Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
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Die stärkere Nutzung erneuerbarer Energien ist ein erklärtes Ziel der Bundesregierung. Die Photovoltaik, das heißt die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie, ist hierbei eine Möglichkeit. Um die photovoltaische Engergieversorgung verschiedener Elemente der Straßenausstattung zu erproben, wurde das Demonstrationsvorhaben "Einsatz der Photovoltaik im bundeseigenen Bereich" nach einer gemeinsamen Initiative des Bundeskanzleramtes und des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie gestartet. Die Bundesanstalt für Straßenwesen übernahm bei diesem Projekt die wissenschaftlich-technische Betreuung der Anwendungen im Bereich der Straßenausstattung. Im Rahmen des Demonstrationsvorhabens wurden insgesamt 28 Photovoltaik-Inselsysteme für acht verschiedene Anwendungen errichtet. Die Auswahl der Anwendungen erfolgte unter Berücksichtigung der Ziele des Demonstrationsvorhabens, der Multiplikationswirkung, der Öffentlichkeitswirksamkeit und dem Know-how-Transfer. Um die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik-Anwendungen nachzuweisen, wurde der Betrieb von 15 Photovoltaik-Inselsystemen messtechnisch dokumentiert. Der vorliegende Bericht beinhaltet die Beschreibung der verschiedenen Anwendungen, den Aufbau der Photovoltaik-Inselsysteme und deren Funktion. Anhand der Messergebnisse wurden die Betriebscharakteristiken der nach unterschiedlichen Voraussetzungen ausgelegten Photovoltaik-Inselsysteme (Betriebszeitraum, Autonomiezeit, zu deckender Energiebedarf etc.) analysiert. Die bei einigen Systemen auftretenden Betriebsstörungen wurden untersucht und deren Ursachen ermittelt. Auch die Kostenermittlung für die Demonstrationsanlagen und ein Vergleich mit den Kosten anderer Photovoltaik-Anwendungen oder Versorgungsalternativen ist Teil des Berichtes. Aufgrund der Ergebnisse wurden Ansätze zur Verbesserung der Effizienz und der Wirtschaftlichkeit von photovoltaischer Energieversorgung beschrieben. Dabei flossen sowohl Aspekte der technologischen Entwicklung als auch notwendige begleitende Maßnahmen, die einen weitergehenden Einsatz der Photovoltaik begünstigen könnten, in die Erörterung ein.
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Als Ergebnis des Forschungsvorhabens wurde ein Simulationsverfahren für die Ermittlung von Streckenkapazitäten auf Bundesautobahnen (BAB) bei winterlichen Straßenzuständen erarbeitet. Der Berechnungsansatz wurde auf eine robuste Verfahrensweise ausgelegt, um die Auswirkungen von Ungenauigkeiten und Fehlern der Eingangsgrößen zu minimieren. Das Verfahren orientiert sich an den technischen Rahmenbedingungen wie z.B. die Eigenschaften der derzeit verfügbaren Daten der Wetterprognose und der Umfelddatenerfassung. Zugleich werden die Anforderungen an die Nutzung der Prognoseergebnisse berücksichtigt. Ausgehend von einer Grundkapazität der Streckenabschnitte in Anlehnung an das Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS) wurden Abschlagsfaktoren für die jeweils vorherrschende Witterungssituation ermittelt. Diese Witterungseigenschaften wurden zuvor anhand charakteristischer Eingangsgrößen zusammengefasst und als Wetterklassen definiert. Das nachgeschaltete Prognoseverfahren ist als zweistufiger Ansatz mit einer Planungsprognose für die vorausschauende Disposition sowie einer Kurzfristdarstellung für die operative Durchführung der Verkehrsmanagements, des Straßenbetriebsdienstes und des Arbeitsstellenmanagements aufgebaut. Es basiert auf einem Warteschlangenmodell. Die Ergebnisse zeigen mögliche Stauereignisse auf und können als Entscheidungshilfe verwendet werden. Beide Komponenten setzen auf den gleichen grundsätzlichen Vorgehensweisen für die Prognose auf. Es bleibt offensichtlich, dass die Güte der Wetterprognose für die korrekte Auswahl der Wetterklasse entscheidend ist. Die Zuverlässigkeit der nachfolgend aufgesetzten Prognose des Verkehrsablaufs korreliert daher unmittelbar mit der Qualität der Eingangsgröße Wetterprognose. Aus diesem Grund ist der Bereitstellung hochwertiger und kleinräumiger Wetterprognosen für den Straßenbetriebsdienst die erforderliche Aufmerksamkeit zu widmen. Die im Forschungsvorhaben entwickelte modelltechnische Abbildung der witterungsbedingten Kapazitätseinschränkung und ihrer Auswirkungen auf den Verkehrsablauf durch zwei Risikostufen in Form einer "Warnung" und eines "Alarms" hat sich in der Evaluierung bewährt. Dabei ist die betriebsnahe Interpretation der Prognoseergebnisse möglich. Das Verfahren mit den Vorhersagen des Verkehrszustands Eingangsgrößen beweist, dass sie als Auslösekriterien für Maßnahmen des Verkehrsmanagements genutzt werden können.