Möglichkeiten des Einsatzes alternativer Antriebstechnologien im Schienengüterverkehr 

Die thyssenkrupp Steel Europe AG betreibt am Standort Duisburg die größte Werksbahn Europas. Die Fahrzeuge verfügen derzeit über einen Dieselantrieb, welchen es aus emissionstechnischer Sicht sowie aus Kostengründen zukünftig zu hinterfragen gilt. Im Rahmen seiner Transformation hin zu einer nachhaltigen Stahlproduktion betrachtet thyssenkrupp Steel im Rahmen der vorliegenden Machbarkeitsstudie die organisatorische, technische und wirtschaftliche Machbarkeit von alternativen und CO2 –freundlichen Antriebstechnologien für die Durchführung der innerbetrieblichen Transporte am Standort Duisburg.

Im Rahmen einer detaillierten Bestandsaufnahme ist das Soll-Anforderungsprofil von thyssenkrupp Steel für den Einsatz einer alternativen Antriebstechnologie im Kernbereich des Standortes Duisburg abgeleitet worden. Demnach müssen die Lokomotiven für den Einsatz im rauen Rangierbetrieb im Stahlwerk, der Schmutz, Staub, teilweise hohe Temperaturen und häufige Erschütterungen beinhaltet sowie hohe Einsatzzeiten von ca. 5.000 Bh p.a. fordert, geeignet sein. Tank- oder Ladevorgänge dürfen nicht zu einem höheren Fahrzeugbedarf als aktuell führen.

Etwaige zusätzliche Tank- bzw. Ladevorgänge müssen innerhalb der 30-minütigen Schichtwechselzeiten realisierbar sein. Weiterhin hat die Inbetriebnahme der alternativen Antriebstechnologie bestenfalls parallel zur Inbetriebnahme der wasserstoffbasierten Direktreduktionsanlagen im Jahr 2027 zu erfolgen. Die Leistung der 3- und 4-achsigen Lokomotiven soll mindestens der Leistung der heute überwiegend eingesetzten Lokomotiven entsprechen. Zudem wird ein durchschnittliches Lastprofil abgeleitet. 

Im Zuge der Machbarkeitsstudie sind alternative Antriebstechnologien identifiziert und auf ihre Einsatzfähigkeit bei thyssenkrupp Steel hin überprüft worden. Festzustellen ist, dass die Entwicklung von CO2–freundlichen Rangierlokomotiven derzeit nicht im Fokus der Hersteller steht, die sich eher auf sogenannte Last Mile-Konzepte konzentrieren. Es sind umfangreiche Konzeptabstimmungen und –adaptionen mit interessierten Herstellern zur Umsetzung des Anforderungsprofils geführt worden und letztendlich sind Konzepte zu folgenden Antriebsvarianten eingereicht worden: 

• HICE: Umbau der 3-/4-achsigen Bestandslokomotiven auf einen H2-Verbrennungsmotor ohne Veränderung der Motorleistung. Auf diesen Lokomotiven kann nach Umbau ein H2-Tankvolumen von 20 kg/70 kg H2 mitgeführt werden. 

• BE: Neuentwicklung einer 3-achsigen batteriebetriebenen Lokomotive mit einer Leistung von 600 kW und einer Batteriekapazität von 648 kWh sowie einer 4-achsigen Lokomotive mit einer Leistung 750 kW und einer Batteriekapazität von 500 kWh. 

• BEMU: Hybrid-Konzept für eine 4-achsige Lokomotive mit elektrischem Antrieb über Oberleitung und über Batterie. Die Batteriekapazität beträgt hierbei 500 kWh. Ladevorgänge der Batterie erfolgen bei Fahren unter der elektrischen Oberleitung.  

Anschließend sind die erforderlichen Infrastrukturmaßnahmen für die Umsetzung der zuvor definierten alternativen Antriebsvarianten bei thyssenkrupp Steel erarbeitet worden. Dazu sind für jede Infrastrukturvariante die Investitionskosten und die Umsetzungsdauer ermittelt sowie ggf. erforderliche Gefährdungsbeurteilungen durchgeführt worden.  

• HICE: Für den Einsatz von H2-Verbrennungsmotoren bei thyssenkrupp Steel im Kerngebiet in Duisburg ist eine Gefährdungsbeurteilung durchgeführt worden. Da ein automatisches Ablassen von Wasserstoff im Betrieb nicht ausgeschlossen werden kann und es dabei zu einer Zündung in einem Heißbetrieb kommen kann, wurde der Einsatz von H2-Verbrennungsmotoren als kritisch eingeschätzt und diese Antriebsvariante verworfen.  

• BE: Der Einsatz von batteriebetriebenen Lokomotiven wird als unkritisch eingeschätzt. Für den Einsatz von batteriebetriebenen Lokomotiven sind insgesamt 6 Ladestellen vorgesehen. Diese Ladestellen werden in räumlicher Nähe zu den Lokstationen für den Schichtwechsel platziert, so dass ein Zwischenladen während der Schichtwechselzeiten erfolgen kann.  

• BEMU: Der Einsatz von BEMU wird als unkritisch eingeschätzt. Für die Umsetzung der BEMU-Variante ist die Elektrifizierung von Teilen der Gleisinfrastruktur erforderlich. Es wird angenommen, dass eine Elektrifizierung von ca. 50 km Gleisstrecke für den BOA-Betrieb mit 25 kV und 50 Hz ausreichend ist. Aufgrund der hohen Infrastrukturkosten und der langen Realisierungszeiten wird diese Antriebsvariante verworfen. 

Von den drei betrachteten Antriebstechnologien erfüllt somit nur die BE-Variante sowohl aufgrund ihrer Infrastrukturanforderungen als auch aufgrund ihrer Antriebstechnologie das Anforderungsprofil von thyssenkrupp Steel. 

Die Bewertung der Antriebsvariante erfolgt daher ausschließlich für 3-Achser und gegen die Varianten Bestandslokomotiven und Ersatzneukauf von aktuell verfügbaren neuen Diesellokomotiven.
Die Bewertung erfolgt anhand der Kriterien Investitionskosten, Betriebskosten und CO2 –Ausstoß.  Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Bestandslokomotiven vollständig abgeschrieben sind und daher jegliche Neuinvestition, unabhängig von der Antriebstechnologie, höhere Betriebskosten als in der IST-Situation verursachen. 

Die Betriebskosten der BE-Variante sind unter Berücksichtigung der staatlichen Fördermöglichkeiten etwa mit den Betriebskosten von neuen Diesellokomotiven vergleichbar, liegen aber ca. 30 € pro Betriebsstunde über den derzeitigen Betriebskosten. Die Verbrauchskosten der Diesellokomotiven liegen etwa 10 € pro Betriebsstunde oberhalb der BE-Variante. Dafür fallen hier keine Infrastrukturinvestitionen an. 
Der CO2 –Ausstoß je Diesellokomotive ist ca. 80 t p.a. höher als bei der BE-Variante. 

Durch die Nutzung von HVO100 bei den Bestandslokomotiven oder vergleichbaren Neufahrzeugen lässt sich eine Reduzierung der CO2 –Ausstoßes von 94 t p.a. erzielen. Die Zusatzkosten betragen ca. 2 € pro Betriebsstunde gegenüber den aktuellen Betriebskosten. Die Nutzung von HVO100 lässt sich kurzfristig umsetzen, ist allerdings aufgrund des Alters der Bestandsfahrzeuge keine dauerhafte Lösung. 

Die Erstellung der Machbarkeitsstudie erfolgte unter Leitung von Herrn Dr. Achim Fränkle Geschäftsführer der VCE GmbH und Herrn Frank John Leiter Werkslogistik und Transportmanagement bei thyssenkrupp Steel Europe Logistics Services. 

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Die entsprechenden Ausschreibungsunterlagen wurden bereits durch die Friedrich PICARD GmbH & Co. KG erstellt und an interessierte Bieter verschickt. Zu Projektbeginn wurden diese gesichtet und mit den eingehenden Angeboten gegenübergestellt. Nach Prüfung der Bieterangebote wurden Fragelisten zu den Angeboten erstellt, die bei Bieterpräsentationen mit dem Bieter besprochen wurden. Nach Klärung aller offenen Punkte und Abgabe eines finalen Angebots durch die Bieter, wurde ein Preisspiegel aller Angebote erstellt, um diese miteinander vergleichbar zu machen.

Durch die strategischen Planungs- und Beratungsleistungen der VCE wurden die Verhandlungsgespräche umfassend vorbereitet und zielführend geleitet. Anschließend erstellte das VCE-Projektteam eine Vergabeempfehlung für den Bestbieter.

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Zum Projektstart wurden zunächst die entsprechenden Planungsgrundlagen ermittelt. Dazu gehörte neben der Sichtung der bisherigen Architektenplanung, die Identifikation der Lagergutanforderungen und Bedarfsmengen je ALS-Kunde, deren Güter künftig in der Halle untergebracht werden sollten. Zusätzlich zu Waren auf Europaletten, galt es zerbrechliche Langgüter mit Überlänge und geringem Gewicht sowie große und schwere Papierrollen beim Layout und der Auswahl der Lagertechnik zu berücksichtigen. Die Lagerung von Paletten wurde unter Einsatz von Palettenregalen geplant. Durch eine 3-Platz-Längslagerung auf fünf Ebenen und einer maximalen Lagerhöhe von 7,5 m (Oberkante Lagergut) konnte man die Hallenhöhe effizient ausnutzen. Zudem ermöglichte dies die ALS eine kostengünstige, brandschutzkonforme Deckensprinkler-Lösung implementieren zu können.

Zugunsten weiterer Lagerflexibilität wurden drei Regalzeilen auf die Querlagerung ausgelegt, um auch Paletten mit Überlänge bei Bedarf in Regalen lagern zu können. Die Palettenregale wurden in kurzer Distanz zu den Verpackungsplätzen verortet, die wiederum nahe der Lkw-Laderampen platziert wurden. Durch diese Anordnung konnten die Transportwege kurz und effizient gestaltet werden. Für die Lagerung der Langgüter, überwiegend Licht- und Medizintechnik, wurde eine Kragarm-Regalierung eingesetzt, auf dessen fünf Lagerebenen unterschiedlich lange Artikel flächeneffizient gelagert werden konnten. Für diverse nicht regalfähige Güter kam aufgrund des hohen Gewichts und zum Erhalt der Hallenflexibilität nur die Blocklagerung in Frage. Sie wurden unter der Berücksichtigung der Arbeitsgangbreiten in unterschiedliche Blöcke im Osten der Halle angeordnet. Ein separates Wareneingangs- und Ausgangstor gewährleitstet die kurze Transportwege und eine schnelle Abwicklung. Das gemeinsam entwickelte Lagerkonzept wurde entsprechend der Planung in dem Neubauvorhaben realisiert.

Fotos: A.L.S. Allgemeine Land- und Seespedition GmbH

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Gemeinsam mit dem Auftraggeber wurden jene Dienstleister ausgewählt, die an der Ausschreibung teilnehmen sollten. Basis dafür war ein RFI (Request for Information, Leistungsanfrage an die Dienstleister), in dem die vielfältigen Anforderungen, die technischen Eckdaten sowie die Servicevorgaben zusammengefasst wurden. Im anschließenden RFQ (Request for Quotation, detailliert ausgearbeitete Anfrage) definierte die VCE gemeinsam mit dem Kunden Prozesse, Mengen, Schnittstellen, Termine, Fristen und Ansprechpartner. Hierbei galt es insbesondere die Anforderungen bedingt durch wassergefährdende Stoffe zu berücksichtigen. Die abschließenden Vergabeverhandlungen und Referenzbesuche wurden durch die VCE vorbereitet und moderiert. Nach zwei Verhandlungsrunden wurde mit Unterstützung der VCE der bestgeeignete Logistikdienstleister für den Auftraggeber ausgewählt.

Foto: Fotolia (Johnny Lye)

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Die gesammelten Anforderungen wurden dem zukünftigen Dienstleister zur Verfügung gestellt und in ein ganzheitliches Logistikkonzept für alle relevanten Materialflüsse (Neuware Schuhe, Neuware Accessoires und Saisonware) überführt. Durch laufende Synchronisation der Anforderungen zwischen Kienast, dem neuen Dienstleister für B2B und dem bestehenden Dienstleister für B2C konnte das Logistikkonzept weiter optimiert werden, was eine Erweiterung des Projektumfangs zur Folge hatte.

Im Rahmen der IT-Design-Phase wurde der zukünftige Datenfluss zwischen Kienast und den beiden Logistik-Dienstleistern (B2B und B2C) inkl. Schnittstellen spezifiziert sowie die erforderlichen Modifikationen an den Kienast-Systemen definiert. In diesem Zuge wurden auch die Anforderungen an ein von Kienast parallel eingeführtes web-basiertes SCM-Tool ausgearbeitet, um spezifische Kundenprozesse wie QC zu unterstützen. Die Business-Anforderungen und die Ergebnisse aus dem IT-Design wurden formal dokumentiert und an die IT zur Ausarbeitung der technischen Lösungen und Einlastung in die Entwicklung übergeben.

Während der IT-Entwicklung wurden IT-Testfälle erarbeitet und die zeitliche Detailplanung für die Umsetzungsphase inkl. Testing, Umzug von Beständen, Go-Live und Hochlaufphase erstellt. Durch die gemeinsame Auswahl von geeigneter Testware und die laufende Abstimmung zwischen den Verantwortlichen aller Fachabteilungen konnte eine erfolgreiche Testphase durchgeführt und die lückenlose Filialversorgung sichergestellt werden – für Schuhe und Accessoires. Nach dem Go-Live wurde der Projektabschluss vorbereitet und die im Rahmen des Projekts identifizierten, weiterführenden Optimierungsansätze an Kienast übergeben.

Foto: © Kienast – www.kienast-schuhe.de

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Zu Beginn des Projektes wurde eine ausführliche Bestandsaufnahme durchgeführt, bei der sowohl die logistische Last als auch die Auftragsstruktur mithilfe von Datenauswertungen ermittelt wurden. Durch Vor-Ort Begehungen und Experten-Interviews wurden zudem ein Verständnis für die vorhandenen Prozesse, Materialflüsse und des eingesetzten technischen Equipments im Bereich der Versandabwicklung geschaffen.  

Im zweiten Arbeitspaket wurden die Ergebnisse der Bestandsaufnahme analysiert und bewertet. Durch eine kritische Hinterfragung der bestehenden Prozesse und des technischen Equipments auf Grundlage der erhobenen logistischen Last wurden verschieden Optimierungsansätze für den Versandprozess entwickelt. Es wurden Optimierungen in den Bereichen der Verpackungsmaterialien, Arbeitsabläufe oder der Automatisierung entwickelt und mit dem Auftraggeber diskutiert. Die Maßnahmen wurden z. T. mithilfe einer Amortisierungsrechnung bewertet, um die Variante mit dem besten Kosten-Nutzen-Verhältnis zu identifizieren. 

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Im ersten Teilprojekt wurde ein neues Beschilderungs- und Markierungskonzept für den Autohof entwickelt. Grundlage hierfür waren u. a. Änderungen in der Verkehrsführung sowie eine Erweiterung des Autohofes. Die Erarbeitung des Konzeptes wurde in Zusammenarbeit mit dem Büro Rücken & Partnerdurchgeführt und umfasste die Leistungsphasen 1-3 der HOAI. Ziel war es, die Verkehrsführung am Autohof eindeutig auszuweisen. Zusätzlich wurden im Zuge dieses Teilprojektes Varianten zur Absperrung und Freigabe von Stellplätzen für die Gütertransportkontrolle nach ADR entwickelt.

In zwei weiteren Teilprojekten wurden Machbarkeitsstudien zur Installation eines Parkleitsystems zur Steuerung der LKW sowie zur Kameraüberwachung auf dem Autohof durchgeführt. In beiden Machbarkeitsstudien wurden Varianten entwickelt, um zu analysieren mit welchen Techniken sich die Systeme umsetzen lassen. Die Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile sowie die jeweiligen Kosten je Variante dienten dem Auftraggeber zur Entscheidungsfindung.

Im vierten Teilprojekt wurde die Zulaufsteuerung zum Autohof optimiert. Da die Torstelle in den Nachtstunden gesperrt ist, wurden zum einen Varianten entwickelt, wie in diesen Zeiten die Verkehrssteuerung zu einer anderen Torstelle und deren Wahrnehmung verbessert werden kann und zum anderen wie LKW davon abgehalten werden, frühzeitig vor dem Tor zu parken. Vor- und Nachteile je Variante sowie die jeweiligen Kosten wurden als Entscheidungsbasis für den Auftraggeber aufbereitet.

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Um sich ein umfassendes Bild über die Anforderungen an das Materialflusssystem zu verschaffen, wurden zunächst der RfQ und die zugrunde gelegten Annahmen und Definitionen – insbesondere hinsichtlich Durchsatz, Auftragsstruktur, Artikelspektrum, Förder- und Sortierfähigkeit – detailliert erfasst und kritisch hinterfragt. 

Anschließend wurden die einzelnen Automationslösungen der Anbieter, welche im Wesentlichen aus verschiedenen Hochleistungskommissionier– und –sortiersystemen, der zugehörigen Förder- und Lagertechnik sowie den entsprechenden Softwarelösungen zur ganzheitlichen Steuerung des Materialflusssystems bestanden, mit den technischen Anforderungen aus dem RfQ abgeglichen. Für die detaillierte Evaluation wurde eine gewichtete Scorecard entwickelt, mit der der Anforderungserfüllungsgrad der einzelnen Intralogistiklösungen differenziert nach verschiedenen Bereichen (z.B. entscheidende Fördertechnikelemente, IT-Konzept) und Kategorien (z.B. Durchsatz, sortierfähiges Artikelspektrum, Flächenbedarf, Ergonomie, Flexibilität, Skalierbarkeit, Komplexität, Kosten) bewertet wurde. Zudem konnten etwaige fehlende Funktionalitäten, mögliche Risiken und Kosteneinsparpotenziale aufgezeigt und die Bieter zur entsprechenden Anpassung ihrer Angebote aufgefordert werden. 

Durch die detaillierte Konzeptbewertung und den daraus abgeleiteten Empfehlungen und Anpassungsbedarfen, konnte die VCE das Management von Yandex Market bei der Entscheidung zur Auswahl des am besten geeigneten Lösungsanbieters maßgeblich unterstützen. 

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Die im Logistikkonzept implementierten Steuerungsinstrumente und Logistikprozesse zur Regulierung des Durchsatzes des Verkehrsaufkommens ermöglicht es dem Kunden, die Veranstaltungen effizient und reibungslos abzuwickeln. Hierzu gehören Zufahrtsregelungen, vorgelagerte Check-In Prozesse, Kautionsprozesse, Prozesse zum Abendabbau, etc. Hierfür benötigte Anpassungen der Bestandsinfrastruktur wurden spezifiziert.

Auf Basis des entwickelten Logistikkonzeptes hat die VCE das RMCC bei der Auswahl eines Logistikdienstleisters zur operativen Abwicklung der entwickelten Logistikprozesse unterstützt. Die zur Umsetzung benötigten Gewerke Messelogistik sowie Möbellogistik des Logistikkonzepts wurden durch die VCE in zwei Vergabeverfahren in einer EU-weiten Ausschreibung ausgeschrieben, Angebote bewertet und dem RMCC als Entscheidungsvorlage präsentiert.
Die VCE unterstützte das RMCC nach der erfolgreichen Vergabe der Dienstleistungen auch bei der Implementierung und Inbetriebnahme der Dienstleistungen. Hierbei führte die VCE die Schulung der internen und externen Mitarbeiter sowie die Einführung des neuen Logistikkonzeptes vor Ort gemeinsam mit dem ausgewählten Dienstleister durch.

Der Beitrag Eventlogistik – Entwicklung & Inbetriebnahme Logistikkonzept erschien zuerst auf VCE Consulting & Engineering.

Im Rahmen der Projektvorbereitung wurden die Projektziele definiert, eine Rahmenterminplanung gesetzt und eine Kostenschätzung aufgestellt. Die Leistungsbeschreibungen der Gewerke der einzelnen Fachplaner wurden erarbeitet und relevante Fachplaner ermittelt. Die Projektkoordination wurde im Rahmen der Steuerung und Kontrolle der Fachplaner sowie der kontinuierlichen Mittelbedarfs- und Abflussplanung fortgeführt.
Die Projektsteuerung umfasste neben der Betreuung der Vor- und Ausführungsplanung der Gewerke technische Anlagen, Verkehrsanlagen und digitale Anzeigentechnik auch die Vorbereitung und Unterstützung der Vergabeverfahren sowie die anschließende Steuerung der Leistungen der Fachplaner im Rahmen der Umsetzung der genannten Gewerke.
Im Zusammenhang der Planung und Anforderungsspezifikation der Anzeigentechnik galt es, die Funktionalität der bestehenden Gebührentafeln zu automatisieren, das Servicelevel für die Kunden sicherzustellen und die digitalen Anzeigensysteme in die Parkflächen und das Corporate Design der Messe Essen einzufügen. In diesem Zuge wurde eine Anforderungsspezifikation der Anzeigentechnik erarbeitet und die Planung der Anzeigenstandorte umgesetzt.

Der Beitrag Messe Essen: Projektsteuerung digitale Gebührenanzeige Messelogistik erschien zuerst auf VCE Consulting & Engineering.