Elektromobilität

Elektromobilität ist eine Schlüsseltechnologie für ein nachhaltiges Verkehrssystem. Elektrofahrzeuge sind leise und erzeugen lokal keine Schadstoffe. Sie sind auch in der Lage, alle regenerativen Energiequellen für die Mobilität zu verwenden. Bis 2020 sollen eine Million Elektroautos in Deutschland fahren. Elektromobilität leistet allerdings nur dann einen substanziellen Beitrag zur Erfüllung der Klimaschutzziele, wenn der erforderliche Strom aus erneuerbaren Energien stammt. Dazu sollen gebaute Infrastruktur und auch Gebäude zur Energiegewinnung genutzt werden.

Das Effizienzhaus-Plus mit Elektromobilität zeigt die Synergien der Themen Wohnen und Mobilität. Ganz nach dem Motto "Mein Haus, meine Tankstelle" versorgt das Haus das Fahrzeug vor der Tür gleich mit. Die Bewohner des Hauses können neueste Elektrofahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterie unterschiedlicher Hersteller nutzen. Geplant sind der Audi A1 e-tron, der BMW activeE, die Mercedes A-Klasse E-Cell, der Opel Ampera, der Smart ed, der Volkswagen Golf blue-e-motion. Daneben werden noch Zweiräder mit elektrischem Zusatzantrieb zur Verfügung stehen.

Elektromobilität funktioniert nur als Gesamtsystem. Daher werden in dem Projekt auch unterschiedliche Ladesysteme erprobt. Über eine Smartphone-Anwendung können die Bewohner vorgeben, wann sie die Fahrzeuge nutzen und welche Strecken sie fahren möchten. Das Regelungssystem ermittelt dann auf Basis der Nutzerwünsche und des energetischen Zustands des Hauses eine optimale Ladestrategie für die Fahrzeuge. Eine Pufferbatterie mit rund 40 kWh Speicherkapazität sorgt dafür, dass die Fahrzeuge auch in der Nacht geladen werden können, wenn die Photovoltaik-Elemente keinen Strom liefern. Ein Anschluss für die Schnellladung mit einer Ladeleistung von 22 kW verkürzt die Ladezeiten durch den Einsatz hoher Stromstärken für 100 km Reichweite auf ca. 30 Minuten. In dem Projekt wird das induktive Laden als weitere neue Ladetechnologie erprobt. Der Ladestrom wird dabei über ein elektromagnetisches Feld und damit sicher und berührungslos von einer flächenbündig in den Parkplatz integrierten Primärspule auf eine Sekundärspule am Fahrzeugboden übertragen. Fortschritte in der Leistungselektronik ermöglichen hohe Übertragungswirkungsgrade von über 90%. Dies funktioniert zuverlässig unter allen Witterungsbedingungen – auch bei Eis und Nässe. Das Induktivladesystem des Berliner Projektes hat eine Übertragungsleitung von 3,2 kW. Das Projekt Effizienzhaus Plus Berlin weist nach, dass die Technologien für eine vollständig regenerative Energieversorgung schon heute existieren und alltagstauglich sind. Elektromobilität und Gebäude der Zukunft müssen Hand in Hand gehen.

Lithium-Ionen-Batterie in einem Elektrofahrzeug Lithium-Ionen-Batterie (Quelle: General Motors)

Schlüsselkomponente Lithium-Ionen-Batterien

Eine wichtige Komponente für Elektromobilität stellen Lithium-Ionen-Batterien dar. Im Moment wird intensiv an der Verbesserung dieser Schlüsseltechnologie geforscht. Ein Ziel ist, dass die Batterien preiswerter werden. Denn sie sind noch der teuerste Bestandteil eines Elektrofahrzeugs. Weiterhin muss die Energiedichte von Batterien – die Ladekapazität gemessen am Volumen – noch gesteigert werden. Gegenwärtig kann eine Batterie viel weniger Energie speichern als ein gefüllter Benzin- oder Dieseltank. Die Reichweite von Elektrofahrzeugen ist daher noch deutlich geringer als die heutiger Autos mit Verbrennungsmotor, so dass sich Elektrofahrzeuge derzeit noch vor allem für den Stadtverkehr eignen.

Abgesehen von der Erhöhung der Energiedichte wird weiter an der Ladetechnik für die Lithium-Ionen-Batterien der Elektrofahrzeuge gearbeitet. Die Ladeströme zum Aufladen einer Batterie sind noch begrenzt, sodass selbst eine Schnellladung im Moment noch erheblich mehr Zeit in Anspruch nimmt, als wir es vom Auftanken herkömmlicher Fahrzeuge gewohnt sind.
Doch bereits heute gibt es sinnvolle Einsatzgebiete für Batteriefahrzeuge, wie im Zuge des Projekts Effizienzhaus-Plus unter Alltagsbedingungen getestet werden wird. Hauptsächlich dort, wo die begrenzte Reichweite keine große Rolle spielt oder viele Zwischenladepausen möglich sind, können Elektrofahrzeuge herkömmliche Fahrzeuge ersetzen. Das gilt neben dem Individualverkehr zum Beispiel auch für den Liefer- oder Pendlerverkehr in der Stadt. Denn 95 Prozent aller Autofahrten sind kürzer als 50 Kilometer. Dies ist ein Indiz dafür, dass batterieelektrische Fahrzeuge trotz derzeitiger Reichweitenbeschränkung durchaus ihren Teil zur Gesamtmobilität beitragen können.

Tanksäule für Elektrofahrzeuge. <br />Neues Betankungs- und Bezahlsystem für Elektrofahrzeuge (Quelle: Weigl)

Notwendige Infrastruktur

Elektrofahrzeuge mit Batterien können, wie am Beispiel Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität gezeigt wird, ganz einfach zu Hause aufgeladen werden. Auch jede andere Steckdose, z.B. am Arbeitsplatz kann zum "Auftanken" der Elektrofahrzeuge genutzt werden. Das bedeutet: Für Elektromobilität mittels Lithium-Ionen-Batterien besteht bereits ein großer Teil der Infrastruktur. Eine Herausforderung stellt allerdings der Aufbau einer öffentlich zugänglichen Stromladeinfrastruktur dar. Sie ist zum einen für die Nutzer erforderlich, denen keine eigene Garage zur Verfügung steht. Zum anderen wird sie zur Versorgung von Elektrofahrzeugen auf längeren Fahrten benötigt. Sie muss für alle Elektrofahrzeugnutzer zu kundenfreundlichen Bedingungen zugänglich sein.

Im Mai 2011 verdeutlichte der zweite Bericht der Nationalen Plattform Elektromobilität, dass bis zur Marktreife von Elektrofahrzeugen noch erhebliche Anstrengungen im Forschungs- und Entwicklungssektor notwendig sind.

Intelligentes Stromnetz (Smart Grid)

Um die erzeugte Energie des Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität optimal zu nutzen, bedarf es nicht nur effizienter Speicher- und Ladetechnologien für die Elektrofahrzeuge. Auch ein intelligentes und leistungsfähiges Stromnetz ist erforderlich.

Deckten früher meist Kraftwerke als große Fabriken den Strombedarf ganzer Städte, so haben sich heute viele kleine Stromlieferanten dazu gesellt: Wie beim Effizienzhaus-Plus sind dies z. B. Hausbesitzer mit einer Fotovoltaikanlage auf dem Dach, sowie außerdem der Landwirt, der mit einer Biogasanlage Strom erzeugt, oder der Betreiber einer privaten Windkraftanlage.

Stromlieferanten und Verbraucher sind heute in einem europäischen Verbundnetz zusammengeschaltet. Einem Stromnetz, das zunehmend intelligenter auf die tageszeitlich schwankende Nachfrage- und Angebotssituation reagiert: das Smart Grid.

In Zukunft könnte das Smart Grid durch Millionen von Elektrofahrzeugen erweitert werden. Dazu könnten die Batterien geparkter Elektrofahrzeuge als Stromspeicher genutzt werden. Aus der Ladeeinrichtung wird eine Zwei-Wege-Verbindung. Sinkt der Stromverbrauch, werden die Batterien der angeschlossenen Elektrofahrzeuge aufgeladen, in Spitzenzeiten können die Fahrzeugbatterien dagegen Strom abgeben. Damit kann das Leitungsnetz gleichmäßiger genutzt und die Bereitstellung von elektrischer Energie optimiert werden.

Voraussetzung dafür sind u. a. Stellflächen, auf denen geparkte Fahrzeuge über einen längeren Zeitraum mit dem Stromnetz verbunden sind, und eine leistungsfähige Steuerung, die Ladung und Entladung präzise regelt und abrechnet.

Grenzüberschreitende Zusammenarbeit

Mittlerweile wird in vielen Ländern weltweit an Elektromobilität geforscht und diese weiterentwickelt. Deshalb ist es wichtig, dass man sich miteinander verständigt. Zum einen, damit in einem vorkommerziellen Stadium Erfahrungen ausgetauscht werden können. Zum anderen, damit nicht die gleichen Fehler wie bei anderen Technologien gemacht werden und jedes Land unterschiedliche Standards einführt.

Wer mit einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug unterwegs ist, will sicher nicht an der Grenze Halt machen müssen, weil die Ladestecker im Ausland nicht ans eigene Fahrzeug passen. Internationale Zusammenarbeit und Normung ist daher von Anfang an wichtig.
In einem grenzüberschreitenden gesamteuropäischen Straßenverkehr wäre eine rein deutsche Lösung wenig hilfreich. Ein Flottenversuch mit Industriepartnern in Deutschland und Frankreich wird beispielsweise von BMVBS, BMWi und der französischen Regierung gefördert. Auch mit anderen Staaten, wie beispielsweise China und Japan, sowie in internationalen Gremien findet ein reger Austausch zu diversen Fachfragen statt.

Ausblick und Anreize

Noch steckt die Elektromobilität in den Kinderschuhen, und bis zur Marktreife sind weitere Entwicklungsschritte notwendig. Im Jahr 2020 sollen eine Million Elektroautos auf Deutschlands Straßen fahren. Deshalb arbeiten alle beteiligten Akteure – Politik, Industrie und Wissenschaft – derzeit mit Hochdruck an noch offenen Fragen. Aus dem Forschungsprojekt Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität können hierfür weitere Informationen bezüglich des Alltagsgebrauchs von Elektrofahrzeugen und wichtige Erkenntnisse für bürger- und kundenfreundliche elektromobile Produkte gewonnen werden.

Die Bundesregierung wird bis Ende 2013 rund 1 Milliarde Euro zusätzlich in Elektromobilität investieren. Der Großteil dieser Mittel wird ab 2012 aus dem Energie- und Klimafonds zur Verfügung gestellt. Der Schwerpunkt liegt bei Forschung und Entwicklung. Darüber hinaus sollen ordnungsrechtliche und fiskalische Maßnahmen helfen, Elektromobilität künftig auch von der Nachfrageseite voranzutreiben.
Neben steuerlichen Vorteilen bei der Kfz- und Dienstwagenbesteuerung werden das vor allem nicht-monetäre Nutzeranreize – meist im Straßenverkehrsrecht – sein. Das sind zum Beispiel Sonderparkplätze für Elektrofahrzeuge. Dafür hat das BMVBS bereits ein neues Verkehrszeichen eingeführt. Ein Anreiz könnte aber auch die Aufhebung von Zufahrtsverboten für Elektrofahrzeuge sein, um den sauberen Lieferverkehr in den Städten zu fördern. Auch die Freigabe von Busspuren oder die Ausweisung von Sonder- oder Ladespuren werden geprüft.

Das Projekt Effizienzhaus Plus und Elektromobilität wird Informationen zum alltäglichen Gebrauch der elektrobatteriebetriebenen Fahrzeuge liefern, die Schaufenster Elektromobilität die Umsetzbarkeit der Anreizsysteme testen.

Externe Links

> Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie (NIP) - BMVI
> Modellregionen Elektromobilität - BMVI
> Elektromobilität - BMVI

Newsletter "Effizienzhaus Plus"

Newsletter abonnieren

Neuigkeiten zum Effizienzhaus Plus-Standard und von den geförderten Modellvorhaben, Informationen über konstruktive und technische Details oder Hinweise auf kommende Termine und Veranstaltungen – bleiben Sie auf dem Laufenden!

> Newsletter abonnieren

Tell

Twitter

Share

Facebook

Teilen

Ein gemeinsames Projekt von: