ForBat@Bau - Holistische Planung und Durchführung komplexer Bauvorhaben mit batterieelektrischen Maschinen

Die Bauindustrie leistet einen erheblichen Beitrag zu den globalen CO₂-Emissionen, insbesondere durch den Einsatz verbrennungsmotorisch betriebener Baumaschinen auf Baustellen. Zur Reduktion dieser Emissionen werden in Industrie und Forschung verschiedene alternative Antriebskonzepte diskutiert, darunter batterieelektrische, wasserstoffbasierte und synthetisch kraftstoffbasierte Lösungen. Aufgrund ihrer hohen Gesamteffizienz, lokalen Emissionsfreiheit und des Potenzials für niedrige Betriebskosten zeichnen sich batterieelektrische Baumaschinen dabei zunehmend als bevorzugte Option ab.

Trotz dieser Vorteile ist ihre Marktdurchdringung bislang gering. Zentrale Hemmnisse sind die begrenzte Verfügbarkeit elektrischer Energie auf Baustellen, lange Ladezeiten, unzureichend ausgelegte Netzanschlüsse sowie das Fehlen eines systemischen Ansatzes zur Integration von Maschinen, Energiespeichern und Bauprozessen. Insbesondere bei komplexen Bauvorhaben und leistungsintensiven Maschinenklassen zeigt sich, dass ein isolierter Ersatz von Diesel- durch Elektromaschinen nicht zielführend ist. Der erfolgreiche Einsatz batterieelektrischer Maschinen erfordert vielmehr eine ganzheitliche Betrachtung des Baustellenbetriebs sowie der zugrunde liegenden Energie- und Prozessstrukturen.

Ziel des Forschungsverbunds ForBat@Bau ist es, vollelektrifizierte Baustellen durch einen ganzheitlichen, softwaregestützten Ansatz wirtschaftlich und planungssicher zu ermöglichen. Statt der isolierten Betrachtung einzelner Maschinen sollen Bauprozesse, Maschinen, Energiespeicher, Ladeinfrastruktur und Netzanschluss integriert geplant und betrieben werden. Durch standardisierte Prozess- und Energiedaten, intelligentes Energiemanagement und enge Zusammenarbeit aller relevanten Stakeholder sollen emissionsfreie Baustellen praxistauglich umgesetzt und wirtschaftliche Potenziale erschlossen werden.

Das Projekt verfolgt einen integrierten, daten- und softwaregestützten Ansatz zur Planung, Optimierung und Steuerung vollelektrifizierter Baustellen, der Maschinen, Energiespeicher und Netzanschlüsse miteinander verknüpft.

Teilprojekt 1 (HAW) entwickelt ein modulares Simulationsframework für batterieelektrische Antriebe, basierend auf realen Betriebs- und Lastdaten sowie detaillierter Vermessung einzelner Komponenten. Es bildet mechanische, elektrische und steuerungstechnische Aspekte ab, vergleicht Antriebskonzepte und liefert standardisierte Daten und Schnittstellen für die weiteren Teilprojekte.

Teilprojekt 2 (FTM) konzipiert modulare, dynamisch einsetzbare Batteriespeicher, die interne Maschinenspeicher erweitern, stationär genutzt oder zwischen Maschinen verteilt werden können. Prototypen werden getestet und simulativ bewertet, und die Erkenntnisse fließen in eine nutzerzentrierte Softwarelösung für operative Planung und Disposition ein.

Teilprojekt 3 (fml) entwickelt ein softwaregestütztes Energiemanagementsystem, das Bauprozesse systematisch erfasst, standardisiert und in einer Bauprozessdatenbank hinterlegt. Die Integration in BIM ermöglicht eine praxisnahe Planung der Baustellenenergielogistik, ergänzt durch eine Open-Source-IoT-Schnittstelle zur Überwachung von Maschinen, Ladezuständen und Energiespeichern.

Teilprojekt 4 (FENES) erstellt ein dynamisches Netzanschlusskonzept, das flexible, netzdienliche und wirtschaftlich optimierte Stromversorgung sicherstellt. Netzkapazitäten werden analysiert, prognostiziert und durch Betriebsstrategien gesteuert. Die Konzepte werden in einem Demonstrator getestet, um Ladeleistungen dynamisch anzupassen, Netzrückwirkungen zu minimieren und ökonomische sowie ökologische Vorteile zu realisieren.

Dieses Forschungsprojekt wird durch die Bayerische Forschungsstiftung gefördert.