DPD-Umschlagsplattformen Wolf Basel und Buchs wurde der Prozess der strategischen Dimensionierung der Lade- und Energieinfrastruktur durchgespielt. Da die Flottenkomposition und Möglichkeit/Bedürfnis Solarstrom zu produzieren und allenfalls zu speichern an verschiedenen Standorten unterschiedlich ist, bedarf es einer massgeschneiderten Auswertung pro Standort. Mit diesem strategischen Modell kann bereits früh abgeschätzt werden, welcher Anteil der Flotte mit Solarstrom geladen werden kann und ob es Sinn macht, einen Teil des geladenen Stroms wieder ins Gebäude zurückzuspeisen. Neben dem strategischen Modell wurde ein weiteres Betriebsmodell entwickelt, welches mit der optimal ausgelegten Energieinfrastruktur (Ladeinfrastruktur, Grösse des Speichers und der PV-Anlagen) den optimalen Betrieb gewährleisten kann. Das Modell berücksichtigt Import-, Export- und Peak-Kosten auf voll dynamisierten 15 Min. Zeitfenstern (d.h. alle Input-Parameter können auf einer 15-Minuten-Basis angepasst werden) und berücksichtigt den nicht-linearen Zusammenhang zwischen Effizienz-Kurve und Lade- bzw. Entladeleistung. Auf dieser Basis lassen sich komplexe Ladepläne herleiten (inkl. Photovoltaik to Vehicle (PV2V), Vehicle to Building (V2B), Vehicle to Vehicle (V2V)), welche den Preispfad unter Berücksichtigung des Abfahrtszeitpunkts optimieren. Die Modelle können unterschiedliche Komplexitäten berücksichtigen und diese ausgehend vom statischen Lastmanagement hin zum dynamischen Lastmanagement (Smart-Charging) steigern. Bei den analysierten Standorten hat sich gezeigt, dass der Netzanschluss meist viel zu hoch ausgelegt ist. Mittels Smart-Charging kann die nötige Leistungskapazität auf 1 kW pro Lieferfahrzeug reduziert werden. Im Weiteren eignen sich Güterflotten sehr gut für dynamische Tarife: Im Gegensatz zum typischen Heimbetrieb können bei einer Fahrzeugflotte unter einem dynamischen Tarifsystem mit bidirektionalem Laden die TCO optimiert werden, indem eine hohe Netto-Netzlast in tiefpreisige Perioden verschoben wird. Damit sind gegenüber reinem Smart-Charging weitere 30% Betriebseinsparungen möglich.
Documents annexés
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Rapport final
(Anglais)
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One way to support Switzerland's net-zero target is to electrify freight transport. This is anything but trivial. The vehicle fleet must be able to be operated in accordance with the operator's needs and in an economical manner: charged in good time and ready for daily use. The project “Techno-economic grid connection optimization for electric freight fleets” within the framework of the Mobility Research Program, which ran from November 1, 2023, to October 31, 2025, was intended not only to provide insights for DPD and its transshipment platform at the Wolf site Basel, but also to provide decision-making support for other sites and logistics service providers. The first year of the project was devoted to developing the Wolf case study, collecting and processing operating data and economic data for an initial version of the techno-economic simulation model as a strategic model for ZHAW and an operational model for sun2wheel. These two models are interlinked and complement each other to form a holistic simulation model. In the second year of the project, the two models were refined and tested extensively to validate the decision-making mechanisms. This was followed by a sensitivity analysis to identify any tipping points in the model. This economic analysis provides important insights that form a crucial knowledge base for the configuration of electric delivery vehicle fleets and the associated charging systems. The two models are innovative and offer users significant added value through the rapid design of an optimal charging system and its operation “at the touch of a button.” It can be used by a wide range of players, especially logistics service providers, in the location configuration for electric delivery vehicle and heavy-duty fleets. This structured approach and the now available holistic method for planning and subsequently operating a site, considering the total cost of ownership (TCO), covers all aspects of the charging and energy infrastructure. This means that solar systems and storage systems (stationary and/or bidirectional mobile storage) can also be considered when electrifying the vehicle fleet. In addition to the acquisition costs for energy and charging infrastructure, the expansion of the grid connection can also be considered, for example, to meet the fast-charging needs of electric trucks. The process of strategic dimensioning of the charging and energy infrastructure was carried out for the DPD transshipment platforms in Wolf Basel and Buchs. Since the fleet composition and the possibility/need to produce and, if necessary, store solar power varies from location to location, a customized evaluation is required for each location. This strategic model can be used to estimate at an early stage what proportion of the fleet can be charged with solar power and whether it makes sense to feed part of the charged electricity back into the building. In addition to the strategic model, another operating model was developed which can ensure optimal operation with the optimally designed energy infrastructure (charging infrastructure, size of the storage facility and PV systems). The model takes into account import, export, and peak costs on fully dynamic 15-minute time windows (i.e., all input parameters can be adjusted on a 15-minute basis) and considers the non-linear relationship between the efficiency curve and charging or discharging power. On this basis, complex charging plans can be derived (including Photovoltaic to Vehicle (PV2V), Vehicle to Building (V2B), Vehicle to Vehicle (V2V)), which optimize the price path taking into account the departure time. The models can take different levels of complexity into account and increase them from static load management to dynamic load management (smart charging). The locations analyzed have shown that the grid connection is usually designed to be much too high. Smart charging can reduce the required power capacity to 1 kW per delivery vehicle. Furthermore, commercial fleets are very well suited to dynamic tariffs: in contrast to typical home use, a vehicle fleet can optimize its TCO under a dynamic tariff system with bidirectional charging by shifting a high net grid load to low-price periods. This enables a further 30% in operating savings compared to pure smart charging.
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Rapport final
(Français)
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L'électrification du transport de marchandises est l'un des moyens permettant d'atteindre l'objectif de zéro émission nette en Suisse. Cela n'a rien de trivial. La flotte de véhicules doit pouvoir être exploitée de manière économique et en fonction des besoins de l'exploitant : elle doit être rechargée à temps et prête à l'emploi quotidiennement. Le projet « Optimisation technico-économique du raccordement au réseau pour les flottes de marchandises électriques » présenté dans le cadre du programme de recherche Mobilité, qui s'étend du 1er novembre 2023 au 31 octobre 2025, vise non seulement à fournir des informations à DPD et à sa plate-forme de transbordement sur le site de Wolf Basel, mais aussi à aider à la prise de décision pour d'autres sites et d'autres prestataires de services logistiques. La première année du projet a été consacrée à l'élaboration de l'étude de cas Wolf, à la collecte et au traitement des données d'exploitation et des données économiques pour une première version du modèle de simulation technico-économique en tant que modèle stratégique de la ZHAW et modèle opérationnel de sun2wheel. Ces deux modèles s'imbriquent et se complètent pour former un modèle de simulation holistique. Au cours de la deuxième année du projet, les deux modèles ont été affinés et testés de manière approfondie afin de valider les mécanismes décisionnels. Une analyse de sensibilité a ensuite été réalisée afin d'identifier les éventuels « points de basculement » du modèle. Cette analyse économique fournit des informations importantes qui constituent une base de connaissances décisive pour la configuration des flottes de véhicules de livraison électriques et des systèmes de recharge associés. Les deux modèles sont novateurs et offrent aux utilisateurs une valeur ajoutée significative grâce à la conception rapide d'un système de recharge optimal et à son fonctionnement « sur simple pression d'un bouton ». Ils peuvent être utilisés par divers acteurs, en particulier les prestataires de services logistiques, dans la configuration des sites pour les flottes de véhicules de livraison électriques et de poids lourds. Cette approche structurée et la procédure holistique désormais disponible, qui permet de planifier et d'exploiter un site en tenant compte du « coût total de possession » (TCO), englobe tous les aspects de l'infrastructure de recharge et d'énergie. Ainsi, l'électrification du parc automobile peut également tenir compte des installations solaires et des systèmes de stockage (stockage stationnaire et/ou mobile bidirectionnel). Outre les coûts d'acquisition de l'infrastructure énergétique et de recharge, l'extension du raccordement au réseau peut également être prise en compte, par exemple pour répondre aux besoins de recharge rapide des camions électriques. Le processus de dimensionnement stratégique de l'infrastructure de recharge et d'énergie a été simulé pour les plateformes de transbordement DPD de Wolf Basel et Buchs. La composition de la flotte et la possibilité/le besoin de produire et, le cas échéant, de stocker de l'énergie solaire variant d'un site à l'autre, une évaluation sur mesure est nécessaire pour chaque site. Ce modèle stratégique permet d'estimer très tôt la part de la flotte pouvant être rechargée à l'énergie solaire et de déterminer s'il est judicieux de réinjecter une partie de l'électricité rechargée dans le bâtiment. Outre le modèle stratégique, un autre modèle d'exploitation a été développé, qui permet de garantir un fonctionnement optimal grâce à une infrastructure énergétique parfaitement dimensionnée (infrastructure de recharge, taille du stockage et des installations photovoltaïques). Le modèle prend en compte les coûts d'importation, d'exportation et de pointe sur des fenêtres temporelles de 15 minutes entièrement dynamisées (c'est-à-dire que tous les paramètres d'entrée peuvent être ajustés sur une base de 15 minutes) et tient compte de la relation non linéaire entre la courbe d'efficacité et la puissance de charge ou de décharge. Sur cette base, il est possible de dériver des plans de recharge complexes (y compris Photovoltaic to Vehicle (PV2V), Vehicle to Building (V2B), Vehicle to Vehicle (V2V)), qui optimisent la trajectoire des prix en tenant compte de l'heure de départ. Les modèles peuvent prendre en compte différents niveaux de complexité et les augmenter, passant d'une gestion statique de la charge à une gestion dynamique (charge intelligente). L'analyse des sites a montré que le raccordement au réseau est généralement surdimensionné. Grâce à la charge intelligente, la puissance nécessaire peut être réduite à 1 kW par véhicule de livraison. De plus, les flottes de marchandises se prêtent très bien aux tarifs dynamiques : contrairement à une utilisation domestique typique, le coût total de possession d'une flotte de véhicules peut être optimisé dans le cadre d'un système tarifaire dynamique avec recharge bidirectionnelle, en reportant une charge réseau nette élevée vers des périodes où les prix sont bas. Cela permet de réaliser 30 % d'économies supplémentaires par rapport à la recharge intelligente pure.
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