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Modellierung und Prognose von Kapazitätsbeschränkungen an Flughäfen

2. September 2013

Kapazitätsengpässe gewinnen an internationalen Flughäfen immer mehr an Bedeutung. Für einen Horizont von 20 Jahren erwarten Flugzeughersteller wie Airbus und Boeing, sowie internationale Organisationen wie die ICAO ein jährliches Luftverkehrswachstum von 4% bis 5% pro Jahr. Jedoch arbeiten schon heute viele Flughäfen zu Spitzenstunden an ihrer Kapazitätsgrenze und notwendige Startbahnsystemerweiterungen nehmen in einigen Fällen zehn und mehr Jahre in Anspruch, falls sie überhaupt möglich sind. In London Heathrow z.B. stagniert praktisch die Zahl der Flugbewegungen schon seit mehr als zehn Jahren, obwohl der globale und europäische Luftverkehr insgesamt noch wächst (Abbildung 1). Die Bedeutung von Kapazitätsengpässen ist umso höher einzuschätzen, als dass vorwiegend Hubs wie z.B. London Heathrow, Frankfurt oder Paris Charles de Gaulle betroffen sind, die für das globale Luftverkehrsnetzwerk aufgrund ihrer Konnektivität eine hohe Bedeutung besitzen.

Abbildung 1: Entwicklung des Luftverkehrs 2000 – 2011 in Europa, London Heathrow und Frankfurt (Gelhausen, 2013)

Um ein einheitliches Kapazitätsbewertungsverfahren für eine globale Analyse bereit zu stellen, hat DLR Flughafenwesen und Luftverkehr den Capacity Utilisation Index (CUI) entwickelt, der basierend auf einer sogenannten Ranking Curve die Kapazitätsauslastung ermittelt. Die Ranking Curve stellt hierbei eine gemäß dem Verkehrsaufkommen absteigende Anordnung aller 8760 Jahresstunden eines Flughafens dar. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für London Heathrow. Der Capacity Utilisation Index ist definiert als das Verhältnis von mittlerer Stunde zu 5% Spitzenstunde und beträgt z.B. im Fall von London Heathrow 0,85. London Heathrow ist damit zurzeit der Flughafen mit der höchsten Kapazitätsauslastung weltweit und dient in unseren Analysen als Benchmark („London Heathrow Standard“).

Abbildung 2: Ranking Curve für London Heathrow (Gelhausen et al., 2013)

Abbildung 3 verdeutlicht die aktuelle Kapazitätssituation der weltweit 1000 größten Flughäfen (95% der weltweiten Flüge) mithilfe des Capacity Utilisation Index (CUI). Kritische Flughäfen sind im Nordosten der Abbildung zu finden, d.h. hierbei handelt es sich um Flughäfen, die ein hohes Flugbewegungsaufkommen aufweisen (Hubs) sowie über eine hohe Kapazitätsauslastung verfügen. London Heathrow weist mit 0,85 den höchsten gemessenen Wert auf und kritische CUI Werte sind ab einem Bereich von 0,65 bis 0,7 zu finden. Abbildung 3 zeigt, dass Flughäfen mit einem CUI Wert von mindestens 0,65 bereits 40% des globalen Flugbewegungsaufkommens abwickeln.

 

Abbildung 3: Globale Verteilung des Capacity Utilisation Index (Reichmuth et al., 2011)

Nachdem alle Flughäfen eine Kapazitätsbewertung durchlaufen haben und eine Luftverkehrsnachfrageprognose zugrunde gelegt wurde, können jene kritischen Flughäfen identifiziert werden, deren aktuelle Kapazität nicht ausreicht, um die zukünftige Nachfrage zu bedienen. Hier setzt das Modell der Ausbauverzögerungsprognose an, so dass die aktuellen und zukünftigen Kapazitätsdefizite bewertet werden können. Der Fokus liegt dabei auf dem Start-/Landebahnsystem, da es in den meisten Fällen der kritischste Kapazitätsengpass ist und in vielen Industriestaaten langwierige Genehmigungsprozesse für eine Erweiterung erforderlich sind. Abbildung 4 zeigt die wesentliche Faktoren der Ausbauverzögerungen: Die allgemeine Einstellung der Anwohner zum Luftverkehr, Größe & Lage des Flughafens, Partizipationslevel im politischen Entscheidungsprozess sowie intermodale Substitution. Je nach Ausprägung der einzelnen Faktoren verzögern sich Flughafenausbauten mehr oder weniger, wobei durchaus auch keine Verzögerungen oder auch eine Unmöglichkeit eines weiteren Ausbaus denkbar sind. Hierbei spielen insbesondere die Größe und Lage sowie die Anwohnerinteressen und deren Durchsetzbarkeit im politischen Entscheidungsprozess eine wichtige Rolle. An dieser Stelle ist noch darauf hinzuweisen, dass es nicht Sinn und Zweck des Modells ist, verschiedene Interessen in einem normativen Sinne zu bewerten und gegeneinander abzuwägen, sondern lediglich die empirisch ermittelbare Situation in einem Modell deskriptiv zu beschreiben, um eine Analyse und Prognose der zukünftigen Kapazitätssituation zu ermöglichen.

Abbildung 4: Determinanten von Flughafenausbauverzögerungen (Gelhausen, 2012)

Abbildung 5 zeigt basierend auf den beiden oben beschriebenen Modelle der DLR Capacity Constraints Model Suite (Gelhausen, 2012) beispielhaft die Verteilung der Ausbauverzögerungen weltweit bis zum Jahr 2032 bei einer unterstellten Wachstumsrate von 3,5%, die leicht unterhalb der globalen Wachstumsrate der Flugbewegungen der letzten 20 Jahre liegt (ICAO, 2005 & 2012). Diese Wachstumsrate wird gleichmäßig auf alle Flughäfen angewendet. Man erkennt, dass 60% der Ausbauvorhaben sich maximal um vier Jahre verzögert und hierbei 29 Ausbauvorhaben eine Verzögerung von maximal einem halben Jahr aufweisen und damit praktisch nicht vorhanden sind. Bei diesen Flughäfen handelt es sich vorwiegend um kleinere Flughäfen, die im Zuge der Luftverkehrsentwicklung ausgebaut werden, so z.B. die Erweiterung auf ein 2-Bahn-System. Die Bedeutung dieser Flughäfen beschränkt sich in vielen Fällen auf das eigene Einzugsgebiet. Knapp 18% der Ausbauvorhaben verzögern sich jedoch um 15 Jahre oder mehr, so dass in einigen Fällen ein weiterer Ausbau kaum möglich erscheint. Typischerweise handelt es sich hierbei um große internationale Hub-Flughäfen wie z.B. London Heathrow, Chicago O’Hare, Frankfurt und Paris Charles de Gaulle. Aufgrund ihrer Hub-Funktion und damit ihrer großen Bedeutung für das internationale Luftverkehrsnetz sind diese Ausbauverzögerungen von großer Bedeutung, da sie das Luftverkehrsnetz insgesamt betreffen und über die Zubringerverkehre auch auf kleiner Flughäfen zurück wirken können. Zudem wirkt die unterstellte gleichmäßige Wachstumsrate auf allen Flughäfen ohne Differenzierung nach Größe tendenziell engpassabschwächend, da langfristig die großen Flughäfen ein größeres Wachstumspotential aufweisen als kleinere, was auch zu der hohen Konzentration des Luftverkehrs auf wenige große Flughäfen führt (Gelhausen, 2013). Als Fazit bleibt festzuhalten, dass selbst bei konservativen Annahmen bezüglich des zukünftigen Luftverkehrswachstums Kapazitätsengpässe ein signifikantes Problem darstellen.

 Abbildung 5: Verteilung der Ausbauverzögerungen bis 2032 bei einer unterstellten jährlichen Wachstumsrate der Flugbewegungen von 3,5% (Gelhausen, 2013)

 

Abbildung 6: Kapazitätssituation (Großes Bild) gemessen mit dem CUI-Index an den Flughäfen weltweit für das Jahr 2010-2030 (Jung, 2013) 

     

 

Referenzen

Gelhausen, M.C. (2013), A model of airport capacity expansion delays, Proceedings of the Air Transport Research Society World Conference 2013, Bergamo, Italy.

Gelhausen, M.C. (2012), Model for testing the effects of airport capacity constraints on future traffic development at airports worldwide – The DLR Airport Capacity Constraints Model Suite, Cologne, 2012

Gelhausen, M.C., Berster, P., Wilken, D. (2013), Do airport capacity constraints have a serious impact on the future development of air traffic?, Journal of Air Transport Management, 28, pp. 3-13

International Civil Aviation Organization (ICAO) (2005), The World of Civil Aviation, Montreal, 2005

International Civil Aviation Organization (ICAO) (2012), ICAO Annual Report of the Council, Montreal, 2012

Reichmuth, J., Berster, P., Gelhausen, M.C. (2011), Airport capacity constraints: future avenues for growth of global traffic, CEAS Aeronautical Journal, 2(1-4), pp. 21-34

Wilken, D., Berster, P., Gelhausen, M.C. (2011), New empirical evidence on airport capacity utilisation: Relationships between hourly and annual traffic volumes, Research in Transport Business & Management, 1 (Airport Management), pp. 118 - 127

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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