53 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende Gilt dies künftig auch für die Weiterentwicklung urbaner Energiesysteme? Die Sektoren Energie und Mobilität sind im besonderen Maße steigenden Anforderungen unterworfen (Klimawandel, Energiekrise) und erfahren dementsprechend einen hohen Veränderungsdruck. Zur Adressierung der bestehenden Herausforderungen bedarf es der fortwährenden Suche nach Synergieeffekten, Möglichkeiten der Optimierung sowie der Identifizierung räumlicher Nischen zur Etablierung entwickelter Innovationen. Straßenbahnsysteme bieten mit ihrem Stromnetz vielversprechende Ansatzpunkte (räumlich und energetisch) zur Förderung von E-Mobilität und Gleichstromsystemen. Diese Potenziale sollen auch unter Berücksichtigung städtebaulicher Gestaltungsanforderungen im vorliegenden Beitrag dargelegt werden. Wandel der Energieinfrastruktur Die Transition von wenigen zentralen, mit fossilen oder radioaktiven Brennstoffen betriebenen und damit gut zu prognostizierenden Kraftwerken hin zu dezentralen und erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen stellt insbesondere die Versorgungssicherheit sowie die Netzstabilität vor große Herausforderungen. Gleichzeitig nimmt die Elektrifizierung des Mobilitätssystems immer weiter zu und führt so zu einem gesteigerten und zeitlich variableren Energiebedarf. Beide Aspekte stellen bereits heute eine ernstzunehmende Probe für unsere elektrischen Netze dar. Perspektivisch dürfte die Belastung der Netze weiter zunehmen. Bestehende und vielerorts im Ausbau befindliche Straßenbahnnetze und die damit verbundenen technischen Infrastrukturen stellen theoretisch einen spannenden Ansatzpunkt dar, um ergänzende Netzanschlüsse und -kapazitäten zu schaffen. Straßenbahntrassen als energetische Gunsträume Städtebauliche Integration technischer Infrastrukturen im Kontext der Energiewende Energieerzeugung, E-Mobilität, Infrastruktur, Netzstabilität, Straßenbahntrassen Christian Larisch, Sarah Hermens, Jannik Wendorff Der urbane Raum ist seit jeher ein Ort des Wandels - ein Ort, in dem sich Transformationsprozesse und gesellschaftliche Veränderungen am schnellsten und anschaulichsten kristallisieren. Die Straßenbahn, als Rückgrat des nachhaltigen Verkehrs in unseren Städten, erfährt in den letzten Jahren eine Renaissance. Die vielerorts neu entstehenden Strecken zeugen von der steigenden Bedeutung des schienengebundenen Verkehrs in den Städten [1, 2]. „Straßenbahnen sind seit mehr als 100 Jahren Instrumente der Stabilisierung und Weiterentwicklung der ,europäischen Städte‘ (…)“ [1]. © Sarah Hermens 54 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende So bieten sich bestehende und neu zu schaffende Unterwerke - als Umspannwerke für Bahnstrom - beispielsweise als Ausgangspunkte für lokale Micro-Grid-Strukturen oder als Anschlusspunkt für (Schnell)-Ladeinfrastrukturen für PKW und Busse an. Als Microgrid wird in diesem Kontext ein Netz oder Teilnetz, welches bei Bedarf als Inselnetz betrieben werden kann und somit einen autarken Betrieb ermöglicht, verstanden. So können Energieerzeuger, die oftmals Energie aus erneuerbaren Energiequellen gewinnen, und Stromverbraucher in einem Netz zusammengebracht werden. Während im Neubau die Hebung potenzieller Synergien frühzeitig berücksichtigt werden kann, birgt die Umsetzung im Bestand größere Hürden. Die Straßenbahn als energetischer Anker - Anwendungsbeispiele Demonstrationsprojekte zur Nutzung des Stromnetzes von Straßenbahnsystemen zur Förderung von E-Mobilität sind in der Praxis bereits vereinzelt zu finden. Die verschiedenen technischen Umsetzungen werden im Folgenden kurz dargelegt. Beispiel A: Energie aus der Fahrleitung der Straßenbahn Am Pausenplatz des Bahnhofs Oberhausen Sterkrade wird vorhandene Straßenbahninfrastruktur zur Schnellladung von Elektrobussen und Elektrofahrzeugen genutzt (Bild 1). Dabei wird Energie für die Ladevorgänge aus der Fahrleitung der Straßenbahn und der dortigen Gleichstrominfrastruktur verwendet (Bild 2, Beispiel a). Die Batteriefahrzeuge können dort über einen Buslademast und drei PKW- Schnellladestationen geladen werden. Beispiel B: Energie aus Gleichrichterunterwerken Ein weiterer Ansatz der Nutzung bestehender Energieinfrastrukturen von Nahverkehrssystemen zur Ladung von Elektrobussen und -fahrzeugen ist der Energiebezug aus Gleichrichterunterwerken, mit deren Hilfe aus dem Wechselstrom der für viele Nahverkehrssysteme notwendige Gleichstrom erzeugt wird. Dies ist an der Oberhausener Haltestelle Neumarkt umgesetzt [3] (Bild 2, Beispiel b). Für die elektrische Versorgung der Straßenbahn befinden sich in Abständen von 1,5 bis 2 km entlang der Strecke Gleichrichterunterwerke. Diese liegen meist an Orten, an denen in der Regel auch weitere Flächenpotenziale zu finden sind und/ oder Restflächen, die entsprechend genutzt werden könnten, wie zum Beispiel an Linienendpunkten, im Umfeld von Wendelanlagen oder an Park-and-ride-Parkplätzen [4]. Beispiel C: Nutzung zwischengespeicherter Rekuperationsenergie aus Bremsvorgängen der Straßenbahn Am Standort der Kölner Haltestelle Bocklemünd wird ein weiterer Ansatz angewandt. Für die Ladung von Elektrobussen und -fahrzeugen im Umfeld der Haltestelle wird, anders als in den vorherigen Beispielen, Energie aus einem Batteriespeicher verwendet, der den Strom, der während der Bremsvorgänge der dortigen Stadtbahn freigesetzt wird (Rekuperation), speichert (Bild 2, Beispiel c). Der Lademast für den Elektrobus steht an der Haltestelle Bocklemünd und in dem naheliegenden Park-andride-Parkhaus befinden sich zwei Ladesäulen für Elektrofahrzeuge [5]. Durch den Energiespeicher ist dieser Ansatz etwas flexibler bei der Ortswahl hinsichtlich der technischen Limitation. Die aufgeführten Konzepte zeigen das Potenzial bestehender Energieinfrastrukturen von Nahverkehrssystemen, die Nutzung von Elektromobilität zu fördern und Haltestellen um entsprechende Bausteine, beispielsweise in Form von (Schnell-)Ladeinfrastruktur, zu erweitern. Die Konzepte erfordern ausreichend Platz sowohl für die Ladeinfrastruktur als auch für die notwendigen Parkplätze für die Dauer des Ladevorgangs bei den jeweiligen Fahrzeuge. Die Dimensionierung der Ladeplätze für E-Busse (Länge > 10 m) und die Sicherstellung der Anfahrbarkeit stellen bei der räumlichen Integration - auch städtebaulich - eine besondere Herausforderung dar. Während die Anwendungsbeispiele plastisch räumliche und energetische Synergien aufgezeigt haben, spielte die gestalterische Integration der (technischen) Infrastruktur hier nur eine untergeordnete Rolle. Bild 1: Energie-Infrastrukturen am Bahnhof Oberhausen Sterkrade. © Sarah Hermens 55 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende Zur Bedeutung der Gestaltung Haltestellen sind das Aushängeschild des Öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV), fungieren als Zugang zum Nahverkehrssystem und oft auch als multimodaler Knoten [2, 6]. Der Integration anderer Modi und Funktionen (zum Beispiel: Ladeinfrastruktur) kommt im Kontext der Verkehrswende eine Schlüsselrolle zu. Hier ergeben sich nicht nur Potenziale zur positiven Selbstdarstellung des ÖPNV und der Verkehrsunternehmen, sondern auch die Möglichkeit, sogenannte „wahlfreie“ Nutzer für den ÖPNV zu gewinnen [7]. „Die Bewohner der Städte lassen sich von guten verkehrlichen und städtebaulichen Konzepten für die Tram überzeugen - und dann nutzen sie diese! “ [1]. Eine attraktive Gestaltung von Haltepunkt und Umfeld hat einen positiven Einfluss auf die Wahrnehmung von Zeit und Entfernung. Der großen Bedeutung oftmals negativ empfundener Wartezeiten kann so entgegengewirkt werden, während gleichzeitig ein wertvoller Beitrag zur Aufenthaltsqualität im Quartier geleistet wird [2, 7]. Infrastrukturelemente sind als elementare Bausteine der Stadtgestaltung zu begreifen und mit einer entsprechenden Sorgsamkeit zu integrieren. Die technischen Komponenten stellen in diesem Zusammenhang eine der größten Herausforderungen dar. Dabei sind die grundsätzlichen Anforderungen wie beispielsweise Barrierefreiheit, Witterungsschutz und Übersichtlichkeit nicht außer acht zu lassen. Die hohe Präsenz von ÖPNV-Infrastruktur im öffentlichen Raum erfordert einen sensiblen Umgang bei Fragen zur Ausgestaltung. In den letzten Jahren rückte das Handlungsfeld Gestaltung in der Praxis stärker in den Vordergrund. Dies spiegelte sich nicht zuletzt im vom VDV-Industrieforum e. V. erarbeiten Handbuch „Gestaltung von urbaner Straßenbahninfrastruktur“ wider [7]. Die Gestaltung beschränkt sich jedoch nicht nur auf den engeren Haltestellenbereich, sondern auch auf das Quartier als Ganzes mitsamt seiner Zuwege zum Haltepunkt. Wie bei vielen gestalterischen Herausforderungen erweist sich die Transformation des Bestandes als weitaus schwieriger als die Realisierung neuer Projekte, bei denen die identifizierten Anforderungen frühzeitig in die Planung implementiert werden können. Im Bestand limitieren die Rahmenbedingungen die Ausgestaltungsmöglichkeiten, sei Bild 2: Beispiele für die Energieentnahme aus bestehenden Nahverkehrssystemnetzen zur Ladung von Batteriefahrzeugen. © Larisch et al. 56 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende es beispielsweise durch unzureichend verfügbare Flächen, dem bestehenden Ortsbild oder dem Bestandsschutz im Allgemeinen. Die Regiotram als städtebauliche und energetische Chance für die Städteregion Aachen Mit der Regiotram laufen in der Städteregion Aachen Planungen für eine neue Schienenpersonennahverkehrs-Verbindung (SPNV), die die Stadt Aachen mit dem nördlichen Teil der Städteregion verbindet und einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigeren Abwicklung des Pendlerverkehrs in der Region leisten soll. Die in der abgeschlossenen Machbarkeitsstudie favorisierte Trasse erschließt zum einen zahlreiche Bestandsquartiere und führt zum anderen durch Freiraumstrukturen (Bild 3). Bei einer entsprechenden technischen Ausgestaltung der Schieneninfrastruktur ergeben sich aus energetischer Perspektive zahlreiche Anknüpfungspunkte, sowohl für die erschlossenen Bestandsstrukturen als auch für potenzielle Neubauprojekte entlang der Regiotram. Neben der Möglichkeit kleinteilig entlang der Trasse mit Ladeinfrastruktur anzudocken, beispielsweise im direkten Umfeld der Haltepunkte (Stichwort: Mobilstationen), könnten auch Microgridsysteme (DC) sowohl im Bestand (zum Beispiel im Rahmen einer städtebaulichen Nachverdichtung) als auch bei Neubauquartieren entlang der Trasse (Transit Oriented Development) implementiert werden - die Tram und ihre Trasse als Nukleus für technische Innovationen. Die bei der Umgestaltung des Straßenraums anfallenden Restflächen, respektive entstehende Insellagen, sollten dabei als Möglichkeitsräume für die Andockung von kleinteiliger Energieinfrastruktur verstanden werden. Nachdem vor knapp zehn Jahren das Projekt der Campusbahn in Aachen scheiterte, ergibt sich nun mit der Regiotram eine neue Chance für die Städteregion. Bereits im ursprünglichen Konzept wurden die Synergien zwischen SPNV und Elektromobilität erkannt und entsprechende Schnittstellen bei der Planung mitgedacht [8]. Diesen Gedanken gilt es nun wieder aufzunehmen und weiterzuentwickeln. Das Problem der Flächenverfügbarkeit Im Rahmen einer möglichen Umsetzung ist die Flächenverfügbarkeit ein limitierender Faktor. Sowohl Ladeinfrastruktur inklusive der dazu gehörenden Stellplätze als auch die Unterwerke sind tendenziell flächenintensiv. Der Straßenraum als solcher ist konkurrierenden Nutzungsanforderungen unterworfen. Eine entsprechend gelungene Integration dieser Nutzungsbausteine kann, speziell in verdichteten/ historischen Bestandsstrukturen mit schlanken Straßenquerschnitten, zu einer planerischen Herausforderung werden. Hier bedarf es kreativer Lösungen. Die bestehenden Restflächen im Umfeld der Straßenbahn sollten zwar proaktiv als Potenzialflächen gesehen werden, reichen aber auch oftmals nicht für die vorgeschlagenen Infrastrukturbausteine aus. Auch sollte eine etwaige Versiegelung von beispielsweise Begleitgrün oder Grüninseln kritisch diskutiert werden. Die Neuplanung von SPNV-Infrastruktur oder die Entwicklung neuer Baugebiete ist hingegen nur bedingt durch diese Einschränkung betroffen und kann derlei Flächenanforderungen frühzeitig im Planungsprozess berücksichtigen. Technische Limitationen In der technischen Umsetzbarkeit besteht ein grundlegender Unterschied für Bestand und Neubau. Im Bestand lassen sich keine pauschalen und übertragbaren Aussagen zur Machbarkeit der hier vorgestellten Ansätze treffen. Durch die verschiedenen Systeme und verbauten Komponenten ist die Frage nach der Möglichkeit der Integration von Ladeinfrastruktur stets eine Einzelfallentscheidung. Die Netzkapazität, welche in der Regel erweiterbar ist, Bild 3: Möglicher Trassenverlauf der Regiotram gemäß Machbarkeitsstudie (Stand: Juli 2023). © Larisch et al. 57 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende ist für die mögliche Dimensionierung der Ladeinfrastruktur rahmengebend. Auch die Frage, ob Gleich- oder Wechselstromsysteme im Straßenbahnsystem genutzt werden, ist beim Andocken von Schnellladesäulen und Microgrids (ohne ergänzenden Wechselstromrichter) an die SPNV-Trasse zu berücksichtigen. Auch bei Microgrids limitiert die vorliegende Netzkapazität die mögliche Größe. Die Netzstabilität des SPNV ist jeweils sicherzustellen. Bei einem Neubauprojekt kann der Bedarf der Ladeinfrastruktur bei der Dimensionierung der benötigten Energieinfrastrukturen mitgeplant, auf die entsprechende Last ausgelegt und so frühzeitig mitgedacht werden. Synergien und Chancen einer integrierten Planung frühzeitig mitdenken Die aufgezeigten räumlichen und funktionalen Synergien bieten Lösungsansätze für die steigenden Anforderungen an Energieversorgung und Mobilität. Die vorhandene Infrastruktur sowie die entstehenden und bestehenden räumlichen Nischen entlang von Straßenbahntrassen bieten vielfältige Möglichkeiten zur Implementation innovativer Ansätze. Eine erfolgreiche Umsetzung erfordert dabei ein frühzeitiges Mitdenken der Möglichkeiten und Anforderungen. Dabei sind die gestalterischen Anforderungen der Energie- und Verkehrsinfrastruktur mehr als nur „nice to have“, sondern integraler Bestandteil für den Erfolg und die Akzeptanz von Veränderungen im öffentlichen Raum! LITERATUR [ 1] Beckmann, K. J.; Metzmacher, M.: Bewährte und innovative Impulse für städtische Mobilität und integrierte Stadtentwicklung - die Tram in Deutschland. In: BBSR (Hrsg.): Straßenbahnen und Stadtentwicklung. Informationen für Raumentwicklung Heft 4.2016. Stuttgart: Franz Steiner Verlag, (2016) S. 391 - 406. [2] Priebs, A.: Qualifizierung von Stadtrand und Suburbia durch schienengebundenen Nahverkehr. In: Hannemann et al. (Hrsg.): Jahrbuch StadtRegion 2019/ 2020. Wiesbaden: Springer Fachmedien, (2020) S. 153 - 173. [3] Müller-Hellmann, A., Thurm, S.: Batteriebusse im ÖPNV. Grundsätzliche Überlegungen und Demonstrationsprojekte in Oberhausen. In: Der Nahverkehr 11/ 2015. (2015) S. 30 - 34. [4] Müller-Hellmann, A., Baumann, R., Stahlberg, U.: Mitbenutzung von Gleichspannungsanlagen des ÖPNV zur DC-Ladung von Batteriefahrzeugen. Beitrag zu einem Tagungsband. In: Internationaler ETG-Kongress 2013 - Energieversorgung auf dem Weg nach 2050. Berlin (2013). [5] Anemüller, S.: Stadtbahn macht Pkw zu Klimaschützern. Blog Kvb Köln, (2021). https: / / blog.kvb-koeln.de/ stadtbahn-macht-pkw-zu-klimaschuetzern. (zugegriffen am: 05.09.2023) [6] Besier, S.: Städtebauliche Integration und Gestaltung der Infrastrukturanlagen von Stadt- und Straßenbahn. In: BBSR (Hrsg.): Straßenbahnen und Stadtentwicklung. Informationen für Raumentwicklung, Stuttgart: Franz Steiner Verlag. Heft 4 (2016) S. 407 - 420. [7] Verband Deutscher Verkehrsunternehmen e. V. (VDV) (Hrsg.): Gestaltung von urbaner Straßenbahninfrastruktur. Handbuch für die städtebauliche Integration. Köln: beka Gmbh, (2016). [8] Stadt Aachen: stadtseiten - Bürgerinformationen der Stadt Aachen, Nr. 1, Jahrgang 5 (2012). Abgerufen von: https: / / w w w.aachen.de/ de/ stadt _ buerger/ politik _ verwaltung/ Stadtseiten/ stadtseiten_print/ stadtseiten_22012012.pdf (zugegriffen am 05.09.2023). Christian Larisch, M. Sc. Wissenschaftlicher Mitarbeiter RWTH Aachen University Institut für Städtebau und Europäische Urbanistik Kontakt: larisch@staedtebau.rwth-aachen.de Sarah Hermens, M. Sc. Wissenschaftliche Mitarbeiterin RWTH Aachen University Institut für Städtebau und Europäische Urbanistik Kontakt: hermens@staedtebau.rwth-aachen.de Jannik Wendorff, M. Sc. Wissenschaftlicher Mitarbeiter RWTH Aachen University Institut für Städtebau und Europäische Urbanistik Kontakt: wendorff@staedtebau.rwth-aachen.de AUTOR*INNEN All you can read Alles zusammen zum Superpreis: Die Papierausgabe in hochwertigem Druck, das ePaper zum Blättern am Bildschirm und auf dem Smartphone, dazu alle bisher erschienenen Ausgaben im elektronischen Archiv - so haben Sie Ihre Fachzeitschrift für den urbanen Wandel immer und überall griffbereit. AboPlus: Print + ePaper + Archiv www.transforming-cities.de/ magazin-abonnieren AA ww