Erneuerbar mobil - Marktfähige Lösungen für eine klimafreundliche

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Erneuerbar mobil
Marktfähige Lösungen für eine
klimafreundliche Elektromobilität
Erneuerbar
mobil
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Herausgeber
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB)
Referat Öffentlichkeitsarbeit • 11055 Berlin
E-Mail: [email protected] • Internet: www.bmub.bund.de
Redaktion
BMUB, Referat IG I 5
Triad Projektgesellschaft mbH, Berlin
Gestaltung
Triad Projektgesellschaft mbH, Berlin
Druck
LASERLINE Berlin
Bildnachweise
Titel shutterstock, Seite 3 Triad Berlin/shutterstock, Triad Berlin/istockphoto, Seite 6 VDI/VDE-IT,
Seite 7 VDI/VDE-IT, Seite 8 VDI/VDE-IT, Seite 10 Triad Berlin, Seite 12 fotolia.com, Seite 13 shutterstock,
Seite 15 Triad Berlin/shutterstock, Seite 17 Triad Berlin/shutterstock, Seite 19 Triad Berlin/istockphoto,
Seite 21 Triad Berlin/shutterstock, Seite 22 Kiefermedia/Volkswagen AG, Seite 23 Rockwood Lithium GmbH/Scania,
Seite 24 Bundesregierung, Seite 25 VDI/VDE-IT, Seite 27 VDI/VDE-IT, Seite 28 Siemens AG, Seite 30 Scania,
Seite 31 Scania, Seite 32 Gottwald Port Technologie GmbH, Seite 33 Gottwald Port Technologie GmbH,
Seite 34 Volkswagen AG, Seite 35 Volkswagen AG, Seite 36 BMW AG-Website, Seite 37 BMW AG-Website,
Seite 39 Audi AG, Seite 40 Daimler AG, Seite 41 Daimler AG, Seite 42 Audi AG, Seite 43 Audi AG, Seite 44
Daimler AG, Seite 46 Volkswagen AG, Seite 47 Volkswagen AG, Seite 48 Fotolia.com, Seite 49 RWE-Effizienz GmbH,
Seite 51 Bergische Universität Wuppertal, Seite 52 HSE AG, Seite 53 HSE AG, Seite 54 Kreis Lippe – der Landrat,
Seite 55 Kreis Lippe – der Landrat, Seite 57 Lichtblick SE, Seite 58 VMZ Berlin Betreibergesellschaft mbH,
Seite 59 Siemens AG, Seite 60 Streetscooter, Seite 61 Kiefermedia, Seite 62 BELECTRIC Solarkraftwerke GmbH,
Seite 63 BELECTRIC Solarkraftwerke GmbH, Seite 64 Siemens AG, Seite 65 Siemens AG, Seite 66 Volkswagen AG,
Seite 68 Berlin Partner für Wirtschaft und Technoligie GmbH, Seite 69 BX-Leasing GmbH, Seite 70 Alphabet
Fuhrparkmanagement GmbH, Seite 71 Alphabet Fuhrparkmanagement GmbH, Seite 73 Öko-Institut e.V., Seite 74
e-Motion Line GmbH, Seite 75 DLR e.V., Seite 76 Hamburger Hochbahn AG, Seite 77 Hamburger Hochbahn AG,
Seite 78 üstra Hannoversche Verkehrsbetriebe AG, Seite 79 üstra Hannoversche Verkehrsbetriebe AG, Seite 80 BS
Energy, Seite 81 TLK Thermo GmbH, Seite 82 DP DHL, Seite 83 DP DHL, Seite 84 shutterstock, Seite 86 Hosokawa
Alpine AG, Seite 87 Rockwood Lithium GmbH, Seite 88 Fraunhofer ISE, Seite 89 Fraunhofer ISE, Seite 90 PPM Pure
Metals GmbH, Seite 91 TU Clausthal, Seite 92 AccuRec Recycling GmbH, Seite 93 AccuRec Recycling GmbH,
Seite 94 shutterstock, Seite 96 ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, Seite 97
ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, Seite 98 Daimler Mobility Services GmbH,
Seite 99 Daimler Mobility Services GmbH, Seite 100 fotolia.com, Seite 101 Öko-Institut e.V., Seite 102 Hochschule
für Bildende Künste Braunschweig, Seite 103 Hochschule für Bildende Künste Braunschweig, Seite 105 Siemens AG,
Seite 106 BET Aachen GmbH, Seite 107 Ulrich Dahl, TU Berlin
Stand
März 2014
1. Auflage
2.000 Exemplare
Erneuerbar mobil
SAUBER
SCHONEND
PRAKTISCH
SPARSAM
Elektrofahrzeuge und Strom aus Wind
oder Sonne sind ideale Partner - mobil und
emissionsfrei. Bei Nutzung von Strom aus
erneuerbaren Energien für unsere Mobilität
ist der Klimaschutz immer Beifahrer.
Elektromobilität muss ganzheitlich zur
Umwelt- und Ressourcenschonung beitragen.
Daher müssen auch bei der Herstellung und
der Entsorgung der Fahrzeuge und ihrer
Komponenten möglichst viele Bestandteile
später wiederverwertet oder weiterverwendet
werden können.
Der Umstieg auf Elektromobilität vollzieht sich
nicht von heute auf morgen. Um ein attraktives
Angebot an Fahrzeugen zu schaffen, müssen
neue Marketingkonzepte entwickelt werden,
bei denen die Umweltvorteile einen zentralen
Gesichtspunkt darstellen.
Elektrofahrzeuge sind äußerst effi zient. Durch
den hohen Wirkungsgrad der Motoren wird viel
mehr Energie in Bewegung umgesetzt als bei
klassischen Verbrennungsmotoren.
3
Inhalt
Elektromobilität auf einen Blick
Warum setzen wir auf Elektromobilität? ............................................................................................................................................................. 06
Was ist Elektromobilität im Sinne der Bundesregierung? ........................................................................................................................ 08
Wer ist wer und wer macht was? ................................................................................................................................................................................. 10
Zielstellungen des Bundesumweltministeriums
Ein Zukunftsmotor für Deutschland ...........................................................................................................................................................
Sauber ..........................................................................................................................................................................................................................
Schonend ...................................................................................................................................................................................................................
Sparsam ......................................................................................................................................................................................................................
Praktisch ....................................................................................................................................................................................................................
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Förderschwerpunkte und Projekte
Leuchtturmprojekte .............................................................................................................................................................................................. 22
Schaufenster Elektromobilität ......................................................................................................................................................................... 24
Ergebnisse bereits abgeschlossener Vorhaben .......................................................................................................................................... 26
1 – Umwelt- und Klimafaktoren der Elektromobilität .......................................................................................................................... 28
ENUBA II: Elektrischer Schwerlastverkehr auf Fernstraßen ............................................................................................................ 30
Terminal Truck: Abgasfrei und leise im Hafenbetrieb .......................................................................................................................... 32
Ecargo: Elektrische Nutzfahrzeugkonzepte der Zukunft ..................................................................................................................... 34
WiMobil: Konzepte für elektromobiles Carsharing ............................................................................................................................... 36
Plug-In-Hybrid: Elektrische Antriebstechnologie für hohe Leistungen und große Reichweiten .................................... 38
Kundengerechter Range Extender: Bezahlbar und effizient im Alltag ......................................................................................... 40
E-Berlin: Pendeln und Laden in der Großstadt ........................................................................................................................................ 42
2 – Kopplung an erneuerbare Energien und Netzintegration .............................................................................................................
INEES: Intelligente Netzanbindung für ein stabiles Stromnetz .......................................................................................................
Smart-E: Energiewende im Praxistest ..........................................................................................................................................................
NEmo: Regulierungskonzepte zum Laden im Niederspannungsnetz .........................................................................................
Well2Wheel: Smart Grids auf Verteilnetzebene .......................................................................................................................................
EMiLippe: Intelligenter Wirtschaftsverkehr im ländlichen Raum .................................................................................................
3E MFH: Stromerzeugung und Elektromobilität im Mehrfamilienhaus .....................................................................................
City2.e 2.0: Parken und Laden im öffentlichen Raum ..........................................................................................................................
InterOp: Kompatible Systeme für kabelloses Laden ...............................................................................................................................
INTELLAN: Netzintegration durch lokales Lastmanagement ..........................................................................................................
Gesteuertes Laden V3.0: Regenerativer Strom ins Auto – und zurück ..........................................................................................
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Inhalt
3 – Markteinführung mit ökologischen Standards ..................................................................................................................................
InitiativE-BB: Elektrische Großflotten in der Hauptstadtregion ....................................................................................................
PREMIUM: 360 E-Fahrzeuge im mobilen Alltag ......................................................................................................................................
EcoFleet Hamburg: 450 Elektrofahrzeuge in der Metropolregion .................................................................................................
InitiativE-BW: E-Leasing in Baden-Württemberg ..................................................................................................................................
HELD: Hamburger Elektrobus-Demonstration .......................................................................................................................................
Emissionsfreier Nahverkehr Hannover: Elektrobusse tanken bei der Stadtbahn ...................................................................
Fleets Go Green: Elektromobil im Servicealltag ......................................................................................................................................
CO2-neutrale Zustellung in Bonn: E-Mail – Post und Pakete elektromobil ...............................................................................
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4 – Ressourcenverfügbarkeit und Recycling ................................................................................................................................................
LithoRec II: Auf dem Weg zum geschlossenen, wirtschaftlichen Recyclingprozess ..............................................................
StaTrak: Das zweite Leben von Lithium-Ionen-Batterien ...................................................................................................................
ElmoReL 2020: Recycling von Leistungselektronik aus E-Fahrzeugen ........................................................................................
EcoBatRec: Pyrolyse unter Vakuum - Recycling unter Nutzung der Batterieenergie ...........................................................
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5 – Wissenschaftliche Begleitforschung ................................................................................................................................................... 94
My E-Drive: Welches Elektrofahrzeug passt zu mir? ............................................................................................................................. 96
car2go: Carsharing mit und ohne Strom im Vergleich ......................................................................................................................... 98
E-MobGV-ÖV 2050: Was bringt die Elektromobilität bis 2050? .......................................................................................................... 100
PEDELECTION: Verkehrs- und Umweltwirkungen von E-Bikes ................................................................................................ 102
ElmoNetQ: Mehr E-Fahrzeuge bei hoher Stromnetzqualität ........................................................................................................ 104
E3-VN: Netzausbau oder intelligente Netzintegration? ................................................................................................................... 106
5
Warum setzen wir auf Elektromobilität?
Um gravierende Folgen des Klimawandels zu verhindern, muss die Erderwärmung auf 2 Grad gegenüber
dem vorindustriellen Niveau begrenzt werden. Dem
Weltklimarat nach ist zum Erreichen des 2-GradZiels eine Reduktion der Treibhausgasemissionen um
bis zu 85 Prozent, mindestens aber um 50 Prozent
gegenüber dem Niveau des Jahres 2000 notwendig.
Was heißt das für Deutschland? Unter Zugrundelegung der Gleichheitsprämisse, also der Annahme
einer weltweit gleichen Emission pro Kopf über
alle Länder hinweg, ist selbst in einem konservativen
Szenario eine Reduzierung der Treibhausgase
um über 80 Prozent bezogen auf das Jahr 2005
notwendig (siehe Bild 1a). Dies ist fest verankertes
Ziel der Bundesregierung.
Das Ausmaß der notwendigen Minderung macht
deutlich, dass hier alle CO2 - erzeugenden Sektoren,
also auch der Verkehr, gleichermaßen beitragen
müssen. Soll Autofahren also auch im Jahr 2050 noch
ähnlich wie heute möglich sein, so müssen die
CO2 -Emissionen von PKW nach Berechnungen im
Auftrag des Bundesumweltministeriums von 221 g
CO2 pro gefahrenem Kilometer im Jahr 2005 auf
höchstens 43 g CO2 pro Kilometer im Jahr 2050 sinken
(siehe Bild 1b).
Wie kann man diese Ziele erreichen? Sicher sind
in den nächsten Jahren weitere Anstrengungen bei
der Effizienzverbesserung konventioneller Antriebe
oder der Einsatz von Biokraftstoffen unverzichtbar.
Zum Erreichen der Ziele für 2050 ist dies jedoch nicht
ausreichend. Die Berechnungen zeigen, dass nur
wenn über zwei Drittel der Fahrleistung emissionsfrei
– und das heißt vor allem durch rein elektrische
und Plug-In-Fahrzeuge – sind, dem 2-Grad-Ziel
angemessene Emissionsobergrenzen von maximal
43 g CO2 pro Kilometer je PKW erreicht werden
können. Auch Brennstoffzellenfahrzeuge mit Wasserstoff auf Basis regenerativer Energien könnten zur
Erfüllung der Ziele beitragen, problematisch sind
hier aber der hohe Primärenergieverbrauch bei der
Wasserstoffherstellung und der geringe Gesamtwirkungsgrad (siehe Bild 2).
Bild 1 a und b: Notwendige Reduzierungen der CO2 -Emissionen in Deutschland,
um die Erderwärmung bis zum Jahr 2050
auf zwei Grad zu begrenzen. Den Berechnungen liegen Modelle zugrunde, die
verschiedene Faktoren wie Bevölkerungswachstum oder Veränderungen im
Fahrzeugbestand berücksichtigen.
Bild 1a zeigt die notwendige Reduzierung
bei den CO2 -Emissionen pro Kopf der
Bevölkerung, Bild 1b zeigt die notwendige
Verringerung in Bezug auf den CO2 Ausstoß von PKW.
6
Warum setzen wir auf Elektromobilität?
19 %
22 %
92 %
92 %
Extraktion
Distribution
Ottomotor *
Benziner
* inklusive Antriebsstrang
70 %
91 %
79 %
55 %
28 %
E-Antrieb
Elektrolyse
92 %
Distribution
Distribution
87 %
Ladegerät
und Batterie
Brennstoffzelle
79 %
E-Antrieb
Brennstoffzellen-PKW
Bild 2: Der Wirkungsgrad zeigt an, welcher
Anteil der zugeführten Primärenergie in
Bewegung umgesetzt wird. Er beträgt
zum Beispiel beim Benzinmotor lediglich
22 Prozent. Werden die Verluste bei
der Bereitstellung des Kraftstoffs
mitberücksichtigt, so lassen sich schließlich lediglich 19 Prozent der Ausgangsenergie für die eigentliche Fahrzeugbewegung nutzen. Der Elektroantrieb ist
mit etwa 79 Prozent Wirkungsgrad sehr
effizient. Beim Einsatz von Wasserstoff
zur Strombereitstellung im Fahrzeug
wird dieser Vorteil jedoch durch den
vorgelagerten Elektrolyseprozess, die
Kompression, Distribution und Wiederverstromung des Wasserstoffs erheblich
geschmälert. Daher kommen Brennstoffzellenfahrzeuge nur auf einen Gesamtwirkungsgrad von 28 Prozent. Beim
Elektroauto hingegen entstehen in der
Energievorkette nur geringe Verluste,
sodass 64 Prozent der Primärenergie in
Bewegungsenergie überführt werden
können.
64 %
Elektroauto
Berechnungsbasis für Primärenergie ist Erdöl bzw. Regenerativstrom
7
Was ist Elektromobilität
im Sinne der Bundesregierung?
Erklärtes Ziel der Bundesregierung ist es, bis 2020
eine Million und bis 2030 sechs Millionen Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen zu bringen.
Doch was genau sind Elektrofahrzeuge im Sinne
dieser Zielsetzung?
BEV: Reine Elektrofahrzeuge sind ausschließlich
mit einem Elektromotor ausgestattet und erhalten
ihre Energie aus einer Batterie im Fahrzeug, die
ihrerseits über das Stromnetz aufgeladen wird.
Die Batterie kann zurückgewonnene Bremsenergie
speichern (Rekuperation). Außerdem benötigen reine
Elektrofahrzeuge kein Getriebe mehr. Da batteriebetriebene Elektrofahrzeuge im Englischen „Battery
Electric Vehicle“ genannt werden, hat sich mittlerweile auch im Deutschen die Abkürzung BEV eingebürgert.
REEV: Da Batterien mit großer Kapazität zurzeit
noch relativ teuer sind, statten viele Hersteller reine
Elektrofahrzeuge zusätzlich mit einem Range
Extender aus (REEV = „Range Extended Electric
Vehicle“), der ihre Reichweite verlängert. Der Range
Extender ist ein kleiner Verbrennungsmotor mit
Generator, der nur dann anspringt, wenn der Batteriestrom zur Neige geht. Er liefert zusätzlichen Strom
für die Batterie, treibt das Fahrzeug jedoch nicht
direkt an. Letzteres stellt den wesentlichen Unterschied zum elektrischen Hybridantrieb dar.
PHEV: Ein Hybridfahrzeug vereint elektrisches und
konventionelles Antriebs- und Energiesystem (HEV =
„Hybrid Electric Vehicle“). Das Fahrzeug ist sowohl
mit einem Verbrennungsmotor als auch mit einem
Elektromotor ausgestattet. Wird eine größere Batterie
verwendet, die über das Stromnetz aufgeladen
werden kann, spricht man im Englischen von einem
Plug-In-Hybrid Electric Vehicle, also einem PHEV.
Nur solche am Stromnetz aufladbaren PHEV zählen
in der Definition der Bundesregierung zu den
Elektrofahrzeugen. PHEV und REEV sind also
relativ ähnlich. Beide haben den Vorteil, dass alle
Bild 3: Elektromobilität im Sinne der
Bundesregierung umfasst all jene
Fahrzeuge, die von einem Elektromotor
angetrieben werden und ihre Energie
überwiegend aus dem Stromnetz
beziehen, also extern aufladbar sind.
Dazu gehören BEV, REEV und PHEV.
8
Was ist Elektromobilität im Sinne der Bundesregierung?
alltäglichen Strecken rein elektrisch und emissionsfrei zurückgelegt werden können, aber auch größere
Distanzen kein Problem darstellen. Mit den Fortschritten bei der Batterietechnik wird es künftig
möglich sein, den elektrischen Anteil immer weiter
zu vergrößern.
In die Definition der Bundesregierung für Elektromobilität sind also all jene Fahrzeuge eingeschlossen, die
• von einem Elektromotor angetrieben werden und
• ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz
beziehen, also extern aufladbar sind.
Diese enge auf den Strom als „Treibstoff“ bezogene
Auslegung des Begriffs Elektrofahrzeug wurde aus
gutem Grunde gewählt. Denn bei Betrachtung der
gesamten Energiekette bietet nur Strom im Hinblick
auf den Wirkungsgrad Effizienzvorteile und – sofern
er aus erneuerbaren Energien stammt – eine signifikante Minderung der CO2 -Bilanz (siehe Kapitel
„Warum setzen wir auf Elektromobilität?“). Zudem
bietet Strom bereits eine nutzbare Infrastrukturbasis,
die bei anderen Energieträgern nicht zur Verfügung
steht. So benötigen beispielsweise Brennstoffzellenfahrzeuge, die auch von einem Elektromotor angetrieben werden, mit Wasserstoff einen Energieträger,
der nach dem aktuellen Stand der Technik nur mit
einem hohen Energieaufwand hergestellt und
transportiert werden kann. Das verschlechtert die
Gesamtenergie- und CO2 -Bilanz erheblich. Außerdem würde die Schaffung einer flächendeckenden
Wasserstoffinfrastruktur hohe Kosten verursachen.
Die Weiterentwicklung der Brennstoffzellentechnologie ist dennoch sinnvoll, denn ihre Vorteile im
Hinblick auf Reichweite und Speichermöglichkeiten
sind unbestritten. Die Bundesregierung hat daher
mit dem „Nationalen Innovationsprogramm
Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie“
ein von der Elektromobilität unabhängiges Förderprogramm aufgelegt.
9
Elektromobilität:
Wer ist wer und wer macht was?
Bereits 2007 erklärte die Bundesregierung im Integrierten Energie- und Klimaprogramm die Förderung
der Elektromobilität zu einem entscheidenden
Baustein für den Klimaschutz. Im November 2008
erfolgte im Rahmen einer Nationalen Strategiekonferenz die Erörterung konkreter Maßnahmen mit
Vertretern von Industrie, Forschung und Politik. 2009
wurde schließlich der „Nationale Entwicklungsplan
Elektromobilität“ verabschiedet, der das Ziel formuliert, Deutschland zum Leitmarkt für Elektromobilität zu entwickeln. Bis 2020 sollen eine Million
Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen fahren.
Die vier für Elektromobilität zuständigen Ressorts
der Bundesregierung BMWi, BMVI, BMUB und BMBF
haben daraufhin die Unterstützung der Elektromobi-
10
lität intensiviert und fördern unter anderem eine
Vielzahl von Forschungsvorhaben. Im Mai 2010 hat
die Bundeskanzlerin die „Nationale Plattform
Elektromobilität“ (NPE) ins Leben gerufen. In ihr
erarbeiten Vertreter aus Wirtschaft, Wissenschaft,
Politik und Gesellschaft Empfehlungen für weitere
Schritte und Maßnahmen. Mit dem „Regierungsprogramm Elektromobilität“ vom Mai 2011 konkretisiert die Bundesregierung den Nationalen Entwicklungsplan und greift wesentliche Empfehlungen
der Nationalen Plattform auf.
Wer ist wer und wer macht was?
Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität (NEP).
Im August 2009 hat das Bundeskabinett den Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität (NEP) verabschiedet. Der NEP legt Ziele und Rahmenbedingungen
fest, durch die innerhalb von zehn Jahren wesentliche
Fortschritte bei der Batterietechnologie, der Netzintegration sowie bei der Marktvorbereitung und -einführung von Elektrofahrzeugen erreicht werden sollen.
Ein wichtiger Baustein ist dabei die Koppelung der
Elektromobilität an erneuerbare Energien.
Gemeinsame Geschäftsstelle Elektromobilität
(GGEMO). Seit Februar 2010 dient die Gemeinsame
Geschäftsstelle Elektromobilität (GGEMO) als
einheitliche Anlaufstelle und Sekretariat der Bundesregierung für die Aufgaben im Bereich der Elektromobilität sowie als Dienstleister und Sekretariat
der Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE).
Sie unterstützt damit insbesondere die Zusammenarbeit des Ressortkreises Elektromobilität und den
Austausch mit der NPE.
Regierungsprogramm Elektromobilität.
Verabschiedet am 18. Mai 2011, legt das Regierungsprogramm Elektromobilität weitere Maßnahmen
und Rahmenbedingungen fest, die zum Ziel beitragen
sollen, Deutschland zum Leitanbieter und Leitmarkt
für Elektromobilität zu entwickeln. Beispielsweise
wurde die Bereitstellung von 1 Milliarde Euro für die
Förderung der Forschung und Entwicklung in diesem
Bereich festgeschrieben oder auch der Aufbau von
regionalen Schaufenstern und die Entwicklung von
technischen Leuchtturmprojekten. Das Regierungsprogramm bündelt damit die Aktivitäten der Bundesregierung im Bereich Elektromobilität für die
kommenden Jahre und läutet die zweite Phase der
Umsetzung des Nationalen Entwicklungsplans
Elektromobilität ein. Mit dem Regierungsprogramm
bekräftigt die Bundesregierung das Ziel von einer
Million Elektrofahrzeugen für 2020 und setzt für
2030 die Zielmarke von sechs Millionen.
Nationale Plattform Elektromobilität (NPE).
Die Nationale Plattform Elektromobilität ist ein
Beratungsgremium der Bundesregierung und bringt
die wesentlichen Akteure aus Industrie, Wissenschaft,
Politik und Gesellschaft zum strategischen Dialog
zusammen. In sieben Arbeitsgruppen mit je circa 20
hochrangigen Vertretern werden die Schwerpunktthemen zum Thema Elektromobilität behandelt
und Empfehlungen zur Umsetzung des Nationalen
Entwicklungsplans und des Regierungsprogramms
Elektromobilität erarbeitet. Die Arbeitsgruppen
werden durch einen Lenkungskreis koordiniert, dem
die Vorsitzenden der Arbeitsgruppen sowie Vertreter
der Bundesregierung angehören.
∆ Bild 4: Die Aufgabenverteilung der
Institutionen der Bundesregierung im
Handlungsfeld Elektromobilität auf einen
Blick: Ressortkreis, NPE und GGEMO
arbeiten zusammen an der Umsetzung des
NEP und des Regierungsprogramms Elektromobilität, welche wiederum Ziele, Rahmen
und Maßnahmen für die Tätigkeiten der
beteiligten Akteure setzen.
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Zielstellungen des Bundesumweltministeriums
Ein Zukunftsmotor für Deutschland.
Elektromobilität als aktiver Klimaschutz.
Der Klimawandel und die Verknappung fossiler
Energieressourcen werden unsere Mobilität stark
verändern. Wenn wir den Weg der individuellen
Fortbewegung mit dem PKW nicht komplett verlassen wollen, müssen wir das Auto auf „neue Räder“
stellen. Das Auto hat Zukunft! Aber wie könnte diese
aussehen? Wie werden wir uns künftig fortbewegen?
Und woher zapfen wir unsere Energie?
Das neue Gewand des Verkehrs wird viele Schattierungen haben, elektrische Antriebe werden aber in
jedem Fall dazugehören. Elektromobilität bietet die
Chance, unser mobiles Leben nachhaltig zu verändern – hin zu einer schonenderen, bedarfsgerechteren Fortbewegung. Sie erleichtert uns den Übergang
von einer fossilen zu einer postfossilen Mobilitätskultur, die auf saubere, sicher verfügbare heimische
Energieträger setzt.
Die Zahl der Menschen auf unserem Planeten wird
weiter steigen – und damit auch der Bedarf, Güter
und Personen zu befördern. Gleichzeitig gehen die
Erdölvorräte zur Neige, werden die als Treibstoffe
benutzten Derivate für den Endverbraucher immer
teurer. Hinzu kommen die CO2-Emissionen, die unser
12
Klimasystem ins Wanken bringen. Angesichts dieses
Szenarios kann Elektromobilität einen wichtigen
Beitrag zu einer fundamentalen Energiewende im
Verkehr leisten. Voraussetzung dafür ist jedoch,
dass der Strom für elektrische Fahrzeuge auch
tatsächlich aus Wind, Sonne und anderen erneuerbaren Energiequellen stammt. Nur so kommen wir
dem Ziel, Emissionen auf Null zu reduzieren und
fossile Treibstoffe zu ersetzen, deutlich näher.
Wie könnte vor diesem Hintergrund unser mobiler
Alltag in Zukunft aussehen?
Elektrofahrzeuge werden ihren festen Platz im alltäglichen Leben der Menschen haben. Der Wagen,
den ein ganz gewöhnlicher Pendler in seiner Garage
stehen haben wird, unterscheidet sich vielleicht im
Design und der elektronischen Ausstattung von
Kraftfahrzeugen mit klassischem Verbrennungsmotor, heutige Nachteile der Elektromobilität spielen
aber keine Rolle mehr – Innovationen in der Technik
und im Umfeld haben nutzerfreundliche Angebote
ermöglicht. Weder musste der Pendler bei der Anschaffung des Wagens mehr Geld aufwenden, noch
ist sein Wagen durch die große Batterie erheblich
schwerer, noch ist sein Fahrkomfort durch begrenzte
Reichweiten eingeschränkt. Dazu tragen auch optimierte Fahrzeugkonstruktionen und der konsequente
Einsatz von Leichtbaukomponenten bei.
Auch die Fahrzeugflotten von Unternehmen und
Staat sowie die Mehrzahl der Fahrzeuge für den
Individual- und Warenverkehr werden elektrisch
betrieben oder gestützt sein. Neben den bereits
existierenden Leichtfahrzeugen wird es unterschiedliche Fahrzeugtypen geben, die den vielfältigen
individuellen Mobilitätsbedürfnissen gerecht werden. Sprich: Der Nutzer der Zukunft kann für jeden
Einsatz das passende Fahrzeug wählen.
Das „eine Fahrzeug für alles“, heute noch gang und
gäbe, gehört beispielsweise für viele Menschen in den
Städten der Vergangenheit an. Es wurde nicht selten
vor allem für längere Fahrten angeschafft, die man
aber nur sporadisch unternimmt. Der mit elektrischer Batterie betriebene und emissionsfreie Kleinwagen ist daher für einen normalen Stadtbewohner
zum Regelfall geworden. Für kürzere innerstädtische
Wege nutzt er Elektroroller und -fahrräder oder den
großflächig elektrisch betriebenen öffentlichen
Personennahverkehr.
Und wenn tatsächlich größere Strecken zurückgelegt
werden müssen, gibt es zahlreiche Alternativen. Neben Plug-In-Hybriden mit großer Reichweite stellen
etwa Carsharing-Angebote den Menschen umweltfreundliche Fahrzeuge zur Verfügung. Zum Portfolio
zählen selbstverständlich auch Cabrios, Sportwagen
und Transporter. Die Aufladung ihrer Batterien erfolgt dabei teilweise beim Fahren selbst, nämlich
durch über mehrere Kilometer in die Fahrbahn eingebaute Ladesysteme, die auf der Basis von Induktion
funktionieren. Auch die zeitaufwändige Suche nach
Ladestationen außerhalb der bekannten Umgebung
gehört der Vergangenheit an, seitdem das Netz von
Stromtankstellen flächendeckend ausgebaut ist und
die Standorte den Fahrern per Navigationssystem
jederzeit kommuniziert werden können.
Insgesamt hat sich die Lebensqualität der Menschen,
besonders in urbanen Räumen, durch die Verringerung der direkten Emissionen merklich erhöht:
Weniger Abgase, weniger Feinstaub und weniger
Lärm – das ist vor allem in Millionenstädten spürbar.
Elektrofahrzeuge leisten zudem einen wichtigen
Beitrag zur Netzstabilität. So dient beispielsweise die
Batterie des – in der Garage oder anderswo – abgestellten Elektrowagens unseres Pendlers als Speicher, der
aus erneuerbaren Quellen gewonnene Energie aufnimmt, bei Bedarf aber auch wieder in die Netze
einspeist. Durch diese intelligente Netzintegration
wird garantiert, dass fluktuierende Energiequellen wie
saubere Wind- und Sonnenenergie auch zu Überschusszeiten effizient genutzt werden und das
heutige Problem mangelnder Stromspeicher nicht
mehr zum Tragen kommt. Diese Integration des
Privatwagens in die Stromversorgung wird durch
modernste Technologie benutzerfreundlich gesteuert.
Vielfach ist nicht einmal der klassische Stecker mehr
vonnöten, denn kabellose Ladetechniken mit hohem
Wirkungsgrad sind Standard geworden. Lange Ladezeiten, die eine sorgfältige Weg- und Zeitplanung
erfordern, müssen nicht mehr einkalkuliert werden.
Das Auto hat sich so vom reinen Transportvehikel in
ein Hilfsmittel gewandelt, das einer ökologisch sinnvollen Regelung der Energienutzung dient. Seine
Komponenten werden selbstverständlich recycelt,
schon beim Bau der Fahrzeuge sind umweltfreundliche Materialien und Prozesse der Standard.
Die für den reibungslosen Ablauf notwendige und
einzigartig innovative Spitzentechnologie hat den
deutschen Autobauern und Zulieferern international
einen Wettbewerbsvorteil gesichert, dem viele
Menschen im Land ihren Arbeitsplatz verdanken. Der
in Deutschland verfolgte ganzheitliche, nachhaltige
Ansatz hat sich dabei als große Stärke erwiesen.
Als saubere, effiziente, ressourcenschonende und
vor allem nutzerfreundliche Gesamtlösung hat das
(Elektro-)Auto in Deutschland eine sichere Zukunft.
13
SAUBER
Elektrofahrzeuge und Strom aus Wind oder Sonne sind
ideale Partner – mobil und emissionsfrei.
Die Weiterentwicklung des traditionellen Verbrennungsmotors ist ein wichtiger Baustein zur Reduzierung der CO2 -Emissionen, wird aber allein nicht
ausreichen, um auch den Verkehr klimaverträglich zu
machen. Die Technik in modernen Autos mit Verbrennungsmotor wird zwar immer effizienter und
der individuelle Verbrauch von Benzin sinkt, dieser
Vorteil geht aber dadurch wieder verloren, dass auch
die Anzahl der weltweit betriebenen Fahrzeuge und
der gefahrenen Kilometer stetig steigt. Erfolgt die
erwartete Verdoppelung der globalen PKW-Flotte bis
zum Jahr 2030 ohne einen wesentlichen Anteil
emissionsarmer oder -freier Fahrzeuge, wird der
CO2 -Ausstoß noch einmal kräftig zunehmen – mit
den entsprechenden Folgen fürs Klima. Zudem sind
die Reserven des Rohstoffs Erdöl endlich und der
Preis am Markt wird langfristig weiter steigen.
Elektrofahrzeuge können hier Abhilfe schaffen. Dies
gelingt jedoch nur dann, wenn der von ihnen genutzte Strom aus erneuerbaren Quellen wie Windkraft
oder Solarenergie gewonnen wird. So werden sie zu
echten Nullemissionsfahrzeugen, die Umwelt und
Klima schonen. Dieses „grüne“ Image von Elektrofahrzeugen wird sich zunehmend auch zu einem
Kaufanreiz und damit zu einem Wettbewerbsvorteil
für die Hersteller entwickeln. Zudem wird durch
Elektrofahrzeuge nicht nur der Ausstoß von Treibhausgasen, sondern auch die Belastung mit Stickoxiden, Feinstaub und Lärm deutlich reduziert.
Wenigen ist bewusst, dass der kontinuierlich steigende
Anteil regenerativer Energien in den Stromnetzen
intelligente Lösungen im Bereich des Netzmanagements und der Speichertechnologien erfordert. Die aus
Wind und Sonne gewonnene Energie fluktuiert sehr
und in Spitzenzeiten kann es zu einem Überangebot
14
kommen, das der Strommarkt durch die wenigen
Speichermöglichkeiten nicht abnehmen kann. Das gilt
beispielsweise, wenn nachts bei starkem Wind die
Windräder rotieren, der Stromverbrauch aber auf ein
Minimum sinkt. Dieser regenerativ erzeugte Strom
könnte zum Beladen der Batterien in Elektrofahrzeugen genutzt werden, die während des Parkens in dieser
Zeit als flexible „Stromabnehmer“ am Netz sind.
Der Einsatz von Hightech gewährleistet dabei, dass der
Besitzer eines Elektrofahrzeuges die Ladezeiten
bequem und einfach steuern kann – zum Beispiel über
eine Internetmaske. Man gibt einfach den Befehl
„Batterie morgen um 7 Uhr voll“ ein – für den Rest
sorgt die Technik. So ist garantiert, dass die volle
Batterieleistung zum gewünschten Zeitpunkt zur
Verfügung steht. Je höher die Anzahl solch dezentraler
und zeitsensibel geladener Stromspeicher in Elektroautos ist, desto einfacher gelingt die Einspeisung
emissionsfreier erneuerbarer Energien.
Der Anschluss an das Stromnetz kann dabei mit
intelligenten Steckern erfolgen. In Zukunft wird aber
auch induktives, also kabelloses Laden möglich sein.
Kabellose Ladesysteme sind komfortabel und unterstützen die Nutzung fluktuierender Energiequellen:
Fährt man in der Garage oder dem Parkhaus über die
Spule einer kabellosen Ladestation wird über ein
Fahrerassistenzsystem (analog heutigen automatischen Einparkhilfen) eine automatische Positionierung und der Kontakt zum Stromnetz hergestellt.
Ohnehin stehen die meisten Fahrzeuge 23 Stunden
am Tag still. Dieser Komfort erhöht die Verweilzeit der
Fahrzeuge am Netz und damit die Möglichkeiten zur
Speicherung erneuerbarer Energien zum richtigen
Zeitpunkt.
SCHONEND
ist der Umgang mit Ressourcen, wenn auch das Vorher
und Nachher mit berücksichtigt wird.
Viele Komponenten von Elektroautos benötigen
Rohstoffe, die auf dem Weltmarkt knapper und
teurer werden, so Lithium, Kobalt und seltene
Erden. Da kein Fahrzeug ewig fährt und kein Bauteil
dem Verschleiß entgeht, ist es wichtig, schon bei der
Produktion zu berücksichtigen, dass einzelne
Bestandteile später wiederverwertet (Recycling)
oder wiederverwendet (Second life) werden
können. Das mindert unsere Abhängigkeit von
wichtigen Rohstoffen, schont die Umwelt, spart
Geld – und kann sich so als Wettbewerbsvorteil
der Hersteller erweisen. Für eine umfassende
Anwendung des Prinzips der Kreislaufwirtschaft
beim Auto eignen sich Elektrofahrzeuge besonders,
denn sie werden ohnehin in vielen Belangen neu
konzipiert und designt.
Eine weitere Möglichkeit ist die Wiederverwendung
einzelner Komponenten für andere Anwendungsbereiche. Das betrifft zum Beispiel Batterien, die nach
längerer Laufzeit vielleicht nicht mehr den Anforderungen zur Energiespeicherung in Elektroautos
genügen, an anderer Stelle aber durchaus noch sinnvoll verwendet werden können. Hier bedarf es ausgefeilter Testverfahren, mit Hilfe derer das Alterungsverhalten und der Zustand einzelner Fahrzeugkomponenten analysiert und so der beste Zeitpunkt für
den Austausch bestimmt wird. Und sowohl für
Recycling von Materialien wie auch für Wiederverwendung von Komponenten gilt, dass sich Demontage bzw. Austausch mit möglichst geringem Aufwand vollziehen. Auch das muss bereits bei der
Konstruktion der Fahrzeuge berücksichtigt werden.
Um eine Wiederverwertung von Materialien aus
Elektrofahrzeugen effizient zu gestalten, benötigen
wir neue Produktionsmethoden und kluge Konstruktionsideen. Auf der Basis eines ökologischen Gesamtkonzepts für Energie- und Stoffströme erfolgt dabei
frühzeitig die Identifikation derjenigen Stoffe, deren
Recycling einmal Priorität haben wird. Zudem ist die
Entwicklung von Sammel- und Rückführkonzepten
angezeigt, die dem Ziel einer möglichst hohen
Rückgewinnungsquote entsprechen.
Die Kopplung von Produktentwicklung und Recyclingverfahren hat auch eine strategische Bedeutung
für die deutsche Automobil- und Zulieferindustrie.
Sie schafft sich dadurch einen Vorteil, der schon
heute Kosten senkend wirkt und gleichzeitig auf
zukünftige Wettbewerbsfähigkeit gerichtet ist.
16
SPARSAM
ist, Energie wirksam einzusetzen und in reine
Bewegung umzuwandeln.
Elektrofahrzeuge sind äußerst effizient. Durch den
hohen Wirkungsgrad der Motoren wird viel mehr
erzeugte Energie in Bewegung umgesetzt als bei
klassischen Verbrennungsmotoren. Andererseits
sind aufgrund des hohen Gewichts der Traktionsbatterien und der begrenzten Reichweite der
Fahrzeuge die Hersteller vor neue Herausforderungen gestellt. Im Zeichen der Elektromobilität
müssen dabei viele Bestandteile von Autos neu
erfunden werden – und von den dafür nötigen
Innovationen wird die gesamte Automobilbranche
profitieren.
Bei Elektromotoren wird mehr als 90 Prozent der
Energie genutzt, beim Verbrennungsmotor sind es
hingegen weniger als 40 Prozent. Zudem kann ein
Teil der bei Bremsvorgängen verlorenen Energie
durch die moderne Technologie in Elektrofahrzeugen
zurückgewonnen und wieder in die Batterie eingespeist werden. Dieser Effizienzvorteil kommt vor
allem im städtischen Verkehr zur Geltung, wo viele
Brems- und Anfahrvorgänge die Regel sind.
Elektromobilität führt zu Innovation. Um die Sparsamkeit – und damit Reichweite, Ökobilanz und
Wirtschaftlichkeit – von Elektrofahrzeugen weiter zu
verbessern, müssen unter anderem das Gewicht der
Fahrzeuge reduziert und Nebenaggregate optimiert
werden. Eine Möglichkeit hierfür ist die Konstruktion
18
in Leichtbauweise, bei der auf Naturfasern basierende Werkstoffe zum Einsatz kommen. Auch das
Thermomanagement, also die Steuerung von Wärmeströmen in den Fahrzeugen, kann hier weiter verbessert werden, um die Effizienz zu erhöhen. Solche
Innovationen hinsichtlich sparsamer und langlebiger
Technologien können dann auch für Autos mit
Verbrennungsmotor genutzt werden, zum Vorteil von
Umwelt und Geldbeutel.
Technologiebrücken helfen beim Übergang zur Elektromobilität. Dazu zählen verschiedene Konzepte von
Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen (PHEV) wie zum Beispiel
Range-Extended Electric Vehicles (REEV), also
Fahrzeuge mit Hybridantrieb, deren Batterie zusätzlich über das Stromnetz geladen werden kann.
Energieeffiziente Antriebskomponenten und
intelligente Betriebsstrategien können dafür sorgen,
dass auch bei diesen Fahrzeugen nur minimale
CO2 - Emissionen erzeugt werden. Diese Mischform
von „klassischem“ Auto und Elektrofahrzeug kann
die Akzeptanz der Elektromobilität bei Nutzern
erhöhen, die eine große Reichweite des Fahrzeugs
erwarten. Andererseits werden viele Nutzer die
Erfahrung machen, dass für die meisten ihrer Fahrten
der rein elektrische Betrieb vollkommen ausreicht:
Mehr als zwei Drittel aller PKW auf deutschen
Straßen werden am Tag weniger als 40 Kilometer
weit gefahren.
PRAKTISCH
Alltagstauglicher Einstieg: Für jeden Einsatz
das passende Elektromobil.
Der Übergang zur Elektromobilität ist ein Prozess,
der sich nicht von heute auf morgen vollziehen
wird. Trotz ihrer Vorteile bei der Energieeffizienz
sind Elektrofahrzeuge zunächst einmal teurer
als Autos mit Verbrennungsmotor. Ein sinnvoller
erster Schritt, Elektromobilität im Straßenverkehr
zu verankern, ist daher, Pionierprojekte im Bereich
von Fahrzeugflotten zu fördern. Dort können die
niedrigeren Betriebskosten bereits heute den
höheren Anschaffungspreis zu einem großen Teil
wettmachen. Je mehr die Vorteile von Elektrofahrzeugen in diesen Bereichen sichtbar werden, desto
mehr steigt auch ihre Akzeptanz bei privaten
Käufern.
Ein gut geeignetes Einsatzgebiet von Elektromobilität
in Fahrzeugflotten ist der innerstädtische Lieferverkehr. Bei Transportunternehmen oder mobilen
Dienstleistern rentiert sich die Anschaffung von
sparsamen Elektrofahrzeugen eher, weil die Voraussetzungen hier besonders günstig sind: Werden die
Fahrzeuge nicht bewegt, stehen sie auf den Betriebshöfen oder Firmenparkplätzen, so dass eine gebündelte Ladeinfrastruktur leicht zu realisieren ist. Hinzu
kommt, dass im innerstädtischen Lieferverkehr die
täglich zurückgelegten Strecken sehr regelmäßig sind
und durch die Reichweite heutiger Elektrofahrzeuge
bereits gut abgedeckt werden.
20
Viele Menschen nutzen ihr Auto hauptsächlich im
Stadtverkehr, wo die kürzeren Reichweiten von Elektroautos nicht ins Gewicht fallen. Hinzu kommt der
Vorteil, dass die Lärm- und Luftbelastungen im dicht
besiedelten Stadtraum sinken, ferner gleicht das
spürbar preiswertere „Betanken“ auch hier den
höheren Kaufpreis zum Teil aus. Größere Reichweiten, also ein Auto für alle Zwecke, bieten Fahrzeuge
mit Range Extender: Ein kleiner Verbrennungsmotor
versorgt die Batterie wenn nötig mit Strom, die
meisten Strecken aber können rein elektrisch mit
erneuerbarer Energie aus der Steckdose zurückgelegt
werden. Ein gesteuertes Laden leistet dabei einen
wirksamen Beitrag für die Stabilität der Stromnetze
und eine optimierte Nutzung regenerativer Energien.
Für diejenigen, die ohnehin häufig Bus, Bahn oder
Flieger nutzen, bietet sich auch die Möglichkeit, einen
Elektrowagen im Carsharing-Verfahren mit anderen
zu teilen. Hier kann je nach Bedarf das zweckmäßigste Fahrzeug – zum Beispiel ein Van oder Kleinstwagen – gewählt werden. Neue Dienstleistungsmodelle wie etwa der Kauf von „Kilometern“ oder das
Leasen von Batterien können ebenfalls einen Beitrag
leisten, Elektromobilität marktfähig zu machen. Die
Schaffung angepasster, attraktiver Angebote steht im
Zusammenhang mit neuen Marketingkonzepten, bei
denen die Umweltvorteile einen zentralen Gesichtspunkt darstellen.
Was sind die Leuchtturmprojekte
der Elektromobilität?
Seit dem Jahr 2012 hat die Bundesregierung
verschiedene herausragende Projekte in für die
Forschung und Entwicklung besonders relevanten
Themenfeldern als Leuchtturmprojekte ausgewählt.
Folgende Themenschwerpunkte wurden als besonders bedeutungsvoll identifiziert:
•
•
•
•
•
•
Antriebstechnik und Leichtbau
Energiesysteme und Energiespeicherung
Informations-und Kommunikationstechnologie
Ladeinfrastruktur und Netzintegration
Mobilitätskonzepte
Recycling und Ressourceneffizienz
Mit der Bildung von Leuchtturmvorhaben unterstützt das BMUB in Übereinstimmung mit dem
Regierungsprogramm und den Vorschlägen der
Nationalen Plattform Elektromobilität die Bündelung
der Ressourcen von Industrie und Wissenschaft auf
solche Themenschwerpunkte, die in besonderer Weise
zum Gesamtziel, Deutschland zum Leitanbieter und
Leitmarkt für Elektromobilität zu entwickeln, beitragen.
Die Auswahl eines Projektes als Leuchtturm ist dabei
ein „Gütesiegel“ für besonders wichtige Innovationen,
die einen bedeutenden Beitrag zum technologischen
Fortschritt oder der Kostensenkung in der Elektro-
22
mobilität leisten. Zudem geht das BMUB bei den
ausgewählten Projekten davon aus, dass durch deren
Ergebnisse das Potential zur Erschließung positiver
Umwelt- und Klimawirkungen der Elektromobilität
besonders ausgeschöpft wird. Leuchtturmprojekte
haben somit Vorbildcharakter. Ihre Aktivitäten sollen
überregionale Strahlkraft in die Forschungslandschaft entfalten.
In den Leuchtturmprojekten arbeiten verschiedene
wissenschaftliche Einrichtungen, zahlreiche KMU
sowie Großunternehmen zusammen. Mit den
anwendungsorientierten Projekten soll das Innovationspotenzial der deutschen Forschung und
Industrie intensiviert und beschleunigt zur Nutzung
gebracht werden. Durch die thematische Fokussierung und die Integration der Spitzenforschung sollen
diese Leuchttürme hohen Prestigecharakter für die
deutsche Industrie und Wissenschaft erlangen.
Damit besitzen die Leuchtturmprojekte auch einen
hohen strategischen Nutzen.
Derzeit tragen 15 Projekte das Gütesiegel „Leuchtturm“ (http://www.erneuerbar-mobil.de/mediathek)
Vier davon entstammen dem Förderprogramm
Erneuerbar Mobil des BMUB:
Elektromobilität sichtbar machen
Bereich Ladeinfrastruktur und Netzintegration
Bereich Mobilitätskonzepte
Leuchtturmprojekt: Intelligente Netzanbindung von
Elektrofahrzeugen zur Erbringung
von Systemdienstleistungen – INEES
Das Projekt INEES zielt auf die intelligente Einbindung von Elektromobilität in den Strommarkt. Es
wird untersucht, wie durch einen Pool von Elektrofahrzeugen Regelenergie und andere Systemdienstleistungen für die Energiewirtschaft bereitgestellt
werden können. Ein dafür entwickeltes Gesamtsystem wird im Rahmen eines Flottenversuchs mit 20
Fahrzeugen erprobt (siehe Seite 44).
Leuchtturmprojekt: Elektromobilität bei schweren
Nutzfahrzeugen zur Umweltentlastung von Ballungsräumen - ENUBA 2
Hauptziel des Projekts ist die Schaffung eines im
öffentlichen Verkehrsraum einsetzbaren Gesamtsystems zum oberleitungsgebundenen elektrischen
Betrieb von schweren Nutzfahrzeugen. Dies ist ein
viel versprechender Ansatz zur erforderlichen
Reduktion der CO2-Emissionen im Güterfernverkehr
(siehe Seite 30).
Leuchtturmprojekt:
Interoperables induktives Laden – InterOp
Eine wichtige Voraussetzung für einen barrierefreien
Zugang zur Elektromobilität ist die Interoperabilität
von Ladesystemen, das heißt, dass jedes E-Fahrzeug
auf jeder Ladeeinheit vollautomatisch und effizient
geladen werden kann. Im Projekt InterOp werden
solche interoperablen Kontaktlos-Ladesysteme für
die Straßen- und Fahrzeugseite entwickelt und deren
Funktionalität im Rahmen eines Flottenversuchs
im öffentlichen und halböffentlichen Raum nachgewiesen (siehe Seite 58).
Bereich Leuchtturm Recycling und Ressourceneffizienz
Leuchtturmprojekt: Recycling von Lithium-IonenBatterien – LithoRec II
Schwerpunkt des Projekts ist die Untersuchung der
gesamt Recycling-Prozesskette von der Deaktivierung von Batterien und Zellen über die Demontage
der Batterien bis hin zur Zerkleinerung und Klassierung der verschiedenen Materialfraktionen. Die
Überführung der entwickelten Verfahren in eine
Pilotanlage stellt einen wichtigen Schritt für eine
wirtschaftlich tragfähige Verwertung von LithiumIonen-Traktionsbatterien in Deutschland dar
(siehe Seite 86).
23
Was sind die
Schaufenster Elektromobilität?
Um die Elektromobilität in ihrer ganzen Breite für
die Bürgerinnen und Bürger sicht- und erfahrbar zu
machen, hat die Bundesregierung – auch in Abstimmung mit der Nationalen Plattform Elektromobilität
– mit dem Aufbau regionaler Schaufenster der Elektromobilität begonnen. Damit wurde ein innovatives
Programm geschaffen, bei dem die Bereiche Energieversorgung, Elektrofahrzeug und Verkehrssystem
systemübergreifend miteinander verknüpft werden.
Die Schaufenster sind groß angelegte regionale
Demonstrations- und Pilotvorhaben. Sie sind Erprobungsraum und Versuchslabor, um offene Fragestellungen zu beantworten, zum Beispiel zu den
Infrastrukturanforderungen oder zur Nutzerakzeptanz. Zugleich sind sie ein Experimentierfeld, in dem
deutsche Technologiekompetenz und regionale
Umsetzungskonzepte ausprobiert, demonstriert und
auf Praxistauglichkeit und Umweltauswirkungen
getestet werden. In den Schaufenstern Elektromobilität verbindet sich das Engagement von Industrie,
Wissenschaft, öffentlicher Hand und den Menschen
vor Ort, um Elektromobilität in Deutschland
zukunftsfähig zu gestalten.
Als Schaufenster sind von einer Fachjury diejenigen
Vorhaben ausgewählt worden, in denen die innovativsten Elemente der Elektromobilität an der
Schnittstelle von Energiesystem, Fahrzeug und
Verkehrssystem gebündelt und deutlich – auch
international – sichtbar gemacht werden.
24
Im April 2012 hat die Bundesregierung entschieden,
dass folgende vier Schaufenster gefördert werden:
• Living Lab BW E-Mobil (Baden-Württemberg)
• Internationales Schaufenster der Elektromobilität
(Berlin/Brandenburg)
• Unsere Pferdestärken werden elektrisch
(Niedersachsen)
• Elektromobilität verbindet (Bayern/Sachsen)
Für die vier Schaufenster stellt der Bund Fördermittel
in Höhe von 180 Millionen Euro bereit, das BMUB
beteiligt sich mit 25 Millionen Euro an dieser Summe.
Die Projekte werden zudem von den teilnehmenden
Unternehmen und den Ländern kofinanziert, so dass
von dem Einsatz der Fördermittel eine erhebliche
Hebelwirkung ausgeht. Schwerpunkte der BMUBFörderung sind die Klima- und Umweltauswirkungen
der Elektromobilität sowie die Kopplung von Elektrofahrzeugen an erneuerbare Energien. Weiterführende
Informationen sind auf der folgenden Internetseite
zu finden:
www.schaufenster-elektromobilitaet.org
Die Schaufenster im Einzelnen
Living Lab BW E-Mobil (Baden-Württemberg)
Im Rahmen dieses Schaufensters sollen in der Region
Stuttgart und der Stadt Karlsruhe rund 2.000 Elektrofahrzeuge auf die Straße gebracht und über 1.000
Ladepunkte installiert werden. Mehr als 100 Partner
aus Wirtschaft, Wissenschaft und der öffentlichen
Hand verfolgen das Ziel, die heute verfügbare Technologie im Alltag zu erproben und tragfähige
Geschäftsmodelle zu entwickeln. Ein Schwerpunkt
des Projektverbunds liegt dabei auf der Zielstellung,
Elektromobilität schon heute in das Verkehrssystem
und die Lebenswelt zu integrieren.
Internationales Schaufenster der Elektromobilität
Im Rahmen des Schaufensters soll die Hauptstadtregion zu einem international sichtbaren Standort
für die elektromobile Entwicklung, Erprobung und
Anwendung gemacht werden. Mit den Schwerpunkten
„Fahren, Laden, Speichern und Vernetzen“ wird die
gesamte Wertschöpfungskette der Elektromobilität
abgebildet. Das Thema „Vernetzung“ spielt dabei
eine zentrale Rolle. Verkehrsangebote wie ÖPNV oder
Carsharing sollen optimal aufeinander abgestimmt
und mit einem intelligenten Stromnetz verbunden
werden, das vor allem aus Brandenburger Windkraftanlagen versorgt wird.
Unsere Pferdestärken werden elektrisch
(Niedersachsen)
Das Schaufenster verfolgt den ganzheitlichen Ansatz
von Elektromobilität als nachhaltiges und zukunftsfähiges Mobilitätskonzept für unterschiedliche
Nutzergruppen. Damit ist es direkt an den Themenkomplexen Elektrofahrzeug, Energiesystem und
Verkehrssystem ausgerichtet. Zukünftig sollen deshalb
unterschiedliche Branchen enger zusammengeführt,
der Technologietransfer branchenübergreifend
verstärkt sowie die Gesetzgebung weiterentwickelt
und an neue Anforderungen angepasst werden. Es gilt,
marktgerechte Mobilitätslösungen zu entwickeln,
um Elektromobilität erfolgreich zu etablieren.
Elektromobilität verbindet (Bayern/Sachsen)
Dass ELEKTROMOBILITÄT VERBINDET, zeigen die
Freistaaten Bayern und Sachsen mit ihrem gleichnamigen gemeinsamen Schaufenster Elektromobilität.
Im Zentrum des Schaufensters steht das Grundverständnis, dass Elektromobilität weit mehr als nur eine
alternative Antriebstechnologie darstellt. Die Projekte
lassen sich in fünf exemplarische Schwerpunkte
unterteilen: Langstreckenmobilität, Urbane Mobilität,
Ländliche Mobilität, Internationale Verbindung sowie
Aus-/Weiterbildung. Eine starke Industrie, der
blühende Tourismus und essenzielle internationale
Verkehrsknotenpunkte sorgen für eine hohe nationale
und internationale Sichtbarkeit des Schaufensters.
Schaufensterregionen der Bundesregierung
● Unsere Pferdestärken
werden elektrisch
(Niedersachsen)
● Internationales
Schaufenster
der Elektromobilität
● Elektromobilität verbindet
(Bayern/Sachsen)
● Living Lab BW E-Mobil
(Baden-Württemberg)
25
Ergebnisse bereits
abgeschlossener Fördervorhaben
Mit Fördermitteln in Höhe von rund 250 Millionen
Euro werden von 2009 bis Ende 2016 im Rahmen des
Förderprogramms „Erneuerbar Mobil“ mehr als 100
Unternehmen und Institute in anspruchsvollen
Forschungs- und Entwicklungsvorhaben (FuE-Vorhaben) unterstützt. Die Forschungsergebnisse aus den
bereits abgeschlossenen Vorhaben zu neuen Ladeverfahren und innovativen Fahrzeugkonzepten belegen
ebenso wie die zahlreichen elektrisierten Fahrzeugflotten die dabei erreichten Erfolge. Um an diese
Entwicklungen anzuknüpfen, setzt das BMUB sein
Förderprogramm zur Elektromobilität kontinuierlich
fort. Die aktuell laufenden geförderten Projekte
werden in der hier vorliegenden Broschüre vorgestellt.
Um einen Überblick zu geben, was bisher erreicht
wurde, werden dem vorangestellt im Folgenden
die bisherigen Ergebnisse in den ersten fünf Schwerpunktthemen zusammengefasst.
Feldversuche Elektromobilität im PKW-Verkehr
In 12 Vorhaben wurden umfangreiche Flottenversuche
im Personenverkehr vorgenommen. Die Ergebnisse
aus Nutzerbefragungen und Praxistests haben gezeigt,
dass Elektromobilität im urbanen Raum schon heute
alltagstauglich gestaltet werden kann. Faktoren, wie
die begrenzte Reichweite oder Ladezeiten von rein
elektrischen Fahrzeugen stellten für die meisten
teilnehmenden Nutzer keine Einschränkung dar.
Daneben konnten die Erkenntnisse aus den Projekten
zur Entwicklung kostengünstigerer Plug-In-Hybridund Elektrofahrzeugkonzepte beitragen. Es wurden
auch die technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen des gesteuerten Ladens
eingehend untersucht. Dabei konnten wesentliche
Verbesserungen der Effektivität und Effizienz im
Zusammenwirken zwischen Energieinfrastruktur
und Fahrzeugflotte erreicht werden. Auch das kabellose (induktive) Laden war Gegenstand von Projekten.
Es konnten Verfahren entwickelt werden, die einen
Wirkungsgrad von mehr als 90 Prozent gegenüber
dem kabelgebundenen (konduktiven) Laden erreichen.
26
Feldversuche Elektromobilität im Wirtschaftsverkehr
Vier Vorhaben beschäftigten sich mit der Erforschung
alltagstauglicher elektrischer Nutzfahrzeugmodelle
unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen des
urbanen Wirtschaftsverkehrs. Neben der Erprobung
elektrifizierter Zustellfahrzeuge im alltäglichen Betrieb
wurden auch Fahrzeugkonzepte im Hinblick auf die
Anforderungen des Verteilerverkehrs und die Eigenschaften von elektrischen Fahrzeugen (Reichweite,
Ladezeiten, Laderaum) völlig neu entwickelt und
getestet. Gerade Fahrzeuge der Transporterklasse stellen
ein vielversprechendes Fahrzeugsegment für den
elektromobilen Wirtschaftsverkehr dar. Daneben wurde
im Projekt ENUBA ein anwendungsnahes Gesamtsystem für elektrisch betriebene, fahrzeugdrahtgebundene
LKW im Straßengüterverkehr entwickelt. Im Betrieb auf
einer Teststrecke wurde die Machbarkeit des Gesamtsystems, wie etwa das automatische An- und Abbügeln
des Stromabnehmers oder die elektrische Bremsung,
bei der Energie zurück ins Netz gespeist wird, demonstriert. Ein weiteres Projekt B-AGV beschäftigte sich mit
der Entwicklung und dem Aufbau batterieelektrisch
betriebener schwerer Fahrzeuge für den Containertransport im Hafenbereich. Für den Wechsel und das
Aufladen der riesigen Batterien wurde eine völlig neuartige Station entwickelt. Das Gesamtsystem wurde
erfolgreich im Hamburger Hafen getestet.
Hybridbusse für einen umweltfreundlichen ÖPNV
Insgesamt wurden in 12 Verkehrsbetrieben 50 Hybridbusse in den regulären Linienbetrieb integriert. Die
Förderung wurde mit der Einhaltung anspruchsvoller
Umweltanforderungen verknüpft, um bereits im Zuge
der Markteinführung hohe Umweltstandards zu
etablieren. So mussten die Hybridbusse eine Effizienzverbesserung von mindestens 20 Prozent gegenüber
vergleichbaren Dieselbussen sowie strenge Lärm- und
Luftschadstoffstandards nachweisen. Zudem mussten
sie über ein geschlossenes Partikelfiltersystem verfügen.
Mit einem umfangreichen Begleitprogramm wurde die
Einhaltung der Umweltkriterien bestätigt und die
Wirtschaftlichkeit und technische Zuverlässigkeit der
Hybridbusse während der Inbetriebnahme untersucht.
Partner in den FuE-Projekten des BMUB zur Elektromobilität
In LithoRec wurde unter anderem ein
Verfahren entwickelt, in welchem auf
hydrometallurgischem Wege 85 bis 95
Prozent des Lithiums aus dem separierten Kathodenmaterial wiedergewonnen werden konnte. Im Projekt LiBRi
wurden unter anderem Verfahren zur
Demontage, sicherheitstechnische
Vorbehandlung und weitere Aufbereitung der Batteriezellen entwickelt, die
eine Überführung in den vorhandenen
pyrometallurgischen Prozess – und
damit eine Recycling wichtiger
Rohstoffe, wie Ni oder Co – ermöglichen. Auch die ökologischen Bilanzen
auf Basis der im Labor- oder Pilotmaßstab durchgeführten Untersuchungen
zeigten für beide Konsortien positive
Ergebnisse.
Ressourcenverfügbarkeit und Recycling
Ziel der beiden in diesem Rahmen durchgeführten
Projekte LiBRi und LithoRec war die Entwicklung und
Erprobung von Recyclingtechnologien für LithiumIonen-Batterien von Elektrofahrzeugen. Beide Konsortien verfolgten dabei – mit unterschiedlicher Schwerpunktsetzung – einen ganzheitlichen Ansatz, der den
gesamten Lebenszyklus vom recyclinggerechten Design
über die technologischen Prozesse zur Demontage,
Materialaufbereitung und metallurgischen Verwertung
bis hin zu Widerverwertungskonzepten umfasste.
Wissenschaftliche Begleitforschung
In mehreren übergreifenden Forschungsprojekten wurden die ökologischen und wirtschaftlichen Effekte der
Elektromobilität umfassend bewertet.
Im Rahmen dieser Vorhaben wurden
erstmals ganzheitlich die Emissionswirkungen des Systems Elektromobilität untersucht. Eine wichtige Rolle
spielen dabei die Wechselwirkungen
zwischen der Stromnachfrage der
Fahrzeuge und dem Kraftwerkspark
aus erneuerbarer und konventioneller Energie. Außerdem wurden die Mikroeffekte auf Ebene des Fahrzeugs
näher betrachtet, insbesondere welche Antriebs- und
Nutzungsform die höchste Effizienz und damit
geringste Emissionen und Treibstoffkosten für den
Nutzer verspricht. Weiterhin wurden Wachstums- und
Beschäftigungseffekte verschiedener Entwicklungspfade der Elektromobilität erforscht.
Weitere Informationen zu den Projekten und
Ergebnisberichte: www.erneuerbar-mobil.de/projekte
27
1
Umwelt- und Klimafaktoren der Elektromobilität
Bei Nutzung von Strom aus erneuerbaren Quellen
haben Elektrofahrzeuge das Potenzial, die CO2 Emissionen und lokalen Umweltbelastungen des
Straßenverkehrs deutlich zu senken. Zum Umweltentlastungspotenzial – ebenso wie zur Technologiereife und zur Nutzerakzeptanz – liefern Feldversuche
in den Bereichen Individual- und Wirtschaftsverkehr
wichtige Erkenntnisse. Damit kann wesentlich zur
zielgerichteten Weiterentwicklung der Technologie
beigetragen werden. Im Mittelpunkt der Förderung
stehen Feldtests unter Alltagsbedingungen mit
verschiedenen Fahrzeugtypen, wie reine Elektro-
fahrzeuge oder Plug-In-Hybridfahrzeuge. Neben
den Umwelt- und Klimafaktoren sind auch Erkenntnisse zu Nutzerverhalten und -präferenzen wichtig,
um mögliche Anreizmaßnahmen und Geschäftsmodelle zu entwickeln und damit die Marktentwicklung zu beschleunigen. Zu den Vorhaben erfolgt
eine übergreifende Begleitforschung zu ökonomischen und ökologischen Faktoren der Elektromobilität. Dabei wird der Gesamtlebenszyklus der
Fahrzeuge berücksichtigt.
Gegenstand der Förderung sind daher insbesondere folgende Themen
29
Verbund
Elektromobilität bei schweren
Nutzfahrzeugen zur Umweltentlastung
von Ballungsräumen – ENUBA 2
Projektpartner
Siemens AG, München
Technische Universität Dresden,
Fakultät Verkehrswissenschaften
DLR e.V., Köln
Laufzeit
01.05.2012 – 31.12.2014
ENUBA 2
Um die Ziele zur CO2 - Reduktion im Verkehrssektor
zu erreichen, muss auch der Straßengüterverkehr
einen Beitrag leisten. Dies ist umso wichtiger, da für
die Verkehrsleistungen im Güterverkehr eine erhebliche Zunahme für alle Verkehrsträger prognostiziert
wird. Hinzu kommt, dass gerade in Ballungsräumen
durch schwere Nutzfahrzeuge erhebliche lokale
Belastungen (NOx, Feinstaub, Lärm) verursacht
werden. Die Verbesserung der Effizienz der Verbrennungsmotoren, die Verlagerung auf die Eisenbahn
(ein erheblicher Ausbau des Schienennetzes wäre
notwendig) oder der Einsatz von Biokraftstoffen
(nur begrenzt verfügbar) sind wichtige Bausteine,
werden aber nicht ausreichen, um die Emissionen
im notwendigen Maße zu reduzieren.
Diese Überlegungen waren Ausgangspunkt des
Projekts ENUBA (Elektromobilität bei schweren
Nutzfahrzeugen zur Umweltbelastung von Ballungsräumen), in dem bis September 2011 ein ganzheit-
30
liches Konzept zum Einsatz elektrischer Energie im
Straßengüterverkehr erarbeitet und mit Funktionsmustern bzw. Prototypen zentraler Komponenten und
Teilsysteme erprobt wurde. Im Rahmen des Projektes
wurde das Konzept erstmalig auf einer Teststrecke
praktisch erprobt und die technische Machbarkeit
nachgewiesen: Über längere Strecken ist ein elektrischer Straßengüterverkehr mit dieselelektrischen
Hybridfahrzeugen, die über Stromabnehmer aus einer
Fahrleitung elektrische Energie beziehen, technisch
möglich sowie ökonomisch und ökologisch sinnvoll.
Von Mai 2012 bis April 2014 führt die Siemens AG das
Folgeprojekt ENUBA 2 in Zusammenarbeit mit
Nutzfahrzeugherstellern und der Technischen Universität Dresden als Verbundpartner für die wissenschaftliche Begleitforschung durch. Kennzeichnend für
die ENUBA-Technologie ist die Einbettung eines
elektrischen Gesamtsystems, bestehend aus Infrastruktur, Fahrzeugen und Leittechnik, in einen bestehenden Verkehrsträger, dessen Fahrweg, Fahrzeuge
1 - Umwelt- und Klimafaktoren der Elektromobilität
und Verkehrsleittechnik wiederum spezifischen
Anforderungen unterliegen, um einen leistungsfähigen
Straßengüterverkehr zu gewährleisten.
Hauptziel des Verbundprojekts ENUBA 2 ist die
Schaffung eines auf Autobahnen einsetzbaren Gesamtsystems zum oberleitungsgebundenen elektrischen
Betrieb von schweren Nutzfahrzeugen für den Güterverkehr, ergänzt durch konzeptionelle Untersuchungen für weitere Nutzfahrzeugklassen. Bei Nutzung
erneuerbarer Energien kann so ein wesentlicher
Beitrag geleistet werden, um im Verkehrsbereich
die CO2 - Emissionen sowie Schadstoffe deutlich zu
verringern. Die FuE-Arbeiten konzentrieren sich
auf die Fahrzeugtechnik inklusive Stromabnehmer,
das Fahrleitungssystem und die Energieversorgung
sowie die weitere Infrastruktur. Begleitende
Forschungsarbeiten betreffen die Analyse aller maßgeblichen verkehrs- und energietechnischen, ökologischen, ökonomischen und rechtlichen Aspekte, die
für einen späteren Betrieb im öffentlichen Raum
relevant sind. Zur Untersuchung von Funktionalität
und Zuverlässigkeit der neuen Fahrzeug- und Infrastruktursysteme wird ein Sattelschlepper mit den
entsprechenden Systemen ausgerüstet und auf einer
Teststrecke in einer anwendungsnahen Testumgebung
eingehend untersucht.
Mit dem Projekt ENUBA 2, das auch ein Leuchtturmprojekt der Bundesregierung im Bereich „Mobilitätskonzepte“ ist, soll die Erprobung und Untersuchung
eines neuartigen, ökologisch orientierten Güterverkehrskonzepts fortgesetzt werden. Damit können
erhebliche Beiträge zur Reduzierung der verkehrsbedingten Emissionen geleistet werden.
31
Verbund
Entwicklung eines batteriebetriebenen
Terminal Trucks und Erprobung in einem
Feldversuch in deutschen Containerumschlagbetrieben – Terminal Truck
Projektpartner
Gottwald Port Technology GmbH,
Düsseldorf
HHLA Container-Terminal
Altenwerder GmbH, Hamburg
ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung
Heidelberg GmbH
REFU Elektronik GmbH, Pfullingen
Hermann Paus Maschinenfabrik GmbH, Emsbüren
Neuss Trimodal GmbH, Neuss
Laufzeit
01.06.2012 – 31.08.2015
Terminal Truck
Der Containerumschlag in deutschen Fluss- und
Seehäfen beträgt jährlich mehr als 15 Millionen TEU
(TEU = 20-Fuß ISO-Container). Jeder dieser Container
wird innerhalb der Häfen mit Schwerlastfahrzeugen
transportiert. Die weltweit größte Verbreitung haben
dabei spezielle Zugmaschinen, so genannte Terminal
Trucks. Da diese Fahrzeuge bislang einen Dieselantrieb haben, sind sie für einen Großteil der Schadstoff- und Lärmemissionen in Häfen verantwortlich.
Ziel des Projekts Terminal Truck, an dem fünf
industrielle Partner und ein Umweltinstitut beteiligt
sind, ist daher die Entwicklung eines batterieelektrisch angetriebenen Terminal Trucks inklusive
Praxistests mit einem Prototypen in zwei deutschen
Hafenterminals. Dabei wird sowohl eine Variante
entwickelt, bei der die Traktionsbatterie im Truck
integriert ist, als auch eine Variante mit Batterieintegration im Trailer. Bei der Variante des Containertransports, bei der Truck und Trailer am Lagerort
32
getrennt werden, ist aufgrund des limitierten Bauraums im Truck der Einsatz von Lithium-IonenBatterien notwendig. Bei Integration des Batteriepakets im Trailer kommt eine Blei-Säure-Batterie
zum Einsatz. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten
am Fahrzeug ist die Entwicklung des elektrischen
Antriebsstrangs, der ohne Wandlergetriebe ausgelegt
werden soll. Der Motor muss deshalb für einen
breiten Drehzahlbereich abgestimmt werden. Dafür
sind geeignete Kombinationen von Elektromotor
und Getriebe zu untersuchen. Parallel dazu werden
geeignete Konzepte und Strategien zum Laden
und/oder Wechseln der Traktionsbatterien erarbeitet
und erprobt.
Nach Entwicklung und Aufbau des batterieelektrischen Prototypen werden in einem Feldversuch
fahrzeugtypische Leistungsdaten sowie Verbrauchsund Emissionswerte unter realen Einsatzbedingungen ermittelt und mit den Eigenschaften diesel-
betriebener Fahrzeuge verglichen. Hinzu kommt
die Ermittlung der Nutzerakzeptanz der batteriebetriebenen Fahrzeuge bezüglich Handling,
Leistung, Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit.
Zum Abschluss des Feldversuchs sollen Auslegungskennzahlen bereitstehen, die Voraussetzung für
eine Markteinführung größerer Fahrzeugflotten sind.
Gleichzeitig wird der Umweltnutzen des batterieelektrischen Antriebsstrangs im Rahmen einer umfangreichen ökologischen Begleitforschung bewertet.
Bei erfolgreicher Projektdurchführung können die
folgenden Vorteile realisiert werden: Verringerung
der Energiekosten der Terminal Trucks um mehr als
50 Prozent (gerechnet mit üblichen Strom- und Dieselpreisen für Terminalbe-treiber), reduzierter Aufwand
bei Wartung und Instandhaltung, vollständige
Vermeidung lokaler Schadstoffemissionen, deutliche
Verringerung der Schallemissionen und Verringerung
des CO2 - Ausstoßes über die gesamte Emissionskette.
Bei positivem Projektabschluss und wirtschaftlicher
Tragfähigkeit sollen sukzessive die vorhandenen dieselbetriebenen Fahrzeuge in den Häfen ersetzt werden.
Über den Hafenbetrieb hinaus bietet ein erfolgreiches
Projekt mit entsprechend hohem Einsparpotenzial
an Energie sowie reduzierten Abgas- und Schallemissionen einen großen Multiplikatoreffekt. So können
die Projektergebnisse dazu beitragen, auch Schwerlastfahrzeuge in anderen Branchen zu elektrifizieren.
Ebenso können Erkenntnisse bezüglich Fahrverhalten, Reichweite, Batterielebensdauer und Umwelteinflüssen zu einem breiten Serieneinsatz batterieelektrischer Antriebe führen.
33
Vorhaben
CO2 - Emissionseinsparungen
durch den Einsatz von E-Fahrzeugen
in Nutzfahrzeugflotten – Ecargo
Projektpartner
Volkswagen AG, Wolfsburg
Laufzeit
01.10.2012 – 31.12.2014
Ecargo
Unternehmen und öffentliche Einrichtungen sind
zum Teil auf große Fahrzeugflotten angewiesen. Deren
wirtschaftlicher und zugleich ökologischer Betrieb
rückt immer mehr in den Fokus der Betrachtung.
Gerade vor dem Hintergrund steigender Kraftstoffpreise sowie zunehmender ökologischer Restriktionen
hinsichtlich der Fortbewegung in innerstädtischen
Regionen können sich langfristig alternative Antriebskonzepte als entscheidende Einflussgröße für den
wirtschaftlichen Erfolg von Unternehmen im Wettbewerb darstellen.
Seit mehreren Jahren betreibt der Volkswagen Konzern intensive Forschungen im Bereich der Elektromobilität auch im Nutzfahrzeugbereich. Hieraus ist ein
elektrobetriebenes Fahrzeug auf Basis der aktuellen
Caddy-Plattform entstanden, welches in einem
vorangegangenen Forschungsprojekt mit Unterstützung des BMUB hinsichtlich der technischen Umsetzung analysiert wurde. An die daraus entstandenen
34
Ergebnisse knüpft das nun folgende Forschungsvorhaben an. Dabei stehen die CO2 - Emmissionsreduzierungen im Fokus der Untersuchungen.
Im Ergebnis soll gezeigt werden, dass gerade Nutzfahrzeuge auf Elektrotraktionsbasis einen hohen Mehrwert
für Unternehmen und öffentliche Einrichtungen
besitzen können, wenn diese in innerstädtischen
Regionen zum Einsatz kommen. Dieser Mehrwert soll
sich neben einer Reduzierung der CO2 - Emissionen in
der Senkung der Betriebskosten ausdrücken.
Im ersten Teil des Projekts Ecargo sollen 40 VW Caddys
nach dem aktuellen Stand der Technik mit einem
Elektroantrieb ausgerüstet und in einem umfangreichen Flottenversuch untersucht werden. Der für ein
Jahr vorgesehene Flottenversuch wird in diesem Fall
bei Nutzern unterschiedlicher Branchen durchgeführt,
wobei nach jeweils drei Monaten ein Nutzerwechsel
stattfindet. Konkret sollen Unternehmen aus den
Bereichen Logistik, Flughafenverkehr, Energiever-
sorgung, Menüservice, Leseservice, Stadtwerke und
Verkehrsbetriebe, Medikamententransport, Technikunternehmen, Bundespolizei und Kommunen einbezogen werden. Während der wissenschaftlichen
Begleitung des Flottentests werden das CO2 - Emissionsreduktionspotential ebenso wie der geräuscharme
Fahrzeugbetrieb in Innenstädten und eine Ökobilanz
über den gesamten Lebenszyklus (LCA-Bilanzierung)
der Fahrzeuge untersucht. Daneben sollen zudem
Erkenntnisse bezüglich der Nutzeranforderungen in
den verschiedenen Branchen sowie zum Energiebedarf
der Fahrzeuge gewonnen werden.
Der zweite Projektteil befasst sich mit einem Nutzfahrzeugkonzept auf Basis eines Plug-In-Hybrid-Fahrzeugs (PHEV). Es soll ein Plug-In-Hybrid-Antriebsstrang in einen VW Transporter integriert werden. Mit
Hilfe des PHEV wird ein ergänzendes Fahrzeugkonzept
entworfen, das sich sinnvoll in ein ganzheitliches
Logistikkonzept einfügt. Hier werden insbesondere
konstruktions- und nutzlastspezifische Fragestellungen im Mittelpunkt stehen, so zum Beispiel die
Integration des Antriebs in die Bauraumstruktur
und Nutzeranforderungen an ein Plug-In-Fahrzeug
im Lieferverkehr. Es soll gezeigt werden, dass Logistikprozesse sowohl im innerstädtischen als auch im
Überlandverkehr mit Hilfe von elektromobilen
Nutzfahrzeugen effizient gestaltet werden können.
Zu diesem Zweck wird das Fahrzeug grundlegend
neu konstruiert. Zu Erprobungszwecken werden
schließlich zwei Fahrzeuge aufgebaut und sechs
Monate lang bei gewerblichen Nutzern innerhalb
des Konzerns getestet. Langfristig können die
Erkenntnisse aus dem vorliegenden Projekt dazu
genutzt werden, die elektromobilen Nutzfahrzeugkonzepte der Zukunft auf die individuellen Bedürfnisse diverser Anwendergruppen anzupassen. So
können Emissionen und Kosten gesenkt werden.
35
Verbund
Wirkung von E-Carsharing Systemen
auf Mobilität und Umwelt in urbanen
Räumen – WiMobil
Projektpartner
BMW AG, München
DB Rent GmbH, Frankfurt am Main
DLR e.V. - Institut für Verkehrsforschung, Berlin
Universität der Bundeswehr München,
Neubiberg
Senat Berlin, Senatsverwaltung
für Stadtentwicklung und Umwelt
Landeshauptstadt München,
Kreisverwaltungsreferat
Laufzeit
01.09.2012 – 31.08.2015
WiMobil
„Neue Carsharing Konzepte“ und „Elektromobilität“
sind zwei der Hauptinnovationsfelder der letzten Jahre
im Bereich Verkehr. Sie sind der erste Schritt hin zu
energieeffizienten und emissionsfreien Mobilitätsdienstleistungen in Ballungsräumen. Durch den
Einsatz von Elektrofahrzeugen in flexiblen CarsharingSystemen wird die Schwelle zur Erstnutzung eines
E-Fahrzeugs für Carsharing-Nutzer und damit
prinzipiell für „Jedermann“ sehr niedrig. Aber zur
Wirkung der Elektro-Carsharing-Systeme beziehungsweise der neuen vollflexiblen Carsharing-Systeme auf
das Mobilitätsverhalten einerseits und die Wirkungen auf die Umwelt andererseits gibt es heute wenig
Erkenntnisse.
Der Kern des Forschungsvorhabens WiMobil liegt in
der Identifikation und Quantifizierung der Mobilitäts-,
Verkehrs- und Umweltwirkungen von Elektro Carsharing-Systemen. Zur Untersuchung werden drei
unterschiedliche Methoden eingesetzt: Erstens werden
36
in einem vollflexiblen und einem stationsgebundenen
Carsharing-System Daten zur Nutzung der Fahrzeuge
in einer zentralen Datenbank (Backend) abgelegt. Aus
diesem Carsharing Backend können über Nutzungsdaten, wie Abhol- und Rückgabeorte, Buchungszeit oder
Fahrstrecke, Mobilitätsmuster erstellt werden. Zweitens
sollen außerhalb der Carsharing-Fahrzeuge nutzerbezogene Untersuchungen durchgeführt werden. Dafür
werden Probanden ausgewählt, die mittels SmartphoneApp und GPS Logger ihre täglichen Wege aufzeichnen.
Durch dieses Mobilitätstracking können genaue
Aussagen über tägliche Wege, Verkehrsmittelwahl und
auch Fahrtziele gemacht werden. Und drittens werden
Kunden gezielt mit einem Online-Fragebogen befragt.
Dabei werden ebenfalls Wegstrecken, aber auch
allgemeine Themengebiete wie Mobilitätsverhalten
und soziodemographische Daten berücksichtigt.
Darüber hinaus sollen typische Nutzergruppen
charakterisiert und die Wirkungen von E-Carsharing
auf die Umwelt, den öffentlichen Parkraum und den
Motorisierungsgrad szenarienbasiert hochgerechnet
werden. Die beiden Partnerstädte Berlin und München
untersuchen und bewerten die Ergebnisse aus Sicht der
Kommunen. Das Kreisverwaltungsreferat in München
geht der Frage nach, welche Stellhebel Kommunen
haben, um Carsharing in ihrer Stadt mitzugestalten
und zu steuern. Dafür wird ein Leitfaden entworfen.
Die Senatsverwaltung von Berlin untersucht die Auswirkungen auf den Parkraum in der Stadt.
Als wissenschaftlicher Partner verantwortet das DLR
die Konzeption und die Durchführung der Erhebung.
Die Universität der Bundeswehr in München analysiert die Backend-Daten, wertet die Daten gesamthaft über alle Erhebungsinstrumente aus und führt
die Hochrechnung durch.
Die Industriepartner BMW und DB Rent bringen zwei
unterschiedliche Carsharing-Systeme mit in das
Projekt. DriveNow steht für die neue, flexible Form
von Carsharing mit der Möglichkeit der One-WayFahrten. Flinkster wiederum ist ein klassischer,
stationsgebundener Carsharing-Dienst. Diese beiden
Carsharing-Systeme können vergleichend betrachtet
werden, um die jeweiligen elektromobilitätsbezogenen
Effekte erforschen zu können. Der Feldtest zum
Nutzerverhalten wird in Berlin und München durchgeführt, wobei die erste Erhebungswelle in München
keine Elektrofahrzeuge enthält und dadurch auch die
kurzfristigen Wirkungen, die durch die Einführung
von Elektrofahrzeugen in eine konventionelle Carsharing-Flotte entstehen, untersucht werden können.
Im Ergebnis können elektrifizierte, flexible und
stationsgebundene Carsharing-Konzepte sowie
Hybridlösungen zukünftig besser an die Bedürfnisse
der Nutzer angepasst und als klimafreundliches
Verkehrsmittel optimal in vorhandene städtische
Verkehrsinfrastrukturen integriert werden.
37
Vorhaben
Innovatives Antriebskonzept für einen
Plug-In-Hybrid mit hohen Leistungsanforderungen
im oberen Fahrzeugsegment – Plug-In-Hybrid
Projektpartner
Laufzeit
01.01.2014 – 31.12.2016
Plug-In-Hybrid
Auch wenn durchschnittliche Fahrstrecken von rein
elektrischen Fahrzeugen abgedeckt werden, so sind
sie doch in der öffentlichen Wahrnehmung gegenüber
mit Verbrennungsmotoren angetriebenen Fahrzeugen
mit einer reduzierten Reichweite (zum Beispiel bis zu
150 Kilometer pro Batterieladung) verbunden.
Aufgrund dieser Problematik bringen immer mehr
Hersteller Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge auf den Markt,
die durch die Kombination des elektrischen Antriebs
mit einem Verbrennungsmotor die Vorteile des
CO2-freien Verkehrs über kürzere Strecken mit einer
möglichen längeren Reichweite verbinden.
Hybrid-Technologien wurden in der Vergangenheit
schon entwickelt und getestet. Auch im Bereich der
Plug-In-Technologien werden erste Fahrzeuge in den
Markt integriert. Im Wesentlichen lassen sich bei
Plug-In-Fahrzeugen zwei Antriebskonfigurationen
unterscheiden. Bei Parallelhybriden wird entweder
der Verbrennungsmotor oder ein leistungsstarker
38
E-Motor in Verbindung mit einer Batterie zum Antrieb
genutzt. Das hat den Vorteil, dass beide Komponenten
schwächer ausgelegt werden können, da beide gleichzeitig verfügbar sind und sich ergänzen. Andererseits
ist ein Getriebe notwendig, was zusätzliche Kosten
verursacht.
Alternativ dazu existieren serielle Hybridkonzepte.
Hier werden zwei Elektromotoren mit einem Verbrennungsmotor kombiniert. Ein E-Motor arbeitet
dabei als Generator und einer als eigentliches Antriebsaggregat. Angetrieben vom Verbrennungsmotor
stellt der Generator die Fahrenergie bereit oder lädt
die Traktionsbatterie. Er hat keinerlei mechanische
Verbindung mehr zur eigentlichen Antriebsachse.
Hierbei wird kein aufwendiges Getriebe benötigt.
Allerdings ist der Wirkungsgrad durch die „in Reihe
geschalteten“ Komponenten in der Regel auch geringer als beim Parallel-Hybriden.
Gesamtziel des Vorhabens Plug-In-Hybrid ist die
Untersuchung des Potentials von Plug-In HybridTechnologien für Fahrzeuge mit hohen Leistungsanforderungen im oberen Fahrzeugsegment.
Vor dem Hintergrund der hohen Leistungsanforderungen in Kombination mit dem geringen verfügbaren Bauraum dieser Fahrzeugklasse gilt es, die
technischen Grenzen zu erforschen und ein tragfähiges Konzept für einen Plug-In-Hybrid-Antriebsstrang zu erarbeiten, der die Vorteile von seriellem
und parallelem Antriebskonzept vereint.
Für das neue Antriebskonzept sind auch die Entwicklung neuer Fahrzeug- und Betriebsstrategien
und deren Umsetzung in eine Antriebssteuereinheit
notwendig.
Anschließend an die Komponentenentwicklung soll
ein Forschungsfahrzeug auf Basis des Audi A7 aufgebaut werden, das dann in einem repräsentativen
Fahrprofil betrieben wird, um praktische Erfahrungen
im realen Fahrzeugeinsatz zu erhalten. Dabei ist die
Erforschung des CO2-Einsparpotentials der Plug-InHybrid-Technologie für Fahrzeuge mit hohen SystemLeistungsanforderungen ein wesentlicher Bestandteil
des Projektes.
Langfristig sollen die Erkenntnisse und Ergebnisse
aus dem Projekt dazu genutzt werden, auf Komponentenebene spezifische Lösungen zur Serienreife
bringen, die die Leistungsanforderungen und Bauraumbeschränkungen im oberen Fahrzeugsegment
miteinander vereinbaren. Dabei stehen sowohl
Emissionseinsparungen als auch tragfähige Kosten
im Fokus der Betrachtungen. Die Ergebnisse können
durch eine Gegenüberstellung von Nutzeranforderungen und Produkteigenschaften der Fahrzeuge
ebenfalls zur Vorbereitung einer Serienentwicklung
und -einführung dienen.
39
Vorhaben
Kundengerechte Range Extender Konzepte
bezahlbar und mit bester Effizienz im Alltag
Projektpartner
Daimler AG, Stuttgart
Laufzeit
01.10.2012 – 31.07.2014
Kundengerechter Range Extender
Range Extender Fahrzeuge kombinieren den Vorteil
des lokal emissionsfreien elektrischen Fahrens mit
dem Komfort einer großen Reichweite. Hierbei
übernimmt ein im Vergleich zu konventionellen
Fahrzeugen klein dimensionierter Verbrennungsmotor bei Bedarf die Stützung der Batterie bei
niedrigem Ladezustand, um weiterhin elektrisches
Fahren zu gewährleisten. Vor dem Hintergrund der
für diesen Zweck noch nicht in ausreichender
Qualität und Menge verfügbaren Energiespeicher
sichert die geplante Entwicklung einen wichtigen
Meilenstein für die sinnvolle Nutzbarkeit von energieeffizienten und emissionsarmen Fahrzeugen
sowohl im innerstädtischen als auch im ländlichen
Umfeld. Hierdurch können Elektrofahrzeuge kurzfristig ohne Reichweiteneinschränkungen auf die
Straße gebracht werden. Die CO 2-Belastung und
weitere Schadstoffemissionen im Verkehr werden
reduziert. Besonders in den Städten trägt dies zur
Verbesserung der Lebensqualität bei.
40
Zurzeit sind Range Extender Fahrzeuge jedoch
noch relativ kostenintensiv in der Anschaffung. Es
stellt sich die Frage, welche Reichweiten im Alltag
wirklich erforderlich sind und welche technische
Ausstattung (zum Beispiel Dimension des Energiespeichers, Auslegung der Motoren) und Konzeption
damit wirklich nötig ist. Ein Pendler in Deutschland
legt beispielsweise pro Tag durchschnittlich rund 30
Kilometer zurück. Ähnlich niedrig ist das tatsächliche tägliche Kilometeraufkommen bei vielen
Unternehmensflotten.
Hauptziel des Vorhabens Kundengerechte Range
Extender Konzepte ist dementsprechend die Verbesserung der individuellen Mobilität, die durch ein
nachhaltiges, bezahlbares und technisch ausgereiftes
Fahrzeugkonzept zur Reduktion der innerstädtischen Schadstoff- und Lärmemissionen erreicht
werden soll. Im Rahmen des Projekts wird auf der
Basis bisheriger Arbeiten der Daimler AG ein alltags-
taugliches Konzept entwickelt, das gegenüber rein
elektrisch betriebenen Fahrzeugen eine erhöhte
Reichweite zusätzlich zum emissionsfreien Einsatz
(Zero-Emission-Vehicle-(ZEV)-Einsatz) gewährleistet.
Ausgehend von dem bereits im Rahmen des zweiten
Konjunkturpakets durchgeführten Range-Extender
Projekt wird hier die Optimierung der Fahrzeugkomponenten unter dem Aspekt „Optimale Nutzbarkeit
bei kostengünstigem Systempreis“ näher betrachtet.
Ein weiteres Thema ist die erforderliche Neufassung
der Betriebsstrategie des zu entwickelnden Range
Extender Konzeptes. Die funktionsfähige aber relativ
teure Vorläuferlösung soll in diesem Vorhaben durch
Weiterentwicklung in eine kundengerechte Lösung
überführt werden. Grundvoraussetzung dafür ist die
Bestimmung des Kundenverhaltens, welche in einer
kundennahen Erprobung unter realen Bedingungen
und größtmöglichen unterschiedlichen Fahrtmustern ermittelt werden. Damit lassen sich die Kompo-
nenten auf die Bedürfnisse des sogenannten 95Prozent-Kunden auslegen.
Im Ergebnis sollen im Vorhaben kundengerechte
Range Extender Konzepte entwickelt werden, die ein
Optimum an ökologischen und ökonomischen
Kundenanforderungen erfüllen. Das Projekt trägt
damit erkennbar zur zukünftigen Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Automobil- und Zulieferindustrie
bei. Zudem ist die Entwicklung und Darstellung
des Range Extender Konzeptes in Deutschland für
die Weiterentwicklung batterieelektrischer Fahrzeuge mit hoher Nutzerakzeptanz von strategischer
Bedeutung.
41
Vorhaben
Pendeln und Laden in Berlin – E-Berlin
Projektpartner
AUDI AG, Ingolstadt
Laufzeit
01.11.2012 – 30.09.2014
E-Berlin
Der Einsatz von elektrifizierten Fahrzeugen im
urbanen Bereich birgt eine der großen Herausforderungen für die Elektromobiliät. Obwohl mit emissionsarmen Elektrofahrzeugen der höchste Nutzen in
städtischen Einsatzgebieten erzielt werden kann,
liegen bisher nur unzureichende Erfahrungswerte über
den Betrieb in Ballungszentren vor. Um den Umfang
dieser Erkenntnisse zu erweitern, liegt der Schwerpunkt des Projektes E-Berlin in der Erprobung von
Range-Extender-Fahrzeugen im urbanen Pendlerverkehr in Berlin. Dafür werden den Probanden die
Fahrzeuge für ein Jahr zur Verfügung gestellt. Diese
wohnen oder arbeiten im Quartier Potsdamer Platz
in Berlin-Mitte.
Bei den eingesetzten 24 Range-Extender-Fahrzeugen
handelt es sich um den Audi A1 e-tron. Im Pendlerbetrieb kommen zwei verschiedene Varianten zum
Einsatz. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch
das Thermomanagement der Fahrgastzelle und
42
angepasste Stabilitätsprogramme. Hinzu kommen
verschiedene Fahrzeugkomponenten wie die Hochvoltbatterie, eine veränderte Fahrzeugstruktur im
Bereich des Hinterwagens sowie ein Range Extender
mit anderen Leistungsdaten. Die während des Feldversuchs gewonnenen Daten – wie zum Beispiel die
Anteile zwischen elektround verbrennungsmotorischem Fahren und die Auswirkungen der Jahreszeiten
auf das Energiemanagement der Fahrzeuge über
einen längeren Zeitraum – fließt in die technische
Entwicklung für das urbane Einsatzszenario ein.
Aussagen der Probanden über Zufriedenheit und
Fahrerlebnis sowie Kenntnisse über das Nutzungsverhalten ergänzen die gewonnenen Ergebnisse.
Um den Einsatz der Fahrzeuge sicherstellen zu
können, wird auch das Service- und Wartungskonzept weiterentwickelt.
Der Betrieb der Fahrzeuge konzentriert sich auf den
beruflichen Pendlerbetrieb und erfordert den Aufbau
einer Ladeinfrastruktur, die es erlaubt, sowohl zu
Hause als auch in unmittelbarer Nähe zum jeweiligen
Arbeitsplatz zu laden. Dadurch liegt ein weiterer
Schwerpunkt des Projektes auf der Untersuchung
rechtlicher und praktischer Probleme bei der Installation von Ladepunkten auf festen Stellplätzen.
Hierbei müssen unter anderem folgende Themen
betrachtet werden: eine erforderliche Genehmigung
zur Installation von Ladepunkten sowie die Vermeidung von Kosten an Mietstellplätzen durch fehlende
Stromanschlüsse oder Stromzähler. Durch die detaillierte Auswertung dieser Punkte sollen zukünftig
mögliche Hindernisse bei der Installation der Ladeinfrastruktur frühzeitig identifiziert und behoben
werden und einen Beitrag zur reibungsarmen Umsetzung der Elektromobilität in Ballungszentren liefern.
die Wirkung des dritten Schwerpunkts des Projektes
thematisiert, die möglichen nicht-monetären Anreize.
Sie bieten die Möglichkeit das elektrische Fahren
künftig attraktiver zu gestalten und die Markteinführung entsprechender Fahrzeuge zu unterstützen.
Mögliche Anreize sind die Mitnutzung von Busspuren
oder das vergünstigte Parken auf speziell ausgewiesenen Flächen im Innenstadtbereich. Im Rahmen des
Projekts soll analysiert werden, ob diese Privilegien in
der Praxis genutzt würden und einen tatsächlichen
Mehrwert für die Probanden darstellen könnten.
Neben Erkenntnissen bezüglich der Nutzungsprofile
und möglichen Veränderungen im Mobilitätsverhalten
sowie zur Alltagstauglichkeit der Fahrzeuge wird auch
43
2
Kopplung an erneuerbare Energien und Netzintegration
Die Energievorkette beeinflusst ganz wesentlich
die Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen. Fest steht,
dass Elektroautos ihre Klimaschutzwirkung erst dann
voll entfalten können, wenn der Fahrstrom aus
erneuerbaren Energien stammt. Gleichzeitig gewinnen Elektrofahrzeuge eine zunehmende Bedeutung
für die Integration von fluktuierenden Energien in
das Stromnetz. Sie können bei flächendeckendem
Einsatz erheblich zur Stabilisierung der Stromnetze
beitragen, indem sie als sogenannte verschiebbare
Last zur Verfügung stehen. Das heißt, plötzlich zur
Verfügung stehende überschüssige Energie, zum
Beispiel bei erhöhtem Windaufkommen, kann in den
Fahrzeugbatterien gespeichert werden. Daneben
kann bei Bedarf auch Strom ins Netz zurückgespeist
werden. Die Förderung soll dazu beitragen, hierfür
zuverlässige Verfahren zu entwickeln. Daneben
sollen weitere Erkenntnisse und Praxisergebnisse
zum induktiven, also kontaktlosen Laden gewonnen
werden, denn wenn es gelingt die Verweildauer
der Fahrzeuge am Netz zu erhöhen, erleichtert
dies eine flexible Netzintegration. Begleitende
Forschungsaktivitäten sollen zusätzliche Erkenntnisse zu ökonomischen und ökologischen Aspekten
der Ladeverfahren, Kundenbedürfnissen und Netzauswirkungen liefern.
Entwicklung und Erprobung von Verfahren zur Kopplung der Elektromobilität an
erneuerbare Energien,
45
Verbund
Intelligente Netzanbindung von
Elektrofahrzeugen zur Erbringung von
Systemdienstleistungen - INEES
Projektpartner
LichtBlick SE, Hamburg
SMA Solar Technology AG, Niestetal
Fraunhofer Institut für Windenergie
und Energiesystemtechnik, Kassel
Laufzeit
01.06.2012 – 31.05.2015
INEES
Die Regelleistung im Energienetz gewährleistet, dass
der Stromkunde unabhängig von der aktuellen
Nutzlast und trotz unvorhergesehener Ereignisse mit
genau der benötigten elektrischen Leistung versorgt
wird. Elektrofahrzeuge können mit ihren Batterien
Leistung mit hohen Gradienten aufnehmen und bereitstellen. Durch die Anbindung an den Regelleistungsmarkt können sie daher zur Stabilisierung des Netzes
beitragen. Des Weiteren werden dadurch Erlöse am
Strommarkt generiert, die helfen können, die Kosten
für die Elektromobilität zu senken und damit elektrisches Fahren attraktiver zu machen.
Ziele des Projektes INEES sind die Darstellung und
Erprobung der technischen und wirtschaftlichen
Machbarkeit der Teilnahme eines zentral gesteuerten
Elektrofahrzeugpools am Regelleistungsmarkt.
Im Rahmen des Projektes soll ein Feldversuch durchgeführt werden, bei dem die entsprechenden Technologien (bidirektionale Ladestationen, Kommunikations-
46
infrastruktur und batterieelektrische Fahrzeuge),
Geschäftsprozesse und der energiewirtschaftliche
Nutzen untersucht und anschließend Aussagen zur
Marktfähigkeit und den notwendigen Rahmenbedingungen abgeleitet werden.
Das Gesamtsystem für die Bereitstellung und Vermarktung von Regelleistung aus einem Pool von Elektrofahrzeugen umfasst innovative Komponenten und Prozesse,
die im Rahmen von INEES zu entwickeln sind.
Auf Seiten der Infrastruktur wird eine dreiphasige,
bidirektionale DC-Ladestation mit 10 Kilowatt Leistung für den Einsatz im Haushalts- und Gewerbebereich aufgebaut. Sie ermöglicht sowohl das zügige
Laden der Fahrzeuge als auch die Rückspeisung
gespeicherter Energie ins Netz (bidirektionale Anbindung). Zum gezielten Ansteuern des Elektrofahrzeugpools wird ein Poolmanager entwickelt. Dieses ITSystem verarbeitet die Steuersignale des Netzbetreibers
und generiert eine entsprechende Leistungsan-
2 – Kopplung an erneuerbare Energien und Netzintegration
forderung für die Fahrzeuge. Dabei wird sichergestellt,
dass die von den Fahrzeugen bereitgestellte Regelleistung jederzeit dem am Regelleistungsmarkt getätigten Angebot entspricht und gleichzeitig die Mobilitätsanforderungen der Fahrzeugnutzer erfüllt werden.
Notwendig sind daher Informationsschnittstellen
sowohl zum Poolmanager als auch zu den Fahrzeugen
und Fahrzeugnutzern: Über die Fahrzeugschnittstelle
gibt der Poolmanager seine Leistungsanforderungen an
die Fahrzeuge weiter, zusätzlich werden fahrzeugspezifische Parameter ausgetauscht. Die Nutzerschnittstelle
dient dagegen dazu, die vom geplanten Einsatz des
Fahrzeugs abhängige Verfügbarkeit freier Batteriekapazität für die Bereitstellung von Regelenergie zu
erfassen und an den Poolmanager weiterzugeben.
Der effektive Einsatz der Fahrzeuge für den Regelleistungsmarkt ist jedoch nur möglich, wenn die Nutzer
ihre Planungen zur Fahrzeugnutzung, insbesondere den
Startzeitpunkt und die Strecke der nächsten Fahrt,
bekannt geben. Um sie entsprechend zu motivieren,
muss zum einen die Eingabe komfortabel gestaltet
werden. Zum anderen erhält jeder Nutzer einen wirtschaftlichen Anreiz, die Batterie seines Fahrzeugs zur
energiewirtschaftlichen Nutzung freizugeben. Ein
entsprechendes Anreizsystem wird im Rahmen des
Projektes entwickelt.
Das Gesamtsystem wird im Rahmen eines Flottenversuchs mit zwanzig VW e-up! über zwölf Monate erprobt.
Dabei werden sowohl die Funktionen der Technologien
und der energiewirtschaftlichen Geschäftsprozesse getestet wie auch die Akzeptanz durch die Nutzer untersucht. Begleitend zum Flottenversuch wird in Simulationen die Auswirkung des Pool-Betriebs auf Verteilnetze
erforscht. Aus den Erfahrungen des Flottenbetriebs und
den Ergebnissen der Begleitforschung werden schließlich
Aussagen zur Massenmarktfähigkeit, insbesondere auch
zurWirtschaftlichkeit,sowie Empfehlungen für Regulierungsänderungen und Standardisierungen abgeleitet.
47
Verbund
Energiewende im Praxistest – Smart-E
Projektpartner
RWE Effizienz GmbH, Dortmund
Energiebau Solarstromsysteme GmbH, Köln
HOPPECKE Batterien GmbH & Co. KG,
Brilon-Hoppecke
Technische Universität Dortmund
Laufzeit
01.05.2013 - 31.10.2015
Smart-E
Elektromobilität gekoppelt an erneuerbare Energien
bietet neben dem Potential der Realisierung einer
CO2-freien Mobilität die Möglichkeit, durch intelligentes Laden Erzeugungsspitzen erneuerbarer
Energien zu Zeiten geringeren Bedarfs mittels der
Fahrzeugbatterie abzufedern. Dazu ist es erforderlich,
Elektrofahrzeuge intelligent und effizient in das
Stromnetz und in den Strommarkt zu integrieren.
Hierzu wurden vorrangig nur technische Teilaspekte
und Funktionalitäten in bisherigen Projekten
untersucht.
In dem Forschungsprojekt Smart-E werden
Geschäftsmodelle entlang der gesamten energiewirtschaftlichen Wertschöpfungskette aus ökonomischen, energierechtlichen und regulatorischen
Gesichtspunkten entwickelt und erforscht. Alle
Prozessstufen von der Stromerzeugung, über den
Transport, die Stromvermarktung und Einspeisung
bis hin zur Belieferung und Abrechnung werden in
48
die Betrachtung einbezogen. Die zu entwickelnden
Geschäftsmodelle sollen privat genutzte Elektrofahrzeuge, Eigenerzeugungsanlagen sowie stationäre
Speicher mit tariflichen Anreizen und innovativen
Produkten kombinieren. Für diese vorwettbewerblichen Geschäftsmodelle spielt die intelligente
Beladung der E-Fahrzeuge ebenso eine zentrale Rolle
wie deren Kombination mit einer (den Kundenwünschen entsprechenden) Eigenverbrauchsoptimierung. Der Anspruch ist folglich, vorwettbewerbliche
und massenmarkttaugliche Geschäftsmodelle für
verschiedene Marktrollen zu entwickeln, die teils
unter den heutigen regulatorischen Bedingungen
bereits funktionieren beziehungsweise teils Anpassungen erfordern. Es gilt also, diejenigen Dienstleistungen, die vor dem Hintergrund der heutigen
regulatorischen Vorgaben für eine massenmarkttaugliche Elektromobilität notwendig wären, zu
identifizieren, zu integrieren und ökonomisch wie
energierechtlich zu bewerten.
Die entwickelten Geschäftsmodelle werden in
einem 18-monatigen Feldtest erprobt. Dafür werden
maximal zehn ausgewählten Haushalte mit Photovoltaikanlagen oder optional Mikro-Kraft-WärmeKopplung (Mikro-KWK) Anlagen, Stromspeichern
sowie Smart-Home-Paketen ausgestattet. Zusätzlich
erhalten die Testhaushalte für den Zeitraum des
Feldtests ein schnellladefähiges Elektroauto sowie
eine entsprechende 11 Kilowatt Ladebox für zu
Hause. All diese innovativen Technologien werden
über ein Energiemanagementsystem bedarfsgerecht
gesteuert. Das bedeutet, dass das Energiemanagementsystem den Energieverbrauch der Kunden innerhalb
des Haushaltes permanent tarif- und / oder nutzerverhaltenbasiert optimiert.
Die übergreifende Zielsetzung ist es also, Lösungsansätze für eine Produktumsetzung zu entwickeln,
die die einzelnen Prozessstufen nicht isoliert voneinander betrachten, sondern vielmehr die Integration
der einzelnen Marktpartner unter den realen energiewirtschaftsrechtlichen, ordnungsrechtlichen, ökonomischen und regulatorischen Bedingungen an
den entsprechenden Schnittstellen analysieren und
auf Umsetzbarkeit prüfen. Dies erfolgt im Rahmen
des Feldtests, der die Praxistauglichkeit der einzelnen
definierten Geschäftsmodelle nachweisen soll.
An dem Projekt beteiligt sind Anlagenbetreiber,
Stromhändler und Energielieferanten, Endverbraucher, Energielogistiker sowie Verteilnetzund Messstellenbetreiber.
49
Verbund
Netzintegration von Elektromobilität
und regenerativen Einspeisern mithilfe
einer intelligenten Ortsnetzstation – NEmo
Projektpartner
Bergische Universität Wuppertal
SAG GmbH, Dortmund
Bilfinger Mauell GmbH, Velbert
Laufzeit
01.05.2013 - 30.04.2015
NEmo
Heutige Niederspannungsnetze sind noch nicht für
eine starke Energieeinspeisung durch dezentrale
Erzeuger (zum Beispiel Photovoltaik-Anlagen) oder
für den Anschluss leistungsintensiver Verbraucher
(wie zum Beispiel Elektrofahrzeuge) ausgelegt.
Dadurch kann es zeitweilig zu Überlastungen
der Niederspannungskabel und und so genannte
Spannungsbandverletzungen kommen, welche
aufgrund fehlender Überwachungsmechanismen
derzeit unentdeckt bleiben und somit auch nicht
behoben werden können.
Ein Netzausbau, der auch die Übertragung dieser
lediglich sporadisch auftretenden hohen Energiemengen gewährleisten könnte, würde zu erheblichen Kosten führen. Intelligente Überwachungsund Steuerungssysteme, welche im Falle von
Zustandsverletzungen die Engpässe zuverlässig
lokalisieren und beheben können, stellen im Sinne
der Kosteneffizienz eine sinnvollere Alternative dar.
Zur Umsetzung eines solchen Systems werden
50
steuerbare Einheiten im Netz benötigt. Elektrofahrzeuge sind aufgrund ihrer hohen Ladeleistungen
und benötigten Energiemengen dafür technisch
ideal geeignet. Die Regelung einer Ladestation kann
allerdings mit erheblichen Konsequenzen für die
Fahrzeugnutzer verbunden sein, da sich die Ladezeit
dadurch zwangsläufig erhöht und somit die Einsatzfähigkeit des Fahrzeuges beeinflusst wird. Um
Diskriminierungen einzelner Nutzer zu vermeiden
und die Akzeptanz solcher Regelungsmaßnahmen zu
erhöhen, bedarf es daher spezieller Ladeverfahren,
die die negativen Auswirkungen auf ein Minimum
beschränken und gleichzeitig gerecht verteilen.
Ziel des Projekts NEmo ist die Entwicklung und
Erprobung eines intelligenten Überwachungsund Steuerungssystems für Niederspannungsnetze,
welches den Netzzustand kontinuierlich kontrolliert
und das Ladeverhalten von Elektrofahrzeugen insbesondere auch im Zusammenspiel mit dezentralen
Konzept der intelligenten Netzintegration von Elektrofahrzeugen
Stromerzeugungsanlagen von der Ortsnetzstation
aus lokal und autark regelt. Als Ausgangsbasis dient
dabei ein bereits bestehender Regelungsalgorithmus,
welcher zur Ansteuerung von Ladeinfrastruktur
und Elektrofahrzeugen weiterentwickelt und um
diskriminierungsfreie Ladekonzepte ergänzt wird.
Zusätzlich wird ein spezieller „Location Based
Service“ für die Endverbraucher entwickelt, welcher
unter anderem die verfügbare Ladekapazität im Netz
darstellt und somit die momentane Einsatzfähigkeit
öffentlicher Ladestationen anzeigen kann.
Die Funktionsfähigkeit des Automatisierungssystems
soll darüber hinaus in zwei Testnetzen überprüft
werden. Zu diesem Zweck stehen das Campusnetz
der Universität Wuppertal sowie ein innerstädtisches
Netz der Wuppertaler Stadtwerke zur Verfügung. Im
Ergebnis können dadurch umfangreiche praktische
Erfahrungen mit dem Aufbau von intelligenten
Überwachungs- und Steuerungssystemen für Nieder-
spannungsnetze gesammelt werden, die die Basis für
eine zukünftig optimierte Netzintegration der
Elektromobilität bilden.
An dem Projekt sind vier Partner beteiligt. Der
Bergischen Universität Wuppertal obliegt neben
der Gesamtprojektleitung auch die Erweiterung der
Berechnungslogik sowie die Entwicklung und
Integration der neuen Ladeverfahren. Außerdem
führt sie die beiden abschließenden Feldtests durch.
Die Bilfi nger Mauell GmbH in Velbert übernimmt
neben der Ermittlung und Ausleitung der zu visualisierenden Daten für die „Location Based Services“
auch die Anpassung der bestehenden Hard- und
Software an die entwickelten Erweiterungen. Die
SAG GmbH in Langen ist für die Datenaufbereitung
und Konfiguration der Testnetze, sowie für die
Anlagenaufbereitung zuständig. Die WSW Netz
GmbH unterstützt die Durchführung des Feldtests
in ihrem Netzgebiet als assoziierter Partner.
51
Verbund
Integration von Elektromobilität
in Smart Grids – Well2Wheel
Projektpartner
HEAG Südhessische Energie AG (HSE), Darmstadt
Technische Universität Darmstadt
EUS GmbH, Holzwickede
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und
Systemzuverlässigkeit (LBF), Darmstadt
Fachhochschule Frankfurt am Main –
University of Applied Sciences
Laufzeit
01.05.2013 - 30.04.2016
Well2Wheel
Mit dem zunehmenden Beitrag regenerativer,
fluktuierender Energien an der Stromerzeugung
steigen auch die Anforderungen an die Stromverteilnetze hinsichtlich der Übernahme von Systemdienstleistungen zur Netzstabilisierung. Neben den klassischen Mitteln der Erzeugungs- und Laststeuerung
kommt dabei insbesondere der Energiespeicherung
eine wachsende Bedeutung zu. Elektrofahrzeuge
können als mobile Speichereinheiten im Verteilnetz
fungieren und Aufgaben der Spannungsstabilität,
Versorgungssicherheit und Regelleistung übernehmen. Voraussetzung dafür ist der Aufbau einer
intelligenten Netzinfrastruktur für das gesteuerte
Laden der Fahrzeuge.
Web2Energy bestehende Infrastruktur (virtuelles
Kraftwerk, Smart Meter) zurückgegriffen. Die
Handwerkskammer Rhein-Main, die Stadtreinigung
Darmstadt (EAD) und das Hessische Immobilienmanagement (für die Hessische Staatskanzlei und
die Hessische Landesregierung) bringen als assoziierte Partner ihre Elektrofahrzeuge in das Projekt ein,
so dass auf eine Flotte von insgesamt 49 E-Autos
unterschiedlichster Auslegung zurückgegriffen
werden kann. Im Einzelnen sind dies 24 Opel
Ampera, zwei Mitsubishi i-MiEV, sechs Renault
Kangoos, sieben eSmart, ein Nissan Leaf, ein Tesla,
zwei BMW i3, zwei Govecs Roller sowie vier Aixam
Mega Kleinlastwagen.
Im Rahmen des Projekts Well2Wheel soll ein Weg
gefunden werden, die Elektromobilität in das Verteilnetz als aktive Komponente zu integrieren und über
die Grenzen eines Netzbetreibers hinweg zu steuern.
Hierzu wird auf die aus dem Vorläuferprojekt
Das Hauptaugenmerk des Projekts liegt in der
technischen Einbindung der Elektromobilität in die
Virtuellen Kraftwerke des Verteilnetzes. Dazu wurde
ein Untersuchungsgebiet gewählt, dass sich aus fünf
Netzzellen zusammensetzt. Für alle Netzzellen soll
52
ein gemeinsamer Kommunikationsstandard aufgebaut werden, damit Netzinformationen über den
optimalen Ladezeitpunkt für den Elektrofahrzeugnutzer uneingeschränkt zugänglich sind.
Drei unterschiedliche Informationskanäle sollen
im Projekt genauer untersucht werden: Die direkte
Kommunikation mit dem Fahrzeug, die Kommunikation mit den Ladepunktnutzern über visualisierte
Rot-/Grün-Phasen sowie die Kommunikation mit
den Fahrzeugnutzern über SMS und Webapplikation.
Die Projektergebnisse tragen dazu bei, dass die
Speicherung von kurzfristig überschüssiger Energie
verbessert wird und der ortsnahe Verbrauch regional
erzeugter Energie optimiert. Im Ergebnis kann der
Netzausbaubedarf reduziert werden.
Das meint bei Fahrszenarien, bei denen immer
wieder zum Ausgangspunkt zurückkehrt wird,
wie zum Beispiel bei Berufspendlern. Hierfür wird
auch eine umfassende Nutzerakzeptanzuntersuchung
mit rund 100 Teilnehmern durchgeführt. Weiterhin
sollen die durch mechanische, thermische und elektrische Beanspruchungen langfristig auftretenden
Verschleißerscheinungen an Ladepunkten und Ladegeräten mit Hilfe von moderner Sensortechnik und
einer speziellen Prüfvorrichtung untersucht werden.
Außerdem steht dem Projekt ein Energieeffizienzhaus
mit gebäudeintegrierter Photovoltaik (surPLUShome
der TU Darmstadt) zur Verfügung, das um die Komponente Elektromobilität erweitert werden soll.
Projektseite im Internet: www.well2wheel.de
Die Praxistauglichkeit und Benutzerfreundlichkeit
dieses Ansatzes soll insbesondere für die zirkuläre
Mobilität untersucht und verbessert werden.
53
Vorhaben
Zusammenführung von Elektromobilität
und erneuerbarer Energie für intelligente
Wirtschaftsverkehre im ländlichen Raum
durch Informations- und Kommunikationstechnologien – EMiLippe
Projektpartner
Kreis Lippe - der Landrat, Detmold
Phoenix Contact E-Mobility GmbH,
Schieder-Schwalenberg
Herbert Kannegiesser GmbH, Vlotho
itelligence AG, Bielefeld
Laufzeit
01.09.2013 - 31.08.2016
EMiLippe
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Elektromobilitätssystems für Wirtschaftsverkehre im
ländlichen Raum unter optimaler Ausnutzung
erneuerbarer Energien. Das Konzept berücksichtigt
die Mobilitätsanforderungen von Unternehmen
mit verteilten Standorten sowie von Unternehmenszusammenschlüssen, die Flotten gemeinsam nutzen.
Neben Industrieunternehmen als klassische „Betreiber“ von Wirtschaftsverkehren sind in dem Verbundprojekt die öffentliche Verwaltung sowie Forschungseinrichtungen als wichtige Akteure und Netzwerkpartner beteiligt.
Die Elektrofahrzeugflotten der Wirtschaftsverkehre
im ländlichen Raum sollen nach Möglichkeit durch
eigenerzeugte erneuerbare Energie betrieben werden.
Diese Energie soll aus den dezentralen Verteilnetzen
(Micro-Grids) der Unternehmen oder wahlweise
von regionalen Energieversorgern stammen.
54
Verstärkt durch die besonderen Rahmenbedingungen
des ländlichen Raums entstehen erhöhte Anforderungen an die Verfügbarkeit der Elektrofahrzeuge sowie an
den Austausch von Energie in der Prozesskette von
und zwischen den Stromerzeugern bis hin zu den
Fahrzeugen. Auf Basis von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) wird ein Roaming-Konzept
entwickelt, das auf diese Ansprüche zugeschnitten ist.
Zur Steuerung der Flotten und der Energieflüsse
wird eine Leitwarte für die Unternehmen aufgebaut.
Diese kann seinerseits die verschiedenen Prozesse
erfassen und optimieren, andererseits die Energieund Mobilitätsanforderungen der teilnehmenden
Systempartner bedienenen. Durch die skalierbare
Ausgestaltung wird das entwickelte Gesamtsystem
für Wirtschaftsverkehre im ländlichen Raum für
andere Unternehmenszusammenschlüsse und
weitere Netzwerke von Unternehmen und öffentlichen Institutionen mit verteilten Standorten nutzbar.
An die Infrastruktur angebunden wird das intelligente
System über die durch die beteiligten Wirtschaftsunternehmen zu entwickelnden Produkte. Dies
sind eine regenerative Ladesäule (Phoenix Contact
E-Mobility GmbH), ein E-Mobil-Energiestellplatz mit
einer auf erneuerbare Energie bezogenen Erzeugung
(Herbert Kannegiesser GmbH) und und ein E-CarFlotten- und Mobilitätsmanagement (itelligence AG).
Das aus den Prototypen dieser Elemente neu aufgebaute Mobilitätssystem wird in einem Flottentest
bei der für die übergreifende Projektkoordination
verantwortlichen öffentlichen Einrichtung Kreis
Lippe erprobt und demonstriert. Wirtschaftlichkeit,
Umweltbilanz und gesellschaftliche Akzeptanz
werden in projektbegleitenden Studien evaluiert,
um Auswirkungen und Optimierungspotentiale für
elektromobile Wirtschaftsverkehre im ländlichen
Raum zu erschließen und auf weitere Regionen zu
übertragen. Die Einbindung der Unterauftragnehmer
Institut für industrielle Informationstechnik der
Hochschule OWL (inIT), Fraunhofer Anwendungszentrum, Ostwestfälisches Institut für innovative
Technologien in der Automatisierungstechnik
(OWITA GmbH) erfolgt zur Begleitforschung, Technologieentwicklung und zum Aufbau von Test- und
Demonstrationssystemen.
Hervorgehend aus den Erkenntnissen und Erfahrungen des Projektes, insbesondere des Flottenversuches
und der begleitenden Forschung, wird ein rechtlicher
und betriebswirtschaftlicher Leitfaden erstellt, in
dem Abrechnungsmodelle im Fokus stehen. Dieser
Leitfaden bildet einen weiteren Grundstein für die
Übertragbarkeit des entwickelten Systems elektromobiler Wirtschaftsverkehre aus der repräsentativen
Gebietskulisse von Ostwestfalen-Lippe auf andere
Kommunen, Regionen und Unternehmen.
55
Verbund
Das 3E-Mehrfamilienhaus - Eigenerzeugung,
Eigenverbrauch, Elektromobilität - 3E MFH
Projektpartner
Lichtblick SE, Hamburg
ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung
Heidelberg GmbH
Laufzeit
01.01.2014 – 31.12.2016
3E MFH
Die Eigenstromerzeugung mit Photovoltaikanlagen
und Blockheizkraftwerken wird durch steigende
Strompreise für Endkunden wirtschaftlich immer
interessanter. Schon heute wird ein Großteil der
neu installierten Photovoltaikanlagen für den Eigenverbrauch errichtet.
Künftig können Eigenerzeugung und Elektromobilität
sinnvoll kombiniert werden. Das System E-Fahrzeug,
Ladeinfrastruktur und Stromnetz wird um lokale
Kraftwerke ergänzt. So ein System muss einerseits –
neben der Optimierung von Eigenerzeugung,
Eigenverbrauch und Einspeisung – auch Mobilitätsbedürfnisse berücksichtigen. Andererseits entsteht
durch eine intelligente Beladung die Möglichkeit,
die Fahrzeugbatterie als zusätzlichen steuerbaren
Verbraucher einzubinden. Gemeinsam bilden diese
Komponenten ein sehr flexibles lokales System aus
dezentralen Kraftwerken und Speichern.
56
Bisher konzentrieren sich Forschung und Entwicklung zur Optimierung solcher Systeme auf Firmenstellplätze oder Einfamilienhäuser. Im Projekt 3E
MFH wird dieses komplexe Zukunftssystem dezentraler Energie erstmals im Mehrfamilienhaus
mit einer größeren Zahl von Mietparteien erprobt.
Es werden Photovoltaikanlagen sowie die kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung von mit Wärmespeichern gekoppelten ZuhauseKraftwerken (MiniBlockheizkraftwerke, Mini-BHKW) eingesetzt.
Weiterhin wird neben der Batterie im E-Fahrzeug
ein statio-närer Batteriespeicher installiert.
Dieses Gesamtsystem wird vom Projektpartner
LichtBlick über die IT-Plattform SchwarmDirigent in
die Energiehandelsmärkte eingebunden. So wird
überschüssiger Strom aus der Photovoltaikanlage,
dem BHKW und den Batterien energiewirtschaftlich
optimal vermarktet. Auch der Bezug von zusätzlich
aus dem Netz benötigtem Strom wird nach energiewirtschaftlichen Kriterien optimiert. Die Mieter
werden über das Produkt ZuhauseStrom am Eigenverbrauch beteiligt. Die Verknüpfung und energiewirtschaftliche Optimierung eines Gesamtsystems
aus Erzeugern und Speichern in einem Mehrfamilienhaus kann durch das Angebot attraktiver Produkte
und Dienstleistungen Anreize für Investitionen in
dezentrale Kraftwerke, Speicher und Elektromobile
schaffen. So kann der im Projekt 3E MFH verfolgte
Ansatz auch dazu beitragen, die Einführung der
Elektromobilität in Deutschland zu beschleunigen,
wenn durch deren Einbindung in die Energiemärkte
und die so erzielten Zusatzerlöse die Kosten für den
Endkunden sinken. Das Projekt 3E MFH liefert
Aufschlüsse über eine verbrauchernahe Konfiguration energiewirtschaftlicher Produkte und Dienstleistungen zum Management dezentraler Energie.
Poolbetreibern untersucht werden. Auch die bisher
unbekannten Anforderungen an die Ladung der
Fahrzeugbatterie im Rahmen des Quartiers-Carsharing und die gezielte Steuerung stationärer Energiespeicher werden untersucht.
Der Projektpartner ifeu erstellt eine Ökobilanz des
Systems. Weiterhin wird die Relevanz dieser Lösung
für den aktuellen und erwarteten Gebäudebestand
untersucht. Zudem wird untersucht, ob das System
auf Einfamilienhäuser übertragen werden kann und
welche energiewirtschaftliche Rolle es im künftigen
Energiesystem spielen könnte.
Das Vorhaben liefert weiterhin Antworten auf
ökologische und energiewirtschaftliche Fragen, die
aus der Sicht von Mietern, Anlagenbesitzern und
57
Verbund
Smart Parking Solutions für das Parken
am Straßenrand und an Elektroladesäulen
in der Stadt von morgen – City2.e 2.0
Projektpartner
Siemens AG, Berlin und München
Senatsverwaltung für Stadtentwicklung
und Umwelt Berlin
VMZ Berlin Betreibergesellschaft mbH, Berlin
Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität –
Recht, Ökonomie und Politik e.V., Berlin
Deutsches Forschungszentrum
für Künstliche Intelligenz GmbH, Kaiserslautern
Laufzeit
01.01.2014 – 31.12.2015
City2.e 2.0
Umweltbelastungen in urbanen Räumen werden zu
einem großen Teil durch den motorisierten Individualverkehr verursacht. Im Projekt City2.e 2.0 wird daher
ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, der die erfolgreiche Ausweitung von Elektromobilität an eine
allgemeine Reduzierung des Parkraumsuchverkehrs,
eine bessere Auslastung der Ladeinfrastruktur und
eine gesteigerte Intermodalität koppelt. Eine der
Voraussetzungen für eine breite Akzeptanz der
Elektromobilität ist die Errichtung von ausreichender
Ladeinfrastruktur im öffentlich zugänglichen Raum.
Zudem muss deren aktuelle Verfügbarkeit und Lage
in der Stadt den Fahrerinnen und Fahrern immer
bekannt sein. Das Vorläuferprojekt City2.e hat gezeigt, dass ein Betrieb öffentlich zugänglicher Ladeinfrastruktur aufgrund des Verhaltens von „Straßenrandparkern“ nur mit hohen Zuschüssen wirtschaftlich betrieben werden kann. Um die Auslastung der
Ladestationen zu steigern, darf die Parkdauer nicht
über den Ladezeitraum hinausgehen. Notwendig
58
ist somit ein erweiterter Ansatz, der vor allem auch
Fragestellungen der Koordination und Steuerung des
Park- und Ladeverhaltens (Reservieren, Auffinden /
Routing und Bezahlen) umfasst. Zudem müssen die
zahlreichen beteiligten Einzelakteure (unter anderem
Industrie, Betreiber, Forschungseinrichtungen,
Energieversorger und Städte und Kommunen) mit
ihren jeweiligen Lösungsbeiträgen in ein Gesamtsystem stärker eingebunden werden.
Smart Parking Solutions ermöglichen eine nachfragegerechte Nutzung des verfügbaren öffentlichen Parkraums, indem sie das schnelle Auffinden eines freien
und bei Bedarf eines zum Laden eines Elektro-PKW
geeigneten Parkplatzes unterstützen. Smart Parking
Solutions stellen darüber hinaus eine Transparenz
über Parkplatzverfügbarkeiten im Kontext des multimodalen Verkehrs her. Im Ergebnis wird Parkplatzsuchverkehr reduziert und die Auslastung von
Parkplätzen und Ladesäulen optimiert. Hauptziel des
Nachfolgeprojekts City2.e 2.0 ist die Praxisdemonstration einer intelligenten Parkraumüberwachung
und -steuerung, die insbesondere die Parkplätze an
Ladesäulen für Elektrofahrzeuge einschließt. Dies
umfasst die Entwicklung eines Erprobungsmusters
einer leistungsfähigen Parkplatzdetektion sowie die
Entwicklung einer Systemarchitektur zur Überwachung und Steuerung der detektierten Plätze. Dabei
steht das straßenseitige Parkraum- und Ladeinfrastrukturangebot im Vordergrund. Die praktische
Erprobung des Systems soll im Laborgebiet Berlin
Steglitz /Friedenau stattfinden unter Einbindung der
Verkehrsinformationszentrale (VMZ) Berlin. Mit der
Verknüpfung von Parkraumsensordaten, Wetterdienstdaten und selbstlernender Modelle zur Ermittlung individueller Fahrprofile soll der innerstädtische
Park- und Ladebedarf zukünftig besser prognostizierbar und steuerbar werden. Im Vorhaben werden auch
die damit zusammenhängenden rechtlichen und
ökonomischen Rahmenbedingungen untersucht.
Eine insgesamt bessere Verkehrskoordination in
Großstädten soll darüber hinaus durch die Erweiterung einer bereits bestehenden Mobilitätsplattform
um multimodale Angebote (Carsharing, ÖPNV) sowie
die Einbindung von anbieterunabhängigem Smart
Routing erreicht werden.
59
Verbund
Interoperables induktives Laden - InterOp
Projektpartner
Conductix-Wampfler GmbH, Weil am Rhein
German E-Cars GmbH, Grebenstein
SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG, Bruchsal
Siemens AG, München
Paul Vahle GmbH & Co. KG, Kamen
E.ON New Build & Technology GmbH, Gelsenkirchen
DB FuhrparkService GmbH, Frankfurt am Main
StreetScooter GmbH, Aachen,
ifak Institut f. Automation und
Kommunikation e.V., Magdeburg
EAI GmbH, Ilsenburg
Laufzeit
01.11.2012 – 31.10.2015
InterOp
Deutsche Pendler legen täglich im Schnitt 30 Kilometer zurück. Ähnlich niedrig ist das tatsächliche
Kilometeraufkommen in vielen Flotten und im
Carsharing. Mit bis zu 160 Kilometern Reichweite
sind Elektroautos bereits heute für die meisten
Fahrprofile geeignet, ohne ständig geladen zu werden.
Somit stehen die Speicherkapazitäten von Elektrofahrzeugflotten dem Netzmanagement als verschiebbare Last zur Verfügung. Voraussetzung dafür ist
jedoch das gesteuerte Laden mit einer Anbindung der
Fahrzeuge an das Internet und die Ladeinfrastruktur.
Die Autos der Zukunft sind via Internetzugang
immer und automatisch mit dem Mobilfunknetz
verbunden. Will man sicherstellen, dass Fahrzeuge
auch automatisch mit dem Stromnetz verbunden
sind, lässt sich diese Anforderung am besten mit
dem kabellosen Laden erfüllen.
Die Erfahrungen bisheriger Flottenversuche haben
gezeigt, dass das Laden mit Kabel und Stecker vom
60
Nutzer gerne bis zuletzt aufgeschoben und bisweilen
sogar vergessen wird. Kabelloses Laden bedeutet
hingegen automatische Anbindung und Verfügbarkeit der Fahrzeuge am Netz, wann immer sie parken.
Im Schnitt ist das an 23 Stunden pro Tag der Fall.
Selbst intensiver genutzte Carsharing- oder Flottenfahrzeuge stehen noch mehr als 16 Stunden auf
dem Parkplatz. Mit diesen Fahrzeugflotten können
Flottenbetreiber Vorteile nutzen, indem sie Netzbetreibern Systemdienstleistungen zur Netzstabilisierung anbieten. Das induktive Laden von Elektrofahrzeugen ist damit ein wesentlicher Türöffner für die
Elektromobilität.
Bei flächendeckendem Einsatz des gesteuerten
Ladens können Elektrofahrzeuge demzufolge einen
erheblichen Beitrag zur Stabilisierung der zunehmend schwankend ausgelasteten Stromnetze leisten.
Schon die angestrebte Zahl von einer Million Elektrofahrzeugen im Jahr 2020 könnte die gesamte
deutsche Pumpspeicherleistung verdoppeln. Vorausgesetzt die Fahrzeuge sind genau wie die Pumpspeicher automatisch verfügbar. Dann stellt sich die
Gesamtflotte aus Sicht der Netzleitwarten wie ein
virtuelles, dezentrales Speicherkraftwerk dar.
Damit die Vorteile des kabellosen Ladens flächendeckend genutzt werden können, müssen alle kabellosen Ladepunkte von allen entsprechend ausgerüsteten Fahrzeugen gleichermaßen effizient und sicher
genutzt werden können. Das heißt, die Interoperabilität von Ladepunkten und Fahrzeugen muss
hergestellt werden. Dieser zentralen Aufgabe widmet
sich das Projekt InterOp. Die Projektpartner können
dabei auf Erfahrungen aus drei vom BMUB geförderten Projekten aus dem Konjunkturpaket II aufbauen.
Hauptziele von InterOp sind Interoperabilität,
Sicherheit und Effizienz: Bei jeder Konstellation von
Fahrzeugen und Ladepunkten sollen sicherheitskritische Vorkommnisse hinsichtlich Mensch und Tier
ausgeschlossen werden. Außerdem werden über den
gesamten Ladevorgang und das komplette System hinweg Wirkungsgrade von über 90 Prozent angestrebt.
Obwohl das Prinzip der induktiven Energieübertragung seit über 100 Jahren bekannt ist, erfordert die
Anwendung bei Elektroautos im öffentlichen Raum
eine grundlegende Neuentwicklung. Da InterOp
Lösungen für den Volumenmarkt anstrebt, wird von
Anfang an und auf jeder Technologieebene Kostenführerschaft angestrebt. Bei kabellosen Ladelösungen
sind weitaus stärkere Kostensenkungspotentiale zu
erwarten als bei kabelgebundenen – unter anderem
durch Standardisierung und automatisierte Massenfertigung. Neben den aufgeführten Vorteilen bietet das
kabellose Laden vollkommene Barrierefreiheit für den
Nutzer (Fahrer) und ist damit für die nachhaltige
Einführung der Elektromobilität entscheidend.
61
Verbund
Intelligente Ladeinfrastruktur
mit Netzintegration – INTELLAN
Projektpartner
BELECTRIC Solarkraftwerke GmbH, Kolitzheim
KISTERS AG, Gröbenzell
Elektrizitätswerk Mainbernheim GmbH,
Mainbernheim
Lemonage Software GmbH, Dresden
Fraunhofer-Institut für Solare
Energiesysteme, Freiburg
Hochschule Zittau/Görlitz (FH), Zittau
BELECTRIC Drive GmbH, Kitzingen
Laufzeit
01.10.2012 – 31.12.2014
INTELLAN
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer intelligenten Ladeinfrastruktur, die an beliebigen Orten
installierbar und problemlos betreibbar ist. Diese
vernetzte Ladeinfrastruktur soll durch intelligentes
lokales Lastmanagement eine potentielle Netzanschlussüberlastung vermeiden und die Integration
erneuerbarer Energien ermöglichen. Im Fokus steht
hierbei die Abstimmung von Energieangebot und
-nachfrage. Des Weiteren erfolgt die Anbindung
an ein Gebäudeenergiemanagementsystem, an dem
weitere Erzeuger und Verbraucher beteiligt sind. An
einem Solar-Carport mit Pufferbatterie finden Tests
hinsichtlich der optimalen Nutzung lokal erzeugter
regenerativer Energie im Lastmanagement statt.
An dem Projekt sind sieben Verbundpartner beteiligt.
Die BELECTRIC Solarkraftwerke GmbH übernimmt
die Konsortialführerschaft und die Hardware-Entwicklung im Bereich Elektronik und Elektrotechnik.
Daneben entwickelt sie die Modi
62
zur Ladesteuerung, welche auf den Erfahrungen
aus dem Betrieb von elektrischen Anlagen resultieren.
Die BELECTRIC GmbH Drive als Anbieter der Ladeinfrastruktur erstellt Lastenhefte, Vertriebskonzepte
sowie Endkundenpreismodelle für den Ladestrom.
Ziel von BELECTRIC Drive ist es, Photovoltaik und
Elektromobilität zu verknüpfen, um eine umweltfreundliche Mobilität zu ermöglichen. Beim
Elektrizitätswerk Mainbernheim finden Tests der
entwickelten Applikationen in der wirtschaftlichen
und technischen Anwendungspraxis eines Energieversorgungsunternehmens (EVU) statt. Das E-Werk
überprüft dabei die realen Rückwirkungen auf die
Stromqualität in Niederspannungsnetzen. Vertriebsseitig konzipiert es einfach abzurechnende Fahrstromtarife, die einen Energiekundenwechsel in
Eigen- und Fremdnetzen ermöglichen und mit einem
hohen Anteil erneuerbarer Energien beliefert werden
sollen. Die Forschung des Fraunhofer-Instituts für
Solare Energiesysteme ISE schafft technische Voraus-
setzungen für eine effiziente und umweltfreundliche
Energieversorgung. Im Projekt erarbeitet und untersucht das ISE innovative Kommunikations- und
Steuerungskonzepte von E-Fahrzeugen im Zusammenspiel mit dem Gebäudeenergiesystem. Die
KISTERS AG entwickelt die Schnittstelle zwischen
dem technischen und kaufmännischen Bereich einer
Ladeinfrastruktur, in dem die Ladedaten an den
einzelnen Stationen gesammelt und dem angeschlossenen Abrechnungssystem zur Verfügung gestellt
werden. Weiterhin entwickelt KISTERS Funktionen
zur Bereitstellung von Regelenergie und zum Lastmanagement unter Berücksichtigung des Leistungspotentials der Ladeinfrastruktur.
Die Lemonage Software GmbH entwickelt die Software für ein Embedded System, welches die Grundlage für das Ladecluster ist. Darüber hinaus betreut
die Lemonage die Anbindung der Systeme der
übrigen Verbundpartner. Besonders wichtig ist hier
der Entwurf von Schnittstellen und neuen Protokollen, die die Kommunikation der verschiedenen
Systeme untereinander ermöglichen. Die Hochschule Zittau / Görlitz entwickelt eine konzeptionelle
Strategie für die Integration und Kommunikation
von Ladeboxen innerhalb eines Ladeclusters. Ziel ist
eine für größere Ladecluster ökonomisch realisierbare technische Lösung, die auch die Verbindung
zwischen nicht unmittelbar benachbarten Stationen
wie in einem Netzwerk sichert.
Schließlich erfolgt eine Evaluierung der Ergebnisse
der Anwendungen des entwickelten Lastmanagements
in Bezug auf Eigenverbrauchsoptimierung, Netzentlastung und Kundennutzen mit Hilfe einer E-Fahrzeugflotte. Dabei werden verschiedene Geschäftsmodelle untersucht, um den wirtschaftlichen Betrieb
von Ladeinfrastruktur zu erforschen.
Projektseite im Internet: www.intellan.de
63
Verbund
Untersuchung der Potentiale des
gesteuerten Ladens unter Nutzung der
vollen Kommunikationsmöglichkeiten
zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug Gesteuertes Laden V3.0
Projektpartner
BMW AG, München
EWE AG, Oldenburg
Clean Energy Sourcing GmbH, Leipzig
Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik
und Bildauswertung (IOSB), Ilmenau
Technische Universität Ilmenau
Technische Universität Chemnitz
Laufzeit
01.12.2012 – 30.09.2015
Gesteuertes Laden V3.0
Ziel des Forschungsvorhabens ist, durch ein intelligentes Energiemanagement – welches die Erfordernisse des Endkunden (Fahrzeugnutzer), zeitliche
Schwankungen in der Verfügbarkeit regenerativer
Energie und die infrastrukturellen Rahmenbedingungen berücksichtigt – ein technisches und wirtschaftliches Optimum für das Laden von Elektrofahrzeugen zu finden. Unter Ausnutzung zur Verfügung
stehender regenerativer Energieressourcen, die
umweltbedingten Schwankungen unterliegen, soll
das Laden von mobilen Energiespeichern so erfolgen,
dass einerseits die Mobilität des Verbrauchers nicht
eingeschränkt, andererseits aber Lastspitzen vermieden und die vorhandene Infrastruktur weitestgehend
genutzt werden kann. Darüber hinaus wird erforscht,
wie die einzelnen Ladevorgänge großer Flotten
von Elektrofahrzeugen gebündelt gesteuert werden
können, um damit Regelleistung zur Netzstabilisierung generieren und vermarkten zu können.
64
Dazu sind die existierenden Anforderungen der Übertragungsnetzbetreiber an technische Anlagen zu
analysieren und mit den Gegebenheiten auf Seiten
der Elektromobilität hin abzugleichen. Insbesondere
die IKT-seitige Vernetzung der heutigen Strukturen
zwischen Übertragungsnetzbetreibern und Regelleistungsanbietern mit Elektrofahrzeugen und Backendsystemen stellt dabei eine große Herausforderung
dar. Neben der Erforschung der technischen Aspekte
wird untersucht, inwieweit die derzeitigen Marktregularien entsprechende Geschäftsmodelle unterstützen können beziehungsweise Bedarf für Anpassungen in den Regularien bestehen wird. In einem
dreiphasigen Probebetrieb im Zeitraum Januar 2014
bis Juni 2015 werden je 10 Nutzer mit BMW Active E
sowohl die Ladetechnik als auch das komplementäre
Geschäftsmodell als „Community“ im Alltagsbetrieb
erleben und erproben. In der dritten und letzten
Phase wird angestrebt, die Fahrzeuge in einem Ortsnetzteilstrang konzentriert einzusetzen, als „Smart
Grid Stresstest“, der zur Erprobung von Lastmanagement-Funktionen im Verteilnetz dienen wird.
Im Ergebnis werden Aussagen zum Regelleistungspotenzial von Elektrofahrzeug-Pools, deren Ertragsperspektiven und der Umsetzbarkeit im Rahmen
bestehender Regularien sowie Empfehlungen zur
Neugestaltung von Regularien, welche sich gegebenenfalls als Hemmnisse erweisen, vorliegen.
Des Weiteren werden Aussagen über die wirtschaftliche Nutzung aus der gezielten Integration von
gesteuertem Laden in die Netzbetriebsführung auf
der Übertragungs- und Verteilnetzebene abgeleitet
und Aussagen über Belastungsprognosen für Verteilnetze, Steuerungsmethoden, Netzanalysetools und
Wirtschaftlichkeitsvergleiche mit konventionellem
Netzausbau dediziert zum Ansatz von öffentlichen /
lokalen Lastmanagement-Systemen (ÖLM/LLM)
erarbeitet.
Neben dem auf die Erbringung von SekundärRegelleistung (SRL) ausgerichteten Geschäftsmodell
werden auch alternative Möglichkeiten zur Nutzung
der Speicherkapazität von Elektrofahrzeugflotten
erforscht.
Ergänzend zu Erkenntnissen zur optimalen Gestaltung von Anzeige- und Bedienkonzepten wird
die Nutzerforschung auch Empfehlungen zur Ausgestaltung von Geschäftsmodellen im Sinne einer
maximalen Kundenakzeptanz erarbeiten.
65
3
Markteinführung mit ökologischen Standards
Fuhrparks sind Pioniersegmente der Elektromobilität: Gerade Flottenanwendungen bieten ein hohes
Potential zur Markteinführung neuer Fahrzeugtechnologien. Im Rahmen des Regierungsprogramms
Elektromobilität hat die Bundesregierung beschlossen, Fahrzeuge mit einem CO2 - Ausstoß von weniger
als 50 Gramm pro Kilometer für Fuhrparks in ihrem
Zuständigkeitsbereich zu beschaffen. Auch Länder,
Kommunen sowie private Flottenbetreiber können
in gleicher Weise initiativ werden. Fuhrparkbetreiber,
die Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb langfristig
testen und dabei deren ökologischen Nutzen
untersuchen, erhalten im Rahmen der Förderung
Investitionszuschüsse für die Beschaffung der
Elektroautos. In den Praxisversuchen sollen so
Flottenanwendungen identifiziert werden, bei
welchen gerade in der Anfangsphase der größte
ökologische Nutzen zu erwarten ist.
67
Verbund
Elektrische Fahrzeugflotten für die
Hauptstadtregion - InitiativE Berlin-Brandenburg
Projektpartner
Berlin Partner für Wirtschaft
und Technologie GmbH, Berlin
DLR e.V., Berlin
X-Leasing GmbH, München
Laufzeit
01.01.2014 - 31.12.2016
InitiativE-BB
Mehr Elektrofahrzeuge in Berlin und Brandenburg
auf die Straße zu bringen – das ist das Ziel des Projekts
InitiativE Berlin-Brandenburg. Der Einsatz von bis
zu 500 Leasing-Fahrzeugen verschiedener Hersteller
in Flotten für unterschiedliche Nutzergruppen und
Anwendungen sowie deren wissenschaftliche Begleitung stehen hierbei im Mittelpunkt.
Die X-Leasing GmbH koordiniert die Fahrzeugbeschaffung und wickelt das Leasing zentral ab. Mit dem
Verbundprojekt wird die Nutzung von Elektrofahrzeugen bei Unternehmen und privaten Institutionen
sowie öffentlichen und halböffentlichen Institutionen in der Hauptstadtregion Berlin-Brandenburg
weiter vorangetrieben. Sie stellt als Vorreiter für
innovative und nachhaltige Mobilität einen besonders geeigneten Standort für das Projekt dar. Zudem
ist sie das größte Praxislabor für Elektromobilität
in Deutschland und steht mit den meisten Fahrzeugen und Projekten sowie einem großen Netz an
68
öffentlicher Ladeinfrastruktur an der Spitze aller
deutschen Städte.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt
(DLR) als wissenschaftlicher Projektpartner erfasst
im Projektverlauf Fahrzeug- und Nutzerdaten. Auf
dieser Basis untersucht es das Betriebsverhalten der
BEV und PHEV, die Umweltauswirkungen für die
Region sowie die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes
der Elektrofahrzeuge aus Sicht der teilnehmenden
Unternehmen. Die Zielgruppen sollen über ihre
Möglichkeiten bei der Nutzung der Elektromobilität
informiert und motiviert werden, Elektrofahrzeuge
und eine entsprechende Ladeinfrastruktur einzusetzen. Aus wissenschaftlicher Sicht ist das primäre
Ziel des breit angelegten Feldtests die Erhebung von
fahrzeugspezifischen klima- und umweltrelevanten
Nutzungsdaten. Diese werden hinsichtlich Optimierungspotentialen bei CO2-Emission, Energieeffizienz
und Ressourceneinsatz ausgewertet und Handlungs-
3 – Markteinführung mit ökologischen Standards
empfehlungen aus den Ergebnissen abgeleitet.
Die Elektrofahrzeuge werden durch das geförderte
Projekt InitiativE Berlin-Brandenburg nicht nur
erschwinglicher. Die Unternehmen erhalten außerdem Aussagen bezüglich des Potenzials der Elektromobilität zur Reduktion der CO2-Emissionen, des
Energiebedarfs und der lokalen Umweltbelastungen
des Straßenverkehrs unter Alltagsbedingungen. Somit
können sie direkte Rückschlüsse auf die Profitabilität
des Elktrofahrzeugeinsatzes in ihrem Fuhrpark ziehen.
Zusätzlich sind sie an Synergieeffekten mit dem
von der Berliner Agentur für Elektromobilität (eMO)
koordinierten Internationalen Schaufenster Elektromobilität Berlin-Brandenburg beteiligt (siehe Seite 72).
diese Multiplikatoren können deren gewerbliche
Mitglieder durch Direktansprache erreicht werden.
Innerhalb der Laufzeit des Vorhabens sollen die
Leasing-Flotten ihren Betrieb in Berlin und Brandenburg aufnehmen. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, das Potenzial von Elektrofahrzeugen in
gewerblichen Flotten in Deutschland und deren
Beitrag zum Klimaschutz realistisch abzuschätzen
sowie Empfehlungen an die Politik und Unternehmen geben zu können, wie der Anteil an Elektrofahrzeugen in Fuhrparks in den kommenden Jahren
erhöht werden kann.
Das Projekt wird unterstützt durch die Vereinigung
der Unternehmensverbände UVB in Berlin und
Brandenburg, die Handwerkskammer Berlin, die
Industrie- und Handelskammer Berlin sowie die
Kfz-Innung und die ElektroInnung Berlin. Durch
69
Verbund
PREMIUM – Plug-In-, Range-Extenderund Elektrofahrzeuge unter realen
Mobilitätsumständen: Infrastruktur,
Umweltbedingungen und Marktakzeptanz
Projektpartner
BMW AG, München
Alphabet Fuhrparkmanagement GmbH
Universität der Bundeswehr München
Universität Duisburg-Essen
Universität Passau
Laufzeit
01.01.2014 – 31.12.2016
© Alphabet
PREMIUM
Elektrifizierte Antriebe werden schon heute in unterschiedlichen Varianten angeboten. Welche Ausprägung
am besten zu den jeweiligen Kundenbedürfnissen
passt, dieser Frage geht das Forschungsprojekt
PREMIUM auf den Grund.
Eine Million Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen
– so lautet das Ziel der Bundesregierung für das Jahr
2020. Über den Erfolg der Elektromobilität entscheiden aber letztlich die Kunden: Nur wenn es gelingt,
elektrifizierte Antriebskonzepte passgenau auf die
spezifischen Anforderungen unterschiedlicher Kundengruppen zuzuschneiden, ist dieses Ziel erreichbar.
Die Grundlagen für eine höhere Marktdurchdringung
von Elektrofahrzeugen legen die Projektpartner nun in
ihrem gemeinsamen Forschungsprojekt PREMIUM.
Im Forschungsprojekt werden verschiedene Antriebskonzepte zum Einsatz kommen, vom batteriebetriebenen Elektrofahrzeug (BEV) als konsequenteste
70
Form des elektrischen Fahrens über Range Extended
Electric Vehicles (REEV) bis hin zum Plug-in-Hybrid
(PHEV). Doch welches Antriebskonzept ist das jeweils
am besten geeignete, wenn der spezifische Einsatzzweck, verfügbare Ladeinfrastruktur, Ladezeiten,
Batteriekosten, Verbrauch und Emissionen berücksichtigt werden? Und wie können die einzelnen
Parameter optimal auf die Kundenanforderungen
zugeschnitten werden? Diesen Fragen geht das
Konsortium mit einem groß angelegten Feldversuch
auf den Grund. Erstmalig erfolgt eine umfassende
Betrachtung des gesamten Nutzerspektrums: Vom
Privatanwender über Kleinstflottennutzer bis hin
zu Großkunden sollen neben den Kundenanforderungen auch die umwelttechnischen Auswirkungen von
elektrisch betriebenen Fahrzeugen erforscht werden.
Daneben wird eine Prognosee bezüglich der energieund klimapolitischen Auswirkungen für die von der
Bundesregierung angestrebte Zahl von einer Million
zugelassenen E-Fahrzeugen in 2020 erstellt.
© Alphabet
Insgesamt 360 Kundenfahrzeuge werden für die
Analyse von Nutzerverhalten, Nutzerakzeptanz und
Fahrdaten eingesetzt. Über die Projektlaufzeit von
drei Jahren werden neben 60 Privatfahrzeugen auch
300 Leasing-Fahrzeuge verschiedener Hersteller in
Firmenfuhrparks beziehungsweise über CarsharingAnbieter untersucht.
Eine breite und solide Grundlage von realen
Nutzungsdaten ist für die Automobilhersteller
unverzichtbar, um die Antriebskonzepte für größtmögliche Kundenzufriedenheit zu optimieren.
Zum Beispiel soll die Frage nach der „richtigen“
Dimensionierung der Batterie beantwortet werden.
Die gesammelten Daten werden auch Aufschluss
darüber geben, wie groß die Anteile der jeweils elektrisch oder mit Verbrennungsmotor zurückgelegten
Strecken in der täglichen Fahrpraxis tatsächlich sind.
Unter Berücksichtigung der CO2-Emissionen der
Stromerzeugung kann auf dieser Basis eine Nachhaltigkeitsbilanz elektrischer Antriebskonzepte
gegenüber hocheffizienten konventionellen Fahrzeugen erstellt werden.
Exaktere Reichweitenprognosen können der
sogenannten „Reichweitenangst“ entgegenwirken.
Derzeitige Prognosen berücksichtigen noch nicht
das häufige Halten und Wiederanfahren, zum Beispiel
an Ampeln oder im Stop-and-Go-Verkehr. Dabei
kann ein solches Fahrprofil den elektrischen Energieverbrauch wesentlich beeinflussen. Indem die aktuelle
Verkehrslage in die erstmalig für elektrifizierte
Fahrzeuge optimierte Reichweitenprognose einbezogen wird, soll das Ergebnis verlässlicher werden
und auf diese Weise der Unsicherheit der Nutzer
entgegengewirkt werden.
71
Verbund
Elektromobilität in Flotten – EcoFleet Hamburg
Projektpartner
hySOLUTIONS GmbH, Hamburg
Öko-Institut e. V., Berlin
Alphabet Fuhrparkmanagement GmbH, München
Laufzeit
01.01.2014 - 31.12.2016
EcoFleet Hamburg
Zahlreiche Studien prognostizieren, dass der Einsatz
von Elektrofahrzeugen in Unternehmensflotten
im Vergleich zur privaten Nutzung in den nächsten
Jahren Vorteile aufweist. Gründe für diese Entwicklung sind die Lösung der Reichweitenrestriktion rein
batterieelektrischer PKW durch die Flexibilität eines
Fahrzeugpools und die Relativierung der geringen
Verfügbarkeit öffentlicher Ladeinfrastruktur durch
die Installation von Ladestationen auf dem Betriebsgelände. Ferner zeigen mehrere Analysen zum Einsatz
von gewerblichen Flottenfahrzeugen, dass deren
Nutzungsmuster sich durch einen regelmäßigeren
Einsatz und weniger variable Tagesfahrleistungen
auszeichnen und somit geringere Nutzungskonflikte
und ein früheres Erreichen der Wirtschaftlichkeitsschwelle aufweisen.
Ziel des Vorhabens ist der längerfristige alltagsnahe
Einsatz von bis zu 450 serienreifen Elektrofahrzeugen
in Flotten sowie deren wissenschaftliche Begleitung.
72
Die Metropolregion Hamburg, die sich im Bereich
Elektromobilität stark auf den Wirtschaftsverkehr
konzentriert und bereits mehrere hundert Elektrofahrzeuge in Flotten einsetzt, stellt für das skizzierte
Vorhaben eine besonders geeignete Region dar.
Es ist vorgesehen, Flotten unterschiedlichen
Umfangs in die Untersuchungen einzubeziehen.
So sollen Flotten mit einer Gesamtgröße von mehr
als 50 Fahrzeugen ebenso analysiert werden wie
mittlere und kleinere Fuhrparks. Dabei wird davon
ausgegangen, dass jeweils nur ein Teil der Flotte
durch Elektrofahrzeuge substituiert wird.
Im Projekt sollen Erkenntnisse zum Fahrzeugeinsatz,
zur Akzeptanz und zu möglichen Nutzungshemmnissen sowie zur ökonomischen Attraktivität und dem
Beitrag zur Minderung verkehrsbedingter Treibhausgasemissionen gewonnen werden. Die Ergebnisse
sollen dazu beitragen, das Potenzial von Elektrofahrzeugen in gewerblichen Flotten in Deutschland
und deren Beitrag zum Klimaschutz realistisch
abzuschätzen.
Ein zentrales Element des Vorhabens ist die Entwicklung einer Informationsplattform für Unternehmen,
die über die Eignung von Elektrofahrzeugen für
Flottenanwendungen informiert und sowohl ökologische als auch ökonomische Parameter berücksichtigt.
Das Tool soll dabei helfen, das bestehende Informationsdefizit bezüglich Elektromobilität zu verringern
und insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen
einen einfachen Zugang zu Praxiserfahrungen und
den Perspektiven von Elektromobilität ermöglichen.
Im Mittelpunkt der ersten Projektphase steht die
Identifikation geeigneter Flotten für den Einsatz von
Elektrofahrzeugen sowie die Fahrzeugintegration in
den jeweiligen Fuhrpark. Ziel ist es, dass bereits ab
Juli 2014 erste Elektrofahrzeuge in Fuhrparks integriert sein werden und in den Folgemonaten eine
Ausweitung hinsichtlich der beteiligten Unternehmen
und der Anzahl der Fahrzeuge stattfindet. Parallel
wird das Erhebungsdesign der wissenschaftlichen
Begleitforschung entwickelt. Dies umfasst geeignete
Methoden zur Erfassung des Fahrzeugeinsatzes sowie
der Nutzerakzeptanz. Mit Beginn des Flotteneinsatzes
von Elektrofahrzeugen sollen entsprechende Daten
kontinuierlich und in regelmäßigen Abständen
erfasst werden.
Parallel zur Datenerhebung der Fuhrparkfahrzeuge
aus dem Praxiseinsatz erfolgen die Weiterentwicklung
eines Modells für Wirtschaftlichkeitsanalysen über die
gesamte Betriebszeit (TCO-Modell) der betrachteten
Flotten und der Aufbau einer Informationsplattform
für Unternehmen.
73
Verbund
Energetisches Verhalten, klimaökologischer
Einfluss und Nutzerverhalten in neuen
Elektrofahrzeug-Flotten – InitiativE- BadenWürttemberg
Projektpartner
DLR e.V., Stuttgart
X-Leasing GmbH, München
Laufzeit
01.01.2014 - 31.12.2016
InitiativE-BW
Ziel des Projektes ist die Analyse des alltagsnahen
Einsatzes von bis zu 300 serienreifen Elektrofahrzeugen in Flotten in unterschiedlichen Anwendungen.
Hierbei gilt es die Potentiale zur Nutzung von Elektrofahrzeugen bei Industrie, Gewerbe und privaten
Institutionen sowie (halb-) öffentlichen Institutionen
und Privatnutzern in Baden-Württemberg zu
erschließen. Diese Zielgruppen sollen über ihre
Möglichkeiten bei der Nutzung der Elektromobilität
informiert und motiviert werden, Elektrofahrzeuge
zu beschaffen und zu nutzen. Die Fahrzeugbeschaffung und das Leasing werden zentral über den Projektpartner X-Leasing GmbH abgewickelt.
Im Projekt werden gezielt Nutzergruppen aus der
Industrie, den lokalen Handwerksinnungen und
Interessenverbänden angesprochen. Dabei ist nicht
geplant, große Flotten zu elektrifizieren, sondern
unterschiedliche Anwendungsbereiche zu identifizieren, welche jeweils Elektrofahrzeuge einsetzen
74
können. Ziel der breitgestreuten und fragmentierten
Fahrzeugaufteilung ist es, die Fahrzeugnutzer als
Multiplikatoren für deren Umfeld zu gewinnen und
so viele unterschiedliche Nutzergruppen durch den
Einsatz von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben
zu erreichen. Dabei ist es wichtig, die identifizierten
Nutzergruppen bei der Einführung in die neue
Technologie zu begleiten, um durch die erfolgreiche
Umstellung und die damit verbundenen positiven
Erfahrungen auch weitere potentielle Nutzer zu
motivieren.
Das Projekt konzentriert sich auf das Land BadenWürttemberg insbesondere auf die Zielregionen
Stuttgart, Karlsruhe, Mannheim, Freiburg und
Bodensee und greift dabei die lokalen Aktivitäten
zum Thema Elektromobilität auf, so zum Beispiel
das Schaufenster LivingLabBWe mobil oder das
Spitzencluster Elektromobilität Süd-West sowie
weitere regionale Projekte im Land. Dazu wird das
Projekt über die Landesagentur für Elektromobilität
und Brennstoffzellentechnologie e-mobil BW
als assoziierter Partner unterstützt und begleitet.
Das DLR wird in Zusammenarbeit mit den Partnern
in einem Feldversuch im Projekt die wissenschaftlichen Fragestellungen zu Energiebedarf, Emissionen,
Nutzerverhalten, Optimierungspfaden und Lebenszyklusanalyse bearbeiten. Dazu wird durch eine
umfangreiche Nutzerbefragung in wechselnden
Nutzergruppen und Einsatzprofilen die Einstellung
zur Elektromobilität durch die Nutzung von Elektrofahrzeugen im Alltag untersucht werden.
ökologischen und ökonomischen Nutzen zu erzielen.
Das energetische Verhalten soll analysiert daraus der
klimaökologische Einfluss durch die Nutzung von
Elektrofahrzeugen abgeleitet werden. Weiterhin
wird eine Nutzerbefragung durchgeführt. Aus den
Ergebnissen sollen Prognosen erstellt werden, inwieweit die politische Zielsetzung von einer Million
elektrischen Fahrzeugen bis 2020 realisierbar ist.
In der Begleitforschung werden eine größere Anzahl
der neuen Fahrzeuge mit entsprechender Messtechnik ausgerüstet und Messdaten aus dem Alltagsbetrieb erfasst und ausgewertet. Aus den daraus
gewonnen Erkenntnissen werden Handlungsempfehlungen abgeleitet, um die Elektromobilität zielgerichtet weiterzuentwickeln und einen größtmöglichen
75
Verbund
Hamburger Elektrobus Demonstration –
Technische Entwicklung und Erprobung
von Plug-In- und Batteriebussen bei der
Hamburger Hochbahn AG – HELD
Projektpartner
Hamburger Hochbahn AG, Hamburg
Institut für Kraftfahrzeuge
der RWTH Aachen University
Laufzeit
01.01.2014 - 31.12.2017
HELD
Seit einigen Jahren werden bei der Hamburger
Hochbahn AG Hybridbusse im Stadtverkehr erprobt
und tragen heute dazu bei, aus dem Verkehr
stammende Emissionen wie Kohlendioxid, Stickoxide, Ruß und Lärm zu reduzieren. Die Fahrzeuge
haben inzwischen einen technischen Reifegrad
erreicht, der mittelfristig auch die für einen Regeleinsatz notwendige hohe Verfügbarkeit sicherstellt.
Nach den Erfahrungen aus den verschiedenen
Feldversuchen betragen die Einsparungen beim
Treibstoff bis zu 20 Prozent.
Vor diesem Hintergrund können Hybridbusse einen
Beitrag zur Verbesserung der Luftqualität und zum
Klimaschutz leisten. Gleichzeitig müssen jedoch
die elektrischen Antriebe weiterentwickelt werden,
um einen vollständig emissionsfreien Nahverkehr
umzusetzen. Dabei steht vor allem der verdichtete
Verkehr in Metropolen im Mittelpunkt, da hier die
Belastungen aus der Verbrennung fossiler Treibstoffe
76
am dringendsten zurückgefahren werden müssen.
Ausgehend von den bisherigen positiven Erfahrungen
mit parallelen Hybridbussen beinhaltet das aktuelle
Vorhaben die Weiterentwicklung von Linienbussen
über Plug-In-Hybrid-Busse zu rein elektrischen
Batteriebussen.
Hauptziel des Projekts HELD ist der Einsatz von drei
Plug-In-Hybrid-Bussen und drei Elektrobussen im
Linienbetrieb. Die HOCHBAHN ist für die Durchführung des Flottenversuchs verantwortlich und wird
die Voraussetzungen für die Ladeprozesse an den
Haltestellen sowie auf den Busbetriebshöfen schaffen.
Für den betrieblichen Einsatz der Plug-In- und Batteriebusse wurde die Linie 109 (Hauptbahnhof – U-Alsterdorf – Hauptbahnhof) ausgewählt. Sie läuft über
knapp 10 Kilometer und durchquert die Innenstadt
mit ihren hohen Anforderungen an die Minderung
von Geräuschen und Emissionen. Der obenstehende
Kartenauszug verdeutlicht den Linienweg der Linie 109.
Es soll dabei ein System zum Nachladen an Startund Endhaltestellen zum Einsatz kommen, bei dem
die Energieversorgung über einen Pantographen mit
hoher Ladeleistung (bis zu 300 Kilowatt) erfolgen soll.
Die Einführung der Plug-In-Hybrid- und Elektrobusse in den Linienbetrieb soll einen wichtigen
Beitrag zu einem noch umweltverträglicheren
öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) leisten.
Das Institut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen
wird den Flottenversuch wissenschaftlich begleiten
und die während des Einsatzes gewonnenen Daten
analysieren. Mit dem Projekt sollen Erkenntnisse zum
Alltagseinsatz der Fahrzeuge, zur Akzeptanz durch
die ÖPNV-Nutzer, zu Wirtschaftlichkeitsaspekten
im Vergleich zu konventionellen Bussen sowie
zur Minderung lokaler und globaler Emissionen
gewonnen werden. In enger Zusammenarbeit mit
dem Fahrzeughersteller wird eine bedarfsgerechte
technische Weiterentwicklung der Technologie
sichergestellt. Ebenso sollen die Möglichkeiten zur
Ausweitung des Einsatzes von elektrischen Fahrzeugen
im Netz der HOCHBAHN eruiert und entsprechende
Empfehlungen erarbeitet werden. Bei erfolgreichem
Projektverlauf können die Erkenntnisse aus der
alltagsnahen Erprobung von drei Plug-In-Hybridund drei Elektrobussen in Hamburg eine erhebliche
Signalwirkung für andere Verkehrsbetriebe und
Kommunen haben. Damit kann ein weiterer wichtiger
Beitrag zur Erhöhung des Anteils an sowohl an
emissionsarmen als auch an emissionsfreien Elektrofahrzeugen im ÖPNV in den kommenden Jahren
geleistet werden.
77
Vorhaben
Pilotversuch mit drei Elektrobussen
im Linieneinsatz bei der üstra –
Emissionsfreier Nahverkehr in Hannover
Projektpartner
üstra Hannoversche Verkehrsbetriebe AG,
Hannover
Laufzeit
01.01.2014 - 31.05.2016
Die Ringlinie 100/200
Emissionsfreier Nahverkehr Hannover
Im Rahmen des Vorhabens werden drei Elektrobusse
mit Schnellladung im Flottenversuch auf der Buslinie
100/200 der üstra, der so genannten Erlebnislinie,
getestet. Es sollen dabei Erkenntnisse gewonnen
werden, wie die Minderung der Treibhausgasemissionen im öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV)
möglichst wirtschaftlich erfolgen kann.
Die repräsentative Ringlinie, die durch die gesamte
Innenstadt Hannovers führt, bietet beste Voraussetzungen, die angestrebten Ziele und Ergebnisse zu
erreichen und Umweltpotenziale nutzbar zu machen.
Durch ihr hohes Fahrgastaufkommen, die kurzen
Haltestellenabstände und eine Linienführung durch
das Stadtzentrum von Hannover bietet sie optimale
Einsatzbedingungen für einen Versuch mit Elektrobussen im Linieneinsatz. Dabei sollen Verbesserungspotenziale aufgezeigt, genutzt und etabliert werden.
Die Linie wird tagsüber im 10-Minuten-Takt mit 12
Meter Solobussen bedient. Die Gesamtstrecke beträgt
78
16 Kilometer Länge mit insgesamt 42 Haltestellen
und einer Gesamtfahrzeit von 53 Minuten sowie
17.500 Fahrgästen pro Tag. Aufgrund der Ringführung
gibt es auf der Strecke nur einen Endpunkt am
August-Holweg-Platz. Für einen Umlauf werden
etwa 25 Kilowattstunden Energie benötigt. An der
Endhaltestelle muss diese Energiemenge dem
Fahrzeug innerhalb von sechs Minuten zugeführt
werden. Das soll über das Fahrleitungsnetz der
Stadtbahnen mit 680 Volt und 500 Ampere umgesetzt
werden, was ein wichtiger Bestandteil des Vorhabens
ist. Der dafür verwendete Strom soll ab 2015 aus
CO2-freier Erzeugung kommen.
Die Region Hannover hat sich zum Ziel gesetzt, ihre
CO2-Emissionen bis 2020 gegenüber dem Jahr 1990
um 40 Prozent zu verringern. Der Pilotversuch hat
für die Region eine hohe Bedeutung, weil damit
im Busliniennetz der üstra in Verbindung mit
der Stromversorgung der Stadtbahn ganz konkret
erprobt werden kann, inwieweit die neue Technologie
zum Erreichen der definierten ehrgeizigen Umweltziele der Region beitragen kann. Für die Frage, ob
Elektrobusse zukünftig Bestandteil der Verkehrsbedienung sein werden, sind neben den Umweltwirkungen
die Projektergebnisse hinsichtlich der Marktakzeptanz
und der Wirtschaftlichkeit von großer Bedeutung.
Unterstützt wird das Projekt durch die assoziierten
Projektpartner Region Hannover als Aufgabenträger
des Nahverkehrs und der enercity Contracting GmbH,
die sich in Hannover mit der Schaffung von Nachladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge beschäftigt.
die jeweiligen Bedürfnisse der Verkehrsbetriebe
abgestimmt sind. Die Betreiber erhalten daneben
die Chance, ihre Flotte mit umweltfreundlichen
Fahrzeugen auszurüsten, deren Mehrkosten sich
durch die Energieeinsparung über den Lebenszyklus
des Fahrzeugs amortisieren.
Durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Betreibern
wie der üstra und den Fahrzeugherstellern wird die
Markt- und Serienreife der Elektrobustechnologie
weiter vorangetrieben. Die Hersteller können somit
bereits in naher Zukunft zuverlässige Elektrofahrzeuge zu marktfähigen Preisen anbieten, die auf
79
Verbund
Ganzheitliche Analyse und Bewertung der
Umwelteffizienz von Elektro- und Plug-In-HybridFahrzeugen in der Alltagsnutzung am Beispiel
des Flottenbetriebs – Fleets Go Green
Projektpartner
Braunschweiger Versorgungs-AG & Co. KG, Braunschweig
imc Meßsysteme GmbH, Berlin
I+ME ACTIA GmbH, Braunschweig
iPoint-systems Gmbh, Reutlingen
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und
angewandte Materialforschung (IFAM), Bremen
Lautlos durch Deutschland GmbH, Berlin
Technische Universität Braunschweig
TLK-Thermo GmbH, Braunschweig
Laufzeit
01.09.2012 – 31.08.2015
Fleets Go Green
Um eine effiziente Entwicklung und Erprobung
von elektrisch betriebenen Fahrzeugen sicherzustellen, müssen die Fahrzeugeigenschaften, die Fahrstrecke, das Nutzungsverhalten sowie die Anforderungen an die Fahrzeuge und ihre Gestaltung je nach
Anwendungsprofil analysiert werden. Es werden in
unterschiedlichen Projekten bereits umfangreiche
Einzelbetrachtungen zur Nutzer- und Akzeptanzforschung, zu Netzrückwirkungen sowie Ökobilanzstudien durchgeführt. Bislang existiert jedoch kein
Ansatz, der eine integrierte, also alle der genannten
Aspekte umfassende Analyse und Bewertung von
Umweltwirkungen im realen Betrieb von Elektround Plug-In-Hybridfahrzeugen unter Alltagsbedingungen vornimmt. Das Potenzial der Elektromobilität, schädliche Umweltwirkungen des Straßenverkehrs zu reduzieren, kann nur durch Feldversuche
unter Alltagsbedingungen ausreichend analysiert
und bewertet werden.
80
Ziel des Projekts Fleets Go Green ist daher die ganzheitliche Analyse und Bewertung der Umwelteffizienz
von Flotten aus Elektro- und Plug-In-Hybridfahrzeugen im langfristigen alltäglichen Betrieb.
Für die Anwendungsszenarien „Werksflotte
BS|Energy“ sowie „Pool-Konzept der Technischen
Universität Braunschweig“ beschaffen die Projektpartner BS|Energy und Lautlos durch Deutschland
insgesamt 55 Fahrzeugen mit rein elektrischem
Antrieb (BEV) oder Plug-In-Hybrid-Antrieb (PHEV).
Die Fahrzeuge werden 18 Monate lang betrieben
und dabei umfangreiche Datenaufzeichnungen
vorgenommen. Darauf basierend werden die ökologischen und ökonomischen Auswirkungen unter
Zugrundelegung verschiedener Nutzungsprofile und
den entsprechenden Netzrückwirkungen experimentell in einem großangelegten Flottenversuch sowie
mit Hilfe von Komponenten- und Fahrzeugsystemsimulationen abgebildet.
Schematische Energieflussanalyse eines Elektro-Flottenfahrzeugs
Mit seinem ganzheitlichen Ansatz schafft das Projekt
Fleets Go Green die erforderliche Transparenz zur
Erschließung der ökologischen Potenziale der
Elektromobilität für den Flottenbetrieb im Alltag. Das
Projekt umfasst insgesamt fünf Module. Modul 1
beinhaltet die Messung der Energiebedarfe der
verschiedenen Fahrzeugkomponenten im Flotteneinsatz. Es werden also E-Motor, Leistungselektronik
und auch Nebenverbraucher einzeln betrachtet.
Aufbauend auf den gesammelten Daten werden
komponentenspezifische Energieverbräuche modelliert, simuliert und bewertet. In Modul 2 werden
geschäftsmodellbezogene und segmentspezifische
Treiber der Nutzerakzeptanz sowie des Beschaffungsverhaltens von Flottenbetreibern speziell für Elektrofahrzeuge betrachtet. In diesem Zusammenhang
werden auch Anreizmechanismen für ein ökologisch
effektives Fahr- und Ladeverhalten untersucht. Das
dritte Modul stellt die Wechselwirkungen zwischen
den Ladevorgängen in den eingesetzten Fahrzeug-
flotten und dem Verteilnetz in den Mittelpunkt.
Zudem werden innovative Konzepte zur Reduktion
der negativen Netzrückwirkungen und zur Kopplung
der Elektromobilität an erneuerbare Energieträger
untersucht. In Modul 4 finden eine integrierte
ökologische Bewertung des Flottenbetriebs sowie
eine Analyse unterschiedlicher miteinander in
Wirkbeziehung stehender Faktoren statt. Im fünften
Modul werden Handlungsempfehlungen für politische und wirtschaftliche Entscheidungsträger, unter
anderem in Form einer Entscheidungsunterstützung
für das ökologisch orientierte Flottenmanagement
von Elektrofahrzeugen erstellt.
Mit diesen Ergebnissen setzt das Projekt einen Impuls
für die verbreitete Einführung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen in betrieblichen Flotten.
Projektseite im Internet: www.fleets-go-green.de
81
Verbund
Erprobung von E-Mobilität im Flottenbetrieb
– CO2 - neutrale Zustellung in Bonn
Projektpartner
Deutsche Post AG, Bonn
Langmatz GmbH, Garmisch-Partenkirchen
Rheinisch-Westfälische Technische
Hochschule Aachen
Laufzeit
01.07.2012 – 31.12.2016
CO2- neutrale Zustellung in Bonn
Sollen logistische Leistungen in Zukunft klimaschonend sein und gleichzeitig bezahlbar bleiben,
sind neue Ansätze gefordert. Einer dieser Ansatzpunkte ist die Elektromobilität. Doch bis elektrisch
betriebene Großflotten unterwegs sein werden,
sind noch einige Herausforderungen zu bewältigen.
Dies beginnt bei der Verfügbarkeit von elektrisch
angetriebenen Nutzfahrzeugen. Daneben sind neue
Eigenschaften der E-Fahrzeuge (zum Beispiel Reichweite oder Ladezeiten) bei der logistischen Planung
zu berücksichtigen. Weiterhin müssen großflottentaugliche Infrastrukturlösungen aufgebaut werden,
um die Fahrzeuge zu laden. Ein Elektroauto an einer
Ladestation ist für ein städtisches Stromnetz schon
heute kein Problem. Anders verhält es sich, würden
hunderte Nutzfahrzeuge gleichzeitig aufgeladen. Für
diesen Fall braucht es intelligent gesteuerte und
robuste Netze.
Dies ist die Ausgangssituation des Projekts „CO2-neutrale Zustellung in Bonn“, bei dem alltagstaugliche
82
Lösungen für die elektromobile Zustelllogistik
getestet werden. Praxispartner ist die Deutsche Post
AG. Ebenfalls am Projekt beteiligt ist die Langmatz
GmbH aus Garmisch-Partenkirchen. Das Unternehmen liefert die Ladeinfrastruktur. Eine intelligente
Steuerung soll dabei helfen, dass die Ladevorgänge
das Stromnetz möglichst gering belasten. Dritter
Projektpartner ist die RWTH Aachen. Ein Team von
Wissenschaftlern aus drei Instituten (Future Energy
Needs and Behavior (FCN) und Power Generation
and Storage Systems (PGS) des E.ON Energy Research
Center sowie der Deutsche Post Lehrstuhl zur
Optimierung von Distributionsnetzwerken (DPOR))
dokumentiert das Projekt und untersucht Belange
der Ladeinfrastruktur und der Batteriesysteme sowie
wirtschaftliche Aspekte.
Der Flottenversuch startet 2013 mit 79 Elektrofahrzeugen zur Paketzustellung in der Bonner Innenstadt
sowie zur kombinierten Paket- und Briefzustellung
im Umland. Schon zum Projektstart ist in Bonn eine
der größten zusammenhängenden Elektro-Nutzfahrzeugflotten der Welt unterwegs.
Getankt wird Strom aus regenerativen Quellen. Bei
den im Projekt eingesetzten Elektrofahrzeugen
handelt es sich um Kleintransporter, Transporter bis
2,8 Tonnen und Paketzustellfahrzeuge. Eingesetzt
werden Autos der Hersteller Iveco, Renault und
Mercedes, aber auch 20 StreetScooter. Diesen Fahrzeugtyp, der sich im Vorserienstatus befindet, hat die
Deutsche Post AG mit der StreetScooter GmbH
entwickelt. Erfüllen die Fahrzeuge und die Ladetechnik die Erwartungen, wird die Elektroflotte in zwei
weiteren Projektphasen auf insgesamt 140 Fahrzeuge
erweitert. Im Ergebnis wären bereits 2015 das Bonner
Stadtgebiet und drei umliegende Standorte mit
kombinierter Brief- und Paketzustellung auf vollständigen Elektrobetrieb umgestellt.
Bislang gibt es keine Erfahrungswerte aus dem
Betrieb derart großer Elektrofahrzeugflotten. Daher
treten viele neue Fragestellungen auf: Wird es
gelingen, eine so große Anzahl an Elektronutzfahrzeugen zu laden? Ist die heutige Batterie- und
Antriebstechnik bereits so weit, dass die Fahrzeuge
den Langzeittest bestehen – oder ist noch Entwicklungsarbeit zu leisten? Müssen bei Frost, wenn die
Ladekapazität der Batterien abnimmt, neue Ladestrategien entwickelt werden – oder vielleicht
Winterfahrpläne? Im Idealfall lässt sich der Ansatz
schon 2015 ohne größere Korrekturen auf andere
Städte übertragen. Lernen können von dem Projekt
viele: die Projektbeteiligten und jeder andere, der
in Stadt und Land mit einer Fahrzeugflotte Kurzstrecken zu bewältigen hat.
83
4
Ressourcenverfügbarkeit und Recycling
Für elektrisch betriebene Fahrzeuge und deren
Komponenten werden zum Teil Rohstoffe benötigt,
die nur begrenzt verfügbar sind. Hierzu gehören
unter anderem Kobalt, Seltene Erden oder Lithium.
Für eine nachhaltige Industrialisierung sind daher die
Ermittlung des Rohstoffpotenzials und die frühzeitige
Entwicklung einer Ressourcenstrategie unabdingbar.
Der Bezug der entsprechenden Rohstoffe und
vor allem deren Wiedergewinnung durch effiziente
Recyclingverfahren müssen sichergestellt werden.
Auch die Weiterverwendung von Akkumulatoren
(Second Life), wenn diese die Anforderungen für
einen Einsatz im Fahrzeug nicht mehr erfüllen,
ist ein wichtiger Baustein zur Ressourcenschonung.
Deshalb sind Forschungsvorhaben, die unterschiedliche Verfahren zu Demontage, Trennung und
Weiterverwendung von Traktionsbatterien sowie
Recyclingstrategien untersuchen, ebenfalls ein
wichtiger Förderschwerpunkt. Weiterhin sollen
Logistikkonzepte zur Sammlung, Lagerung und
Rückführung der Energiespeicher sowie die Wiederverwertung weiterer Materialien aus Batterien und
Elektromotoren untersucht werden. Nicht zuletzt ist
die Erforschung von Alternativrohstoffen und deren
Nutzungsmöglichkeiten ein wichtiges Element des
Förderprogramms.
85
Verbund
Recycling von Lithium-Ionen-Batterien
– LithoRec II
Projektpartner
Rockwood Lithium GmbH, Frankfurt
Audi AG, Ingolstadt
Electrocycling GmbH, Goslar
H.C. Starck GmbH, Goslar
Hosokawa Alpine AG, Augsburg
I+ME Actia GmbH, Braunschweig
Solvay Fluor GmbH, Hannover
Technische Universität CaroloWilhelmina zu Braunschweig
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Laufzeit
01.07.2012 – 30.06.2015
LithoRec II
Obwohl Elektrofahrzeuge noch am Anfang ihrer
breiten Markteinführung stehen, ist es zur Unterstützung der zukünftigen Wettbewerbsfähigkeit der
deutschen Automobil- und Zulieferindustrie sinnvoll,
sich bereits jetzt mit dem Recycling von LithiumIonen-Traktionsbatterien zu befassen. Erst mit einem
effektiven Recycling ist das Elektromobilitätskonzept
ökologisch vollständig. Zudem ist die Rückgewinnung von Lithium, Kobalt, Nickel und weiteren
Rohstoffen auch von strategischer Bedeutung für
die Sicherung von Rohstoffen in Deutschland.
Aufgrund der eingesetzten unterschiedlichen
Materialien und der Komplexität der Traktionsbatterien ist die Entwicklung von Recyclingverfahren
eine umfangreiche Aufgabe, die das Zusammenwirken von verschiedenen Disziplinen verlangt.
In dem Verbundprojekt LithoRec II, das auch ein
Leuchtturmprojekt der Bundesregierung im Bereich
„Recycling und Ressourceneffizienz“ ist, haben sich
86
acht namhafte Industrieunternehmen und zwei
Universitäten zusammengetan, um die Prozesskette
von der Demontage der Batterie bis zur Batteriematerialsynthese aus recycelten Materialien vollständig
im Pilotmaßstab darzustellen. Um möglichst hohe
Rückgewinnungsquoten zu erreichen werden unter
anderem hydrometallurgische Verfahren eingesetzt.
Über diesen Ansatz soll auch eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erzielt werden.
Die grundlegenden mechanischen und chemischen
Verfahren wurden bereits in einem Vorprojekt
entwickelt. Im ersten Schritt werden im Wesentlichen das Gehäuse und die Elektronik demontiert
und in existierende Recyclingkreisläufe gegeben.
Dabei ist vorher ein definierter Entladungszustand
der Batterie einzustellen, um eine gefahrlose Handhabung der Batterie sicherzustellen. Die Demontage
ist aufgrund unterschiedlicher Batteriebauformen
und -größen aufwendig, eine vollständige Automati-
4 – Ressourcenverfügbarkeit und Recycling
sierung daher technisch schwierig und kaum ökonomisch darstellbar. Über einen hybriden Ansatz
(geteilter Mensch-Roboter-Arbeitsplatz) bestehen
hier aber erhebliche Effizienzpotentiale. Als nächstes
werden die einzelnen Module oder Batteriezellen
zerkleinert. Leicht flüchtige Inhaltsstoffe und eventuell noch enthaltene Energie müssen bei der Konstruktion der Zerkleinerungsmaschinen besonders
berücksichtigt werden. Die zerkleinerten Teilchen
und Pulver werden mechanisch voneinander getrennt und aufgearbeitet. Insbesondere Aluminium
und Kupfer werden von der Electrocycling GmbH
wiedergewonnen. Das Recycling der Elektrolyte
(Leitsalze und Lösungsmittel) wird gesondert untersucht. Mehrere Institute der TU Braunschweig unterstützen die Prozessentwicklung und -optimierung.
Die verbleibenden schwarzen Aktivmaterialpulver
werden bei der Rockwood Lithium GmbH in bereits
vorhandenen hydrometallurgischen Aufbereitungs-
anlagen in hochreines Lithiumhydroxid und Übergangsmetallsalze überführt. Die zurückgewonnenen
Produkte werden anschließend zur Synthese neuer
Batteriematerialien wiederverwendet.
Mit dem Bau der Pilotanlage wird die technische und
ökonomische Machbarkeit des Lithium-Ionen-Traktionsbatterie-Recyclings nachgewiesen und die
entwickelten Verfahren entsprechend optimiert.
Notwendige Sicherheitsaspekte und die Betriebsund Wartungsfreundlichkeit der Komponenten
werden adressiert, so dass eine schnelle industrielle
Umsetzung erfolgen kann, wenn die zukünftig zu
verarbeitenden Batterien in größerer Menge zur
Verfügung stehen. Die ökologische Vorteilhaftigkeit
des Recyclingverfahrens wird mit Hilfe einer Ökobilanz nach ISO 14040/14044 ermittelt, so dass
eine umfassende Bewertung des Batterierecyclingverfahrens möglich ist.
87
Vorhaben
Weiter- und Fremdverwendung (second life)
von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien in mobilen
und stationären Anwendungen und Untersuchung
möglicher Geschäftsmodelle – StaTrak
Projektpartner
Fraunhofer-Institut
für Solare Energiesysteme (ISE), Freiburg
Laufzeit
01.12.2013 - 30.11.2015
StaTrak
Vor dem Hintergrund der Energiewende gewinnen
Konzepte für elektrisch betriebene Fahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Denn diese ermöglichen es, die
erneuerbar erzeugte elektrische Energie für den
Verkehr zu nutzen. Neben der Anwendung als mobiler
Speicher gewinnt die Lithium-Ionen-Batterie aber
auch immer größere Marktanteile als stationärer
Energiespeicher, beispielsweise für die Erhöhung des
Eigenverbrauchs von Photovoltaik-Strom sowie zur
Bereitstellung von Netzdienstleistungen.
In der Elektromobilität werden wieder aufladbare
Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen
Energiedichte eingesetzt. Für die mobile Anwendung
wird daher der Anteil dieser Technologie auf dem
globalen Markt weiter ansteigen. Naturgemäß sinken
mit der Zeit aufgrund physikalischer und elektrochemischer Prozesse innerhalb der Zelle die Kapazität
und die Leistungsfähigkeit und somit die Restlebensdauer. Die so genannte Degradation setzt ein. In Folge
88
werden die Batterien für den mobilen Einsatz
irgendwann unbrauchbar. Diese gealterten Batterien
aus der Traktionsanwendung besitzen jedoch immer
noch ein hohes Potential für andere Anwendungen.
Hierin liegt die Zielsetzung des StaTrak-Projekts.
Die gealterten Batteriemodule aus Elektrofahrzeugen
sollen in weitere Anwendungen, das so genannte
Second-Life, überführt und diese systematisch untersucht werden. Möglich sind Anwendungen, bei denen
geringere Entladeströme gefordert werden, wie
zum Beispiel der Einsatz in Arbeitsmaschinen und
die Nutzung als stationärer Speicher.
Das Projekt nutzt für die Untersuchungen LithiumIonen-Batteriezellen mit einer typischen Zellchemie
aus dem Bereich der Elektromobilität. Aus den Analysen
der Degradationsmechanismen der Zellen wird ein
mathematisches Modell abgeleitet, dass die Bestimmung der Zellalterung ermöglicht. Dieses Modell
wird alle dominierenden Alterungsprozesse beinhalten. Die Möglichkeit einer Lebensdauervorhersage
und einer Batterierestwertermittlung stellen die
Grundlage für die Geschäftsmodelle Handel und
Vermietung dar, die in diesem Projekt untersucht
werden. Im StaTrak Projekt stehen dabei stationäre
Einsatzwecke als Energiespeicher zur Erhöhung des
Eigenverbrauchs von Photovoltaik-Strom in der
Weiterverwendung im Fokus. Zusätzlich wird die
Akzeptanz der Nutzer für ein Tauschmodell erfragt.
Die Wieder- und Zweitverwertung von Batteriemodulen motiviert zum Bau von Standardmodulen. Dies
hat positive Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit
und die Umwelt. Durch größere Produktionsmengen
von standardisierten Modulen wird eine Preisreduktion erwartet. Zudem wird die elektrische Mobilität
gefördert und durch die Wiederverwendung der
Batteriemodule die vorzeitige Entsorgung und somit
anfallender Abfall reduziert.
Im Batterielabor des Fraunhofer ISE werden die
physikalischen und elektrochemischen Mechanismen
der kalendarischen und zyklischen Alterung von
Lithium-Ionen-Batterien untersucht. Im Experiment
werden neue Zellen unter genau definierten Bedingungen beschleunigt gealtert und die Kapazität,
Widerstand sowie die Leistungsfähigkeit gemessen.
Aus den Messergebnissen können Modelle abgeleitet
und simulationsbasierte Aussagen zur Lebensdauer,
Restkapazitäten und den Degradationsmechanismen
getroffen werden.
89
Verbund
Elektrofahrzeugrecycling 2020 –
Schlüsselkomponente Leistungselektronik ElmoReL 2020
Projektpartner
Öko-Institut e. V., Darmstadt
Electrocycling GmbH, Goslar
PPM Pure Metals GmbH, Langelsheim
TU Clausthal, IFAD Institut für Aufbereitung,
Deponietechnik und Geomechanik
Laufzeit
01.12.2013 – 30.11.2016
ElmoReL 2020
Die Leistungselektronik ist eine wesentliche Komponente, die einen wichtigen Einfluss auf funktionale
Eigenschaften und Kostenstrukturen von Elektrofahrzeugen haben kann. Insbesondere aufgrund der
zahlreichen Spannungswandler wird der Wertschöpfungsanteil der Leistungselektronik am Gesamtfahrzeug und damit auch die Ressourcenrelevanz
deutlich steigen. Für die Leistungselektronik in der
Elektromobilität existiert heute kein optimiertes
Recyclingverfahren. Hinzu kommt, dass sich die
Zusammensetzung der Inhaltsstoffe im Zuge der
technologischen Weiterentwicklung ändern wird
und daher flexible Lösungen im Recyclingprozess
benötigt werden. Neben einem zukünftigen Einsatz
von Galliumnitrid ist auch weiterhin mit Edelmetallen
wie Gold und Silber sowie weiteren Technologiemetallen wie Tantal, Indium oder Germanium in
der Leistungselektronik zu rechnen.
Für Gallium und andere Technologiemetalle existieren bisher nur Recyclingverfahren für Produktionsabfälle aus der Halbleiter- und Solarindustrie, wo
die Werkstoffe konzentriert und mit hoher Reinheit
vorliegen. Für viele dieser wirtschaftlich bedeutenden
Rohstoffe wird die Versorgungssituation seitens der
EU-Kommission als kritisch eingestuft.
Hauptziel des Projekts ElmoReL 2020 ist daher die
Entwicklung von praxisgerechten Recyclingverfahren
für wichtige Inhaltsstoffe der Leistungselektronik
von Elektrofahrzeugen. Dabei ist die verfahrenstechnische Lücke zwischen dem klassischen, auf Edelmetalle fokussierten, Elektronikschrottrecycling
und den hydrometallurgischen Rückgewinnungsprozessen aus vorkonzentriertem, hochreinem Material
der Halbleiterindustrie zu schließen.
Aufgrund der hohen Bandbreite der eingesetzten
Materialien in der Leistungselektronik der Elektromo-
90
bilität und der generellen Komplexität der Leistungselektronik ist die Entwicklung von Recyclingverfahren
eine umfangreiche Aufgabe, die das Zusammenwirken
von verschiedenen Disziplinen verlangt.
In dem Verbundprojekt ElmoReL 2020 haben sich
deshalb Industrieunternehmen und Forschungsinstitute zusammengeschlossen, um sowohl die
Produktebene als auch die Prozesskette von der
Demontage der Leistungselektronik bis zur Sekundarmaterialbereitstellung abzubilden.
Zu den Arbeitsschwerpunkten des Projekts gehören
zum einen die Analyse möglicher Inhaltsstoffe der
relevanten leistungselektronischen Komponenten
sowie die Untersuchungen zur Zerlegung und
mechanischen Aufbereitung (Zerkleinerung, Separation, Klassierung). Zum anderen werden Verfahren
zur hydrometallurgischen Vorkonzentration und
eine Modifikation der Verfahren zur metallurgischen
Raffination der Technologiemetalle entwickelt.
Begleitet werden die Verfahrensentwicklungen durch
Bewertungen der ökonomischen Umsetzbarkeit. Ein
weiteres Projektziel ist die Erstellung einer Ökobilanz
inklusive eines Critical Review zum Nachweis der
Umweltvorteile gegenüber der Gewinnung aus
Primärrohstoffen. Zum Abschluss der geplanten
Arbeiten wird das Ressourceneffizienzpotenzial
durch das Recycling von Leistungselektronik aus
dem Bereich der Elektromobilität für Deutschland
beziehungsweise im globalen Maßstab belastbar
kalkuliert und damit der mögliche Beitrag zu
Verminderung von Versorgungsengpässen für
definierte Technologiemetalle ermittelt. Mit diesen
Arbeitsschwerpunkten soll das interdisziplinär ausgerichtete Projekt auch einen wichtigen Beitrag
zur Vermeidung von Versorgungsengpässen bei
strategisch wichtigen Technologiewerkstoffen für
die deutsche Wirtschaft leisten.
91
Verbund
Demonstrationsanlage für
ein kostenneutrales, ressourceneffizientes
Processing ausgedienter Li-Ionen-Batterien
der Elektromobilität – EcoBatRec
Projektpartner
Accurec Recycling GmbH, Mülheim a.d.R.
Lehrstuhl für Metallurgische Prozesstechnik
und Metallrecycling der RWTH Aachen
Laufzeit
01.05.2012 – 30.09.2015
EcoBatRec
Da der Grad des Erfolges der Elektromobilität auch
stark von der ökonomischen Attraktivität für die
Fahrzeughalter abhängt, müssen alle ökomischen
Einflussfaktoren einschließlich der End-Of-Life-Kosten
betrachtet werden. Die Verkaufspreise von Elektrofahrzeugen werden stark von den Herstellungskosten der
Batteriemodule beeinflusst, die mit Kosten von teilweise
über 10.000 Euro den Gesamtpreis der Fahrzeuge
dominieren können. Einer aktuellen Studie von Roland
Berger zur Folge entfallen heute auf die Rohmaterialien
bereits mindestens 13 Prozent der Batteriekosten,
während fast die Hälfte der Kosten in der Zellproduktion entsteht. Dieser Rohmaterialkostenanteil wird sich
mit der Massenfertigung von Zellen noch vergrößern.
Neben dem Einfluss der Rohstoffe auf die Herstellungskosten eines Batteriemoduls sind als weiterer Kostenfaktor, entsprechend der Produktverantwortung der
Hersteller, die Entsorgungskosten mit zu berücksichtigen, die nach heutigen Marktkonditionen einen nicht
zu vernachlässigenden Kostenparameter darstellen.
92
Eine Verringerung der Importabhängigkeit für die
Rohstoffe und eine Kostensenkung kann daher nur
durch die Schließung inländischer Stoffkreisläufe
verwirklicht werden.
Ziel des Verbundprojektes EcoBatRec ist daher die
Entwicklung und Erprobung von wirtschaftlich
tragfähigen Recyclingtechnologien für Lithium-IonenBatterien von Elektrofahrzeugen. Die beiden Partner
betrachten dabei den gesamten Recyclingprozess, von
der Charakterisierung und Entladung der Batterien,
über die Demontage, Zerkleinerung und Klassierung
verschiedener Materialfraktionen, bis hin zur Erforschung neuer Verfahren zur Lithium-Rückgewinnung.
Kern den Projekts EcoBatRec ist im Gegensatz zu
Lithorec II ein neuer Prozessschritt, die autotherme
Vakuumpyrolyse. Dieser soll dabei neue Verfahrensabläufe im Bereich der Zerkleinerung, Klassierung und
Sichtung und Trennung der verschiedenen Materialfraktionen ermöglichen.
Für die mechanischen Demontage-, Zerkleinerungund Klassierungsprozesse erfolgt der Aufbau einer
Versuchsanlage inklusive Pilotbetrieb. Für die Rückgewinnung von Lithium sollen zwei alternative
Verfahren, die Schleppgasverdampfung und die
Vakuumverdampfung, untersucht werden. Insbesondere wenn es gelingen sollte, metallisches Lithium
zurückzugewinnen, könnte eine ökonomisch sehr
attraktive Rückgewinnungsroutine erschlossen
werden.
Insgesamt besteht das Hauptziel des Projekts EcoBatRec
somit in der Rückgewinnung hochwertiger Materialfraktionen bei geringstmöglichen und vertretbaren
Prozesskosten. Dazu soll eine signifikante Steigerung
zurückgewonnener Wertstoffe mit positivem Markterlös (bei Einhaltung der Vorgaben der EU-Richtlinie
EU/66/2006), eine Senkung der Behandlungskosten,
eine hohe Robustheit des Verfahrens gegenüber
Störgrößen (zum Beispiel Ladungszustand) und
Störstoffen (Nicht-Li-Batterien, Anbauteile, etc.)
sowie eine Nutzbarkeit für alle gängigen Li-IonZelltypen beitragen. Zudem sollen sich die Verfahrensentwicklungen durch eine hohe Energieeffizienz
auszeichnen, da eine autotherme Vorbehandlung
den Energiebedarf für die notwendige Pyrolyse
minimiert, schwerpunktmäßig energiesparende,
mechanische Aufbereitungstechniken zum Einsatz
kommen und über die frühzeitige Abtrennung
verkaufsfähiger Produktgruppen, eine hohe Aufkonzentration der aktiven Elektrodenmasse stattfindet.
Ein weiteres Projektziel ist die Erstellung einer Ökobilanz zum Nachweis der Umweltvorteile gegenüber
der Gewinnung aus Primärrohstoffen.
Projektseite im Internet: www.ecobatrec.de
93
5
Um die ökologischen und wirtschaftlichen Effekte
der Elektromobilität umfassend bewerten zu können,
hat das BMUB mehrere übergreifende Forschungsprojekte auf den Weg gebracht. So soll zum Beispiel
untersucht werden, ob sich bestimmte Mobilitätsmodelle (zum Beispiel Carsharing oder kombinierter
Verkehr) und Elektromobilität sinnvoll kombinieren
lassen. Dabei sollen mit Hilfe von Nutzerbefragungen
und Wegeprotokollen die Kurz- und Langfristeffekte
zum Mobilitäts- und Fahrzeuganschaffungsverhalten
empirisch erforscht werden. Weiterhin sollen die
langfristigen Auswirkungen einer zunehmenden
Durchdringung von Elektrofahrzeugen auf öffentliche Niederspannungsnetze untersucht und
Verkehrsverlagerungseffekte erfasst werden. Nicht
zuletzt wird auch der Beitrag der Elektromobilität
zum langfristigen Klimaschutz unter verschiedenen
Voraussetzungen und Annahmen betrachtet. Letztendlich können aus den Ergebnissen der Begleitforschung politische Handlungsempfehlungen und
mögliche Steuerungsmaßnahmen abgleitet werden.
95
Verbund
App- und Internet-Plattform
zur Entscheidungsunterstützung beim Kauf
von Elektrofahrzeugen – My E-Drive
Projektpartner
ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung
Heidelberg GmbH
Allgemeiner Deutscher Automobil-Club e. V.
(ADAC), München
Laufzeit
01.01.2014 – 31.12.2016
My E-Drive
Die gesellschaftlichen Vorteile und Chancen der
Elektromobilität im Straßenverkehr sind bekannt:
Nutzung erneuerbarer Energien auch im Verkehrsbereich, keine lokalen Emissionen und leiser Antrieb.
Bei der Etablierung der Elektrofahrzeuge in die
alltägliche Mobilität müssen vor allem die Kunden
berücksichtigt werden. Sie sollten umfassend über die
neuen Fahrzeugkonzepte informiert sein. Deren
Vielfalt wird mit den verschiedenen Varianten vom
Plug-In-Hybrid über Fahrzeuge mit Range-Extender
bis hin zum rein batteriebetriebenen Fahrzeug
größer. Die Art und Weise, wie Fahrzeuge genutzt
werden (Fahrtlängen, Höhenprofil, Klimaanlage und
Heizung) und wann sie wo geladen werden oder
eventuell sogar Energie rückspeisen können, spielt
zukünftig eine wichtige Rolle. Sie hat einen großen
Einfluss auf die Kosten und die Umweltwirkungen,
die mit den verschiedenen Fahrzeugkonzepten
verbunden sind.
96
Bisher kannten viele Menschen Elektroautos nur
aus der Diskussion in den Medien. Heute sind sie
jedoch zunehmend am Markt vertreten. Die
Fahrzeugkonzepte und Modelle sind dabei vielfältig
und stellen potentielle Kunden bei der Kaufentscheidung vor viele Fragen:
•
•
•
Gibt es ein Elektroauto, das zu meinen
Bedürfnissen passt?
Lohnt sich ein Kauf für mich finanziell?
Wie sauber ist ein Elektroauto wirklich?
Unsicherheiten gibt es vor allem wegen der begrenzten
elektrischen Reichweite der rein batterieelektrischen
Fahrzeuge – die Angst, mit leerer Batterie liegen zu
bleiben, ist nach wie vor groß. Aber auch die von
Herstellern genannten standardisierten Verbrauchswerte und Reichweiten ohne Berücksichtigung von
Klimaanlage & Co. stehen immer wieder in der Kritik,
da die Praxiserfahrung davon erheblich abweichen
5 – Wissenschaftliche Begleitforschung
kann. Um diese Fragen zu beantworten, möchte das
Projekt My eDrive potenziellen Käufern von Elektrofahrzeugen eine Entscheidungshilfe zur Seite stellen.
Ein integriertes Angebot aus einem Internetportal
und einer Smartphone-App soll einer breiten Gruppe
potenzieller Nutzerinnen und Nutzer von Elektrofahrzeugen helfen, geeignete Modelle auf Basis des
persönlichen Nutzungsprofils und unter Berücksichtigung realistischer Fahrzeugeigenschaften
auszuwählen. Dabei werden sowohl die Betriebskosten als auch die Umweltbilanz betrachtet. Die
Nutzungsprofile können detailliert eingegeben und
über die Aufzeichnung der eigenen Wegstrecken
mittels Smartphone weiter personalisiert werden.
Die technischen Eigenschaften der verschiedenen
Elektrofahrzeuge werden praxisnah modelliert,
um möglichst realistische Aussagen über geeignete
Elektrofahrzeuge machen zu können.
Um den hohen Ansprüchen des Vorhabens gerecht zu
werden, hat sich eine Partnerschaft aus Wissenschaft
und Praxis gebildet: Das Institut für Energie- und
Umweltforschung Heidelberg (IFEU) und das ADAC
Technik Zentrum führen das Projekt gemeinsam
durch. Sie werden bei der technischen Umsetzung
durch die Green&Energy GmbH unterstützt, die sich
bereits seit mehreren Jahren mit Elektromobilität
und den Möglichkeiten, diese Technologie einer
breiten Öffentlichkeit erfahrbar zu machen, befasst.
Das IFEU bringt langjährige Erfahrung in der Umweltbewertung verschiedener Fahrzeugkonzepte mit, der
ADAC besitzt eine hohe Kompetenz vor allem bei der
technischen und ökonomischen Fahrzeugbewertung.
So kann neben der ADAC-Fahrzeug-Datenbank
mit technischen Daten zu mehr als 30.000 Fahrzeugmodellen auch auf die ADAC-Datenbanken „Autotest“
und „Autokosten“ zurückgegriffen werden.
97
Verbund
von car2go mit batterieelektrischen
und konventionellen Fahrzeugen
Projektpartner
Öko-Institut e. V., Freiburg
Institut für sozial-ökologische
Forschung (ISOE) GmbH, Frankfurt/M.
Laufzeit
01.08.2012 – 29.02.2016
car2go
Elektrofahrzeuge sind bislang noch durch hohe
Anschaffungskosten und eine begrenzte Reichweite
gekennzeichnet. Zwar sind durch die hohe Effizienz
von Elektrofahrzeugen die Betriebskosten deutlich
geringer als bei konventionellen PKW – dennoch
haben sie derzeit bei geringen Fahrleistungen
ein schlechteres Preis-Leistungs-Verhältnis. Alternative Nutzungskonzepte könnten daher helfen,
klimafreundliche Elektromobilität in Städten wirtschaftlicher zu machen. Flexibles Carsharing stellt in
diesem Zusammenhang eine vielversprechende
Option dar. Im Vergleich zum eigenen PKW bietet
Carsharing ökologische und ökonomische Vorteile
und den Nutzern zugleich hohe Flexibilität.
Doch wie umweltfreundlich sind flexible CarsharingKonzepte mit Elektrofahrzeugen, auch im Vergleich
zu denen mit konventionellen PKW, wirklich? Wer
nimmt die Fahrzeuge in Anspruch, wie werden sie
genutzt und wie zukunftsfähig sind flexible Car-
98
sharing-Konzepte? Das untersuchen das Öko-Institut
und das ISOE – Institut für sozial-ökologische Forschung in einem Zeitraum von 3,5 Jahren am Beispiel
des Daimler-Tochterunternehmens car2go Deutschland GmbH, das im Projekt als Praxispartner auftritt.
Im Rahmen des Forschungsprojektes werden
die kurz- und langfristigen Effekte auf das Verkehrsverhaltens empirisch untersucht. In diesem Zusammenhang interessieren die Auswirkungen auf die
PKW-Ausstattung, eine veränderte Nutzung des
eigenen PKW, wie auch mögliche Verlagerungseffekte
von Verkehrsmitteln wie ÖPNV und Fahrrad zum
Carsharing. Im Fokus der Analysen steht die Quantifizierung der Umwelteffekte. Zudem werden die
Attraktivität und Akzeptanz des Carsharing an sich
und der Einsatz von Elektroflotten in diesem System
untersucht. In diesem Zusammenhang wird auch
der Frage nachgegangen, wie sich die veränderten
Nutzungseigenschaften von elektrischen PKW auf
die Attraktivität der Elektromobilität auswirken.
Dazu werden mehrere Nutzerbefragungen über
einen Zeitraum von zwei Jahren an zwei unterschiedlichen Carsharing-Standorten durchgeführt: In Köln
setzt car2go Autos mit Verbrennungsmotoren ein,
in Stuttgart ist die Fahrzeugflotte ausschließlich
batterieelektrisch betrieben. Zusätzlich zu den
car2go-Nutzern wird jeweils eine Kontrollgruppe
aus Nicht-Carsharing-Teilnehmern an den beiden
Standorten befragt.
Ein weiteres Ziel des Forschungsvorhabens ist es,
übergeordnete Aussagen zum Nutzungspotenzial
für flexible Carsharing-Konzepte zu treffen. Typische
Nutzergruppen werden dafür charakterisiert
und zusammen mit den Untersuchungen zum
Akzeptanzverhalten werden die Gesamtpotenziale
für flexible Carsharing-Konzepte in Deutschland
und zur CO2 -Vermeidung anhand von Szenarien
bestimmt. Im Verlauf des Vorhabens werden die
Forschungsergebnisse im Rahmen von StakeholderWorkshops vorgestellt und diskutiert.
Als Ergebnis wird eine ökologische Gesamtbewertung
des Einsatzes von Elektromobilität in flexiblen Carsharing-Konzepten vorliegen und eine Einschätzung
abgegeben, ob batterieelektrische PKW ihre
Vorteile im Carsharing-Betrieb gegenüber herkömmlichen Autos ausspielen und ihre vermeintlichen
Einschränkungen überwinden können. Zudem kann
der Einsatz von Elektrofahrzeugen im Carsharing
als Baustein multimodaler Mobilitätskonzepte in
Hinblick auf die Marktdurchdringung und Umweltentlastungeffekte langfristig beurteilt werden.
99
Vorhaben
Wissenschaftliche Unterstützung bei der
Erarbeitung von Szenarien zum möglichen
Beitrag der Elektromobilität im Güterund öffentlichen Personenverkehr zum
langfristigen Klimaschutz – E-Mob GV-ÖV
Projektpartner
Öko-Institut e.V., Freiburg
Laufzeit
01.05.2012 – 31.01.2014
E-Mob GV-ÖV 2050
Der verstärkte Einsatz elektrischer Fahrzeugantriebe
im Straßenverkehr ist ein wichtiger Baustein zur Erreichung der klima- und energiepolitischen Ziele der
Bundesregierung für den Sektor Verkehr. Der Kopplung der Elektromobilität an erneuerbare Energien
und deren Netzintegration kommt dabei eine besondere Bedeutung zu. Im Schienensystem dominieren
elektrische Antriebe bereits seit langem. Anders ist die
Situation beim Straßenverkehr: Zwar konnten auch im
straßengebundenen Güterverkehr mit leichten, (teil)
elektrifizierten Nutzfahrzeugen sowie mit Hybrid- und
Brennstoffzellenantrieben bereits erste praktische
Erfahrungen in mehreren Großstädten Deutschlands
gesammelt werden. Für eine umfassende Transformation des Verkehrssektors im Einklang mit den
Zielen des Energiekonzepts der Bundesregierung sind
jedoch noch erhebliche Entwicklungsanstrengungen
und Veränderungsprozesse nötig. Besonders im
Bereich der schweren Nutzfahrzeuge stellt die Einführung von Elektromobilität eine Herausforderung dar.
100
Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden mit
Hilfe von unterschiedlichen Szenarien die Entwicklungsperspektiven und Nutzungshemmnisse elektrischer Antriebskonzepte im öffentlichen Personenverkehr und Güterverkehr bis zum Jahr 2050 untersucht. Ergänzend werden in einem ebenfalls durch das
BMUB geförderten Parallelvorhaben die langfristigen
Potenziale von Elektromobilität im PKW-Bereich
betrachtet, so dass sich insgesamt ein umfassendes
Bild möglicher Entwicklungen der Elektromobilität
bis 2050 sowie der daraus resultierenden Stromnachfrage ergibt. Der Szenarioprozess wird dabei von
Experten und Stakeholdern begleitet und mitgestaltet.
Eine weitere Option zum Einsatz von Strom im Verkehrssektor neben elektrischen Antrieben sind stromgenerierte Kraftstoffe – das heißt Kraftstoffe, für die
Strom in Wasserstoff, Methan oder Flüssigkraftstoffe
umgewandelt wird. Bei einer umfassenden Einführung
der Elektromobilität sowie stromgenerierter Kraft-
stoffe im Verkehrssektor ist mit einer beachtlichen
zusätzlichen Stromnachfrage zu rechnen. Wie hoch
der Beitrag der Elektromobilität zur Minderung der
CO2 - Emissionen ausfällt, hängt daher wesentlich
vom Anteil erneuerbarer Energien im Stromsektor ab.
Gleichzeitig kann Elektromobilität möglicherweise
zukünftig einen Beitrag zum Lastmanagement in
einem Stromsektor liefern, welcher zunehmend von
fluktuierender Stromerzeugung durch erneuerbare
Energien dominiert wird. Im Forschungsprojekt
sollen daher auch die Wechselwirkungen der zusätzlichen Stromnachfrage mit dem Stromsektor
untersucht werden.
Förderung von Elektromobilität im Güterverkehr
und öffentlichen Verkehr dienen. Außerdem sollen
Anhaltspunkte gegeben werden, inwiefern der
zusätzliche Ausbau erneuerbarer Energien bis 2050
nötig ist, um durch den verstärkten Einsatz von
Strom und stromerzeugten Kraftstoffen im Verkehrssektor die zusätzliche Nachfrage zu bedienen und
eine signifikante Minderung der Treibhausgasemissionen zu erreichen.
Die Veröffentlichung der Ergebnisse ist in Form von
wissenschaftlichen Publikationen in Fachzeitschriften
und populärwissenschaftlichen Medien sowie von
Beiträgen auf Workshops und Konferenzen geplant.
Ziel ist es, auf dieser Basis mögliche Szenarien der
Entwicklung der Elektromobilität bis 2050 zu konzipieren und die Effekte auf Energieverbrauch und
Treibhausgasemissionen zu quantifizieren. Die Ergebnisse sollen auch als Grundlage für die Ausgestaltung
politischer Rahmenbedingungen zur spezifischen
101
Vorhaben
Verlagerungs- und Klimaeffekte
durch Pedelec-Nutzung im Individualverkehr
– PEDELECTION
Projektpartner
Hochschule für Bildende Künste
Braunschweig – Institut für Transportation
Design (ITD)
Laufzeit
01.08.2012 – 28.02.2015
PEDELECTION
Die positive Marktentwicklung im Pedelec-Sektor
(von „Pedal Electric Cycle“) der letzten Jahre deutet
darauf hin, dass mit diesen Fahrrädern mit elektrischer Tretunterstützung offenbar eine Fahrzeugklasse
geschaffen wurde, die bereits heute ein positives
Image besitzt und auf eine stetig wachsende Akzeptanz innerhalb der Bevölkerung stößt. Stadtgebiete
und Ballungszentren sind aufgrund des begrenzten
Park- und Verkehrsraums und der vergleichsweise
kurzen Distanzen im alltäglichen Mobilitätsverhalten
ihrer Bewohner geradezu prädestiniert für den
Einsatz von Pedelecs. Sofern durch Pedelecs Strecken
mit dem Auto oder Moped ersetzt werden, tragen
sie zur Verbesserung des Stadtklimas bei. Zudem
könnten sie einen wichtigen Beitrag zum Übergang
in Richtung Elektromobilität und zu neuen Formen
von Mobilität leisten.
Das Thema Pedelec wurde in der Mobilitätsforschung
bislang nur ansatzweise und überwiegend in (gewerb-
102
lichen) Flottenversuchen beforscht. Entsprechend
existieren noch viele offene Fragen hinsichtlich
Nutzungsprofilen und Nutzungsverhalten im Rahmen
des alltäglichen Gebrauchs: Welche Wege werden mit
einem Pedelec im Alltag zurückgelegt und welche
nicht? Warum werden bestimmte Wege (nicht) mit
dem Pedelec zurückgelegt? Welche Verkehrsmittel
werden durch ein Pedelec ersetzt und wie fällt die
Ökobilanz von Pedelecs aus, wenn das tatsächliche
Nutzungsverhalten zu Grunde gelegt wird?
Das Forschungsprojekt Pedelection wird diesen
und weiteren Fragen in den kommenden Jahren
nachgehen. Von 2012 bis 2015 nimmt das Institut
für Transportation Design (ITD) in Zusammenarbeit
mit dem Institut für Energie- und Umweltforschung
Heidelberg (IFEU) eine Untersuchung von AlltagsNutzungsprofilen und -motiven von privaten PedelecFahrerinnen und -Fahrern an vier regionalen
Schwerpunkten vor.
In den Großräumen München und Frankfurt am
Main sowie in den Regionen Oldenburg / Bremen und
Wolfsburg / Hannover /Braunschweig sollen im Sinne
einer übergeordneten Begleitforschung die durch eine
zunehmende Nutzung von Pedelecs verursachten
Substitutions- und Verlagerungseffekte gegenüber
anderen Verkehrsmitteln (PKW, ÖPNV, motorisierte
Zweiräder, Fahrräder) untersucht werden. Aufbauend
auf die vom ITD bereitgestellten Fallbeispiele und
Daten wird außerdem vom IFEU eine Umweltbewertung durchgeführt, bei der die Situationen vor und
nach der Anschaffung des Pedelecs verglichen werden.
Im Unterschied zu bisherigen Untersuchungsansätzen
handelt es sich nicht um einen Flottenversuch, bei
dem den Teilnehmern und Teilnehmerinnen Pedelecs
von den Projektbeteiligten zur Verfügung gestellt
werden. Pedelection wird sich vielmehr an Privatpersonen richten, die „mitten im Leben“ stehen und
ihre Pedelecs aus Eigeninteresse erworben haben.
Das Forschungsdesign für die Untersuchung haben
Wissenschaftlerinnen des ITD gemeinsam mit dem
IFEU entwickelt. Es sieht die Erfassung sowohl qualitativer wie auch quantitativer (Fahr-)Daten von
Pedelec-Nutzerinnen und -Nutzer unter anderem
in Form von Face-to-Face-Interviews und OnlineBefragungen sowie durch Energie- und GPS-Fahrtenlogger vor. Im Ergebnis sollen die maßgeblichen
Hemmnisse und Treiber für die Pedelec-Nutzung
in Deutschland bestimmt und politische Handlungsempfehlungen zur bestmöglichen Erschließung der
Umweltentlastungspotentiale von Pedelecs gegeben
werden.
Projektseite im Internet: www.pedelection.de
103
Vorhaben
Auswirkungen einer zunehmenden
Durchdringung von Elektrofahrzeugen
auf die Elektroenergiequalität in öffentlichen
Niederspannungsnetzen – ElmoNetQ
Projektpartner
Technische Universität Dresden –
Institut für Elektrische Energieversorgung
und Hochspannungstechnik
Laufzeit
01.09.2012 – 31.08.2015
ElmoNetQ
Eine angemessene Strom- und Spannungsqualität
ist Grundvoraussetzung für den störungsfreien
Betrieb aller an das Netz angeschlossenen Geräte
und Anlagen, vom Computer bis zur PhotovoltaikAnlage. Die Einhaltung der Qualität wird durch eine
Vielzahl verschiedener Vorgaben und Normen
sichergestellt. Diese wurden über Jahrzehnte immer
weiter entwickelt, um die Kosten für die Qualität
auf ein Minimum zu begrenzen und fair auf Gerätehersteller, Netzbetreiber und Kunden zu verteilen.
Werden zukünftig immer mehr Elektrofahrzeuge an
das Netz angeschlossen, darf dies weder zu einer
unzulässigen Verminderung der Qualität noch zu
einem unangemessenen Anstieg der Kosten für deren
netzverträgliche Integration führen. Ein solches
Qualitätsmerkmal ist zum Besipiel die Spannungsunsymmetrie. Überschreitet sie einen bestimmten
Wert, können unter anderem Motoren beschleunigt
altern. Elektrofahrzeuge werden oft einphasig an das
104
normale Haushaltsstromnetz angeschlossen und
verursachen bei einer Ladung über mehrere Stunden
und mit hohen Strömen eine nicht zu vernachlässigende Spannungsunsymmetrie. Diese kann
bei ungünstiger Wechselwirkung mit gleichzeitig
angeschlossenen, einphasigen Photovoltaik-Anlagen
verstärkt werden. Deshalb sind Strategien zu entwickeln, um möglichst viele dieser Anlagen gemeinsam zu betreiben und den Ausnutzungsgrad der
dreiphasig aufgebauten Netzinfrastruktur zu
maximieren. Dazu sind neue Technologien, wie
die dynamische Anpassung des Ladevorganges,
zum Beispiel an Zeiten mit Stromüberschüssen aus
erneuerbaren Energien oder die Netzrückspeisung
(V2G) systematisch zu untersuchen. Denn die
netzverträgliche Integration einer steigenden
Anzahl von Elektrofahrzeugen ist eine wichtige
Vorausetzung für die erfolgreiche Verbreitung
der Elektromobilität in Deutschland.
Im Projekt ElmoNetQ wird der Einfluss von Elektromobilität auf die Netzqualität ganzheitlich für
öffentliche Niederspannungsnetze untersucht. Zum
Aufbau repräsentativer Netzmodelle werden wahrscheinliche Szenarien für Fahrzeugdurchdringung,
Ladestrategien, Anzahl und Typ von dezentralen
Energieerzeugungsanlagen und Netzaufbau definiert.
Zur Modellentwicklung werden einzelne Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen experimentell im Labor
unter unterschiedlichsten Bedingungen gemessen
und deren Netzrückwirkungen erfasst. Um die
Praxistauglichkeit der Modelle für die Simulation
der zukünftigen Szenarien zu verifizieren, werden
zwei konkrete Ladeszenarien mit Hilfe realer Flottenverbünde und Ladeinfrastrukturen im INNOPark
Kitzingen beziehungsweise in einem Netz des
Elektrizitätswerks Mainbernheim gemessen und
mit entsprechenden Simulationen verglichen.
Ein wichtiges Ergebnis des Vorhabens ist der Aufbau eines komplexen Teststandes zur Simulation
eines Niederspannungsnetzes (45 Voltampere) mit
variabler Impedanz, sowie von Photovoltaik-Paneln
(10 Watt) für die Labormessung des getrennten und
gemeinsamen Betriebs von Elektrofahrzeugen und
Erzeugungsanlagen unter realistischen, reproduzierbar veränderlichen Netzbedingungen. Ferner erfolgt
ein öffentlich-wissenschaftlicher Austausch der
Forschungsergebnisse auf einer speziell dafür angelegten Internetplattform, durch welche alle im
Projekt gesammelten Messdaten der Ladevorgänge
von Elektrofahrzeugen und der Einspeisung von
Photovoltaik-Wechselrichtern verfügbar gemacht
werden. Letztlich werden anhand der Simulationsergebnisse für die definierten Zukunftsszenarien
politische Handlungsempfehlungen zur Optimierung
der Netzintegration von Elektrofahrzeugen unter
Berücksichtigung der untersuchten Netzrückwirkungen formuliert.
105
Verbund
Integration von Erneuerbaren Energien
und Elektromobilität in die Verteilnetze – E3-VN
Projektpartner
Technische Universität Berlin,
Fachgebiet Wirtschafts- und
Infrastrukturpolitik (WIP)
BET Büro für Energiewirtschaft
und technische Planung GmbH, Aachen
Laufzeit
01.09.2012 – 31.08.2015
E3-VN
Neben dem vermehrten Zubau an fluktuierenden,
erneuerbaren Energien wird auch der anvisierte
Ausbau der Elektromobilität die Belastungen in
den deutschen Stromverteilnetzen ansteigen lassen.
Die Faktoren erneuerbare Energien und Elektromobilität beeinflussen somit maßgeblich den Ausbaubedarf und die Bewirtschaftung der Verteilnetze.
Elektrofahrzeuge sind leistungsstarke Stromverbraucher, die derzeit vornehmlich ungesteuert aufgeladen
werden. Auf diese Weise wird zunächst die effiziente
Nutzung des durch fluktuierende erneuerbare
Energien erzeugten Stroms erschwert. Weiterhin
werden jedoch auch auf der Verteilnetzebene die
Belastungen zunehmen. Um dem langfristig entgegenwirken zu können, stellt sich die Frage, in
welchem Umfang die Verteilnetze verstärkt werden
sollten. In diesem Kontext ist auch das Potenzial
alternativer Maßnahmen wie der Implementierung
von Allokationsmechanismen für knappe Netzkapazitäten zu ermitteln. Weiterhin ist zu klären,
106
welche regulatorischen Voraussetzungen für das
gesteuerte Laden von Elektrofahrzeugen und einen
adäquaten Netzausbau geschaffen werden müssen.
Im Vorhaben E3-VN soll daher in einem ersten
Analysebereich mit Hilfe energietechnischer, energiewirtschaftlicher und institutionenökonomischer
Analysen die optimale Integration von Elektromobilität und erneuerbaren Energien in die deutschen
Verteilnetze unter Berücksichtigung von Netzengpässen und -ausbaukosten untersucht werden.
Anhand typischer Verteilnetze, die in einem lastflussbasierten Netzmodell auf Basis realer Netze abgebildet und außerdem unter Rückgriff auf Elektromobilitätsausbau-, Energie- und Ladeszenarien
simuliert werden, soll der lokale Netz-ausbaubedarf
bis zum Jahr 2030 ermittelt werden. Dabei sind auch
die Kosten des Verteilnetzausbaus abzuschätzen.
Weiterhin erfolgt eine ökonomische Analyse von
Instrumenten zur Zuteilung von knappen Verteil-
netzkapazitäten, wie zum Beispiel Bepreisung oder
Verlosung von „Lade-Slots“. Darauf aufbauend wird
übergreifend untersucht, inwieweit neben dem
Netzausbau auch Allokationsmechanismen für
knappe Verteilnetzkapazität im Kontext der Integration der auf erneuerbare Energien zurückgreifenden
Elektromobilität in das Energiesystem zum Einsatz
kommen sollten. Dabei werden die Verbundpartner
für den Bereich der Speichertechnologie unterstützt
durch das Institut für Stromrichtertechnik und
elektrische Antriebe (ISEA) an der RWTH Aachen.
bedingungen und der Ausbaubedarf in den einzelnen
Verteilnetzen vermutlich heterogen sind. Es ist zu
analysieren, ob und wie in diesem Kontext dezentrales
Wissen bezüglich des Ausbaubedarfs in das Regulierungssystem integriert werden kann. Auf dieser
Basis wird untersucht, welcher Bedarf und welche
Optionen für eine Weiterentwicklung des deutschen
Regulierungssystems, insbesondere der Anreizregulierungsverordnung (ARegV), bestehen.
Parallel sollen in einem zweiten Analysebereich die
Anreiz- und Regulierungsansätze betrachtet werden,
die den Netzausbau im Hinblick auf die Integration
von Elektromobilität und erneuerbaren Energien
anreizen und steuern. Dazu werden verschiedene
Anreiz- und Regulierungsansätze für Verteilnetze
einer grundlegenden Untersuchung unterzogen.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Ausgangs-
107
Bestellung dieser BMUB-Publikation
Publikationsversand der Bundesregierung
Postfach 48 10 09
18132 Rostock
Tel.: 01805 / 77 80 90*
Fax: 01805 / 77 80 94*
E-Mail: [email protected]
Internet: www.bmub.bund.de/bestellformular
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Hinweis
Diese Publikation ist Teil der Öffentlichkeitsarbeit des Bundesministeriums
für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit. Sie wird kostenlos abgegeben
und ist nicht zum Verkauf bestimmt. Gedruckt auf Recyclingpapier.
www.bmub.bund.de

Erneuerbar mobil - Marktfähige Lösungen für eine klimafreundliche

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