title: Entwicklung einer modellbasierten Eignungsanalyse für batterieelektrische Rettungswagen am Beispiel des Ilm-Kreises
title: Development of a model-based suitability analysis for battery electric ambulances at the example of the Ilm-Kreis
Creators: name: Scheuerer, Tim
Publisher: name: Hochschulbibliothek der Technischen Hochschule Köln
Year: 2024
Subjects: subject: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften

description: Der anthropogene Klimawandel erfordert drastische Maßnahmen zur Reduzierung von Treib-hausgasemissionen, insbesondere im Verkehrssektor. Alternative Antriebe wie batterieelektri-sche Fahrzeuge sind vielversprechend, auch für den Rettungsdienst, der derzeit überwiegend Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren nutzt. Ein Hindernis für die Einführung von batterie-elektrischen Rettungswagen ist die begrenzte Reichweite. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik zur Ermittlung, ob und welche konventionell betriebenen Rettungswagen unter welchen ladeinfrastrukturellen Voraussetzungen durch batterieelektrische Rettungswagen er-setzt werden können. Konkret wird untersucht, welche der neun im Ilm-Kreis stationierten Ret-tungswagen durch das Modell „WAS 500 E-Ambulanz“ ersetzt werden können und welche Ladeinfrastruktur dafür notwendig ist.
Die Analyse basiert auf Einsatzfahrtdaten der Rettungswagen im Ilm-Kreis aus dem Jahr 2022. Fehlende Daten wurden durch Imputation ergänzt. Die Methodik umfasst die Entwicklung ma-thematisch-physikalischer Modelle zur Simulation des Ladezustands der batterieelektrischen Rettungswagen unter den zwei Szenarien: „Ladeinfrastruktur nur an Rettungswachen“ und „Ladeinfrastruktur an Rettungswachen und Krankenhäusern“. Herausforderungen bestehen in den Datenlücken und der Qualität der vorhandenen Daten. Die Modellierung weist Einschrän-kungen aufgrund der Datenqualität und Vereinfachungen realer Bedingungen auf. Eine Mo-dellvalidierung war nur grundlegend möglich. Die Methodik kann auf andere Untersuchungs-gebiete übertragen werden, sofern die Parameter angepasst werden und eine ausreichende Datenqualität gewährleistet ist. Zielgruppe sind Entscheidungsträger im Rettungsdienst und bei der Fahrzeugbeschaffung.
Die Simulation zeigt, dass keiner der Rettungswagen im Ilm-Kreis einschränkungslos ersetzt werden kann. Hauptursachen sind aufeinanderfolgende Einsatzfahrten ohne ausreichende Zwischenladung und Einsätze mit Gesamtverbräuchen über der maximalen Batteriekapazität. Im Szenario „Ladeinfrastruktur nur an Rettungswachen“ liegt die Ausfallrate zwischen 1,71 % und 4,9 %, während sie im Szenario „Ladeinfrastruktur an Rettungswachen und Krankenhäu-sern“ auf 0,14 % bis 0,91 % sinkt. Unter der Voraussetzung der Einhaltung bestimmter Ein-schränkungen ist es möglich, im Rahmen des Szenarios „Ladeinfrastruktur an Rettungswa-chen und Krankenhäusern“ vier Rettungswagen durch batterieelektrische Rettungswagen zu ersetzen. Die Einschränkungen umfassen eine Anpassung der Dispositionsstrategie sowie die fortlaufende Vorhaltung konventioneller Rettungswagen an anderen Standorten. Weitere For-schung ist notwendig, um die Modellgenauigkeit zu verbessern und die genauen Auswirkun-gen angepasster Dispositionsstrategien zu untersuchen. Zukünftige Praxistests und Wirt-schaftlichkeitsanalysen sind erforderlich, um die umfassende Eignung von batterieelektrischen Rettungswagen sicherzustellen.
description: Anthropogenic climate change requires drastic measures to reduce greenhouse gas emissi-ons, particularly in the transport sector. Alternative drives such as battery-electric vehicles are promising, including for the emergency services, which currently mainly use vehicles with com-bustion engines. One obstacle to the introduction of battery-electric ambulances is their limited range. The aim of this work is to develop a methodology to determine whether and which conventionally powered ambulances can be replaced by battery-electric ambulances under which charging infrastructure conditions. Specifically, it examines which of the nine ambu-lances stationed in the Ilm-Kreis can be replaced by the “WAS 500 E-Ambulanz” model and what charging infrastructure is required for this.
The analysis is based on ambulance deployment data in the Ilm-Kreis from 2022. Missing data was supplemented by imputation. The methodology includes the development of mathemati-cal-physical models to simulate the state of charge of battery-electric ambulances under two scenarios: “Charging infrastructure at ambulance stations only” and “Charging infrastructure at ambulance stations and hospitals”. Challenges exist in the data gaps and the quality of the available data. The modeling has limitations due to data quality and simplifications of real con-ditions. Model validation was only possible on a basic level. The methodology can be transfer-red to other areas of investigation, provided that the parameters are adjusted and sufficient data quality is guaranteed. The target group is decision-makers in the rescue service and in vehicle procurement.
The simulation shows that none of the ambulances in the Ilm-Kreis can be replaced without restriction. The main causes are consecutive missions without sufficient intermediate charging and missions with total consumption above the maximum battery capacity. With charging inf-rastructure only at rescue stations, the failure rate is between 1.71% and 4.9%, while it falls to between 0.14% and 0.91% with additional charging infrastructure at hospitals. Provided that certain restrictions are met, it is possible to replace four ambulances with battery electric am-bulances in the “Charging infrastructure at ambulance stations and hospitals” scenario. The restrictions include an adjustment of the dispatching strategy and the ongoing provision of conventional ambulances at other locations. Further research is needed to improve model ac-curacy and to investigate the exact effects of adapted dispatching strategies. Future practical tests and profitability analyses are required to ensure the comprehensive suitability of battery-electric ambulances.