Die Zukunft ist „E“

Junge Frau betankt E-Smart

Studien bescheinigen: Elektromobilität kann einen Beitrag zur CO2-Minderung leisten.

Angesichts endlicher fossiler Ressourcen und der von der deutschen Bundesregierung angestrebten Klimaziele muss Mobilität umweltfreundlicher werden. Ein Ansatz ist E-Mobilität: Verbrennungsmotoren sollen alternativen Antrieben weichen und insbesondere durch batteriebetriebene Fahrzeuge ersetzt werden. Was in der Theorie schlüssig erscheint, kommt in der Praxis nur schleppend in Fahrt. Denn geht es ums „heilig‘ Blechle“, existieren viele Wenn und Aber.

Fragt man Kanzlerin Angela Merkel, so fahren im Jahr 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen. 2030 sollen es sogar sechs Millionen sein. Knapp zwei Milliarden Euro lässt sich die Bundesregierung dieses Vorhaben kosten. Doch der Erfolg bleibt aus: Lediglich 4.600 Zulassungen verzeichnen die Ämter bislang. Zu teuer, sagen die einen. Zu befremdlich, sagen die anderen. Darüber hinaus grassiert die Angst vor mangelnder Reichweite. Dabei schafft das batteriebetriebene Gefährt, je nach Fahrzeugtyp, bis zu 200 Kilometer. Die Reichweite liegt damit zwar deutlich unter der von Fahrzeugen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren, doch sie reicht für den allgemeinen Bedarf aus: Etwa 40 Kilometer beträgt die durchschnittliche Fahrstrecke, die eine Person pro Tag mit dem Auto zurücklegt, 80 Prozent aller Fahrten bewegen sich unter einer Distanz von 60 Kilometern. Eine Strecke, die ohne Zwischenladen bewältigt werden kann und sollte – wie das Forschungsprojekt NET-ELAN belegt. „Im Projekt hat sich gezeigt, dass ein Großteil der täglichen Fahrstrecken rein elektrisch zurückgelegt werden kann“, berichtet Jochen Linßen vom Forschungszentrum Jülich. „Ein zusätzliches Nachladen über Tag verbessert den Anteil der Fahrstrecken nur geringfügig.“ Zudem wirke sich bedarfsorientiertes, möglichst spätes Nachladen günstig auf die Batterielebensdauer aus.

Grafik: Kumulierte Anzahl der Neuzulassungen für E-Fahrzeuge seit 2010

Kumulierte Anzahl der Neuzulassungen für E-Fahrzeuge seit 2010

Generell sprechen sich die Forscher für ein strategisches sowie nächtliches Laden zu Schwachlastzeiten aus. Beides unterstützt die Umsetzung der Pläne der Bundesregierung: „Bei Berechnungen des Übertragungsnetzes und typischen Verteilnetzen zeigte sich, dass das Laden von einer Million Elektrofahrzeuge im Jahr 2020 und sechs Millionen im Jahr 2030 technisch ohne größere strukturelle Anpassungen der Übertragungsnetze möglich ist“, sagt Linßen. Dabei spielen aber die Strategie für das Laden der Fahrzeuge sowie die lokalen Verteilnetze eine Rolle. „Ungesteuertes Laden kann in ungünstigen Fällen in einigen Verteilnetzen schon bei wenigen Elektrofahrzeugen zu Grenzwertverletzungen des Spannungsbandes und der Leitungskapazitäten führen“, so der Jülicher Forscher. Dieses Problem ließe sich aber durch eine passende Steuerung der Ladevorgänge abwenden. Zusammenfassend hat die Studie der Jülicher Forscher eines gezeigt: Eine Einbettung der angestrebten Anzahl an Elektrofahrzeugen ist mit dem geplanten Energiekonzept der Bundesregierung vereinbar und kann einen Beitrag zur CO2-Minderung leisten. In Zahlen bedeutet dies: Insbesondere durch die Einsparung von Benzin könnten im Jahr 2030 zwischen fünf und elf Millionen Tonnen CO2 gespart werden. Um dies zu erreichen, ist es allerdings unabdingbar, einerseits konventionelle Fahrzeuge durch Elektrofahrzeuge zu ersetzen und andererseits batteriebetriebene Vehikel mit Strom aus erneuerbaren Energien zu laden.

Die Henne und das Ei

Auch Inga Luchmann, Projektleiterin Research Sustainable Transport bei der PTV Group, sieht in den Umweltaspekten den entscheidenden Vorteil von E-Mobilität. Gemeinsam mit Kollegen ist sie in verschiedenen Projekten aktiv, die sich mit dem Thema beschäftigen. „Ohne Elektromobilität sind die Energieziele, die sich Deutschland gesteckt hat, nicht zu schaffen“, sagt sie. „Jedoch stehen wir hier einem klassischen Henne-Ei-Phänomen gegenüber: Das Netz an Ladeinfrastruktur und der Kauf von Elektrofahrzeugen bedingen sich gegenseitig.“ Um den Markt in Gang zu bringen, ist der Aufbau einer attraktiven Ladeinfrastruktur essentiell. Umgekehrt trägt aber gerade die wachsende Zahl der E-Fahrzeuge zur höheren Auslastung und damit zu einem steigenden Bedarf an Ladeinfrastruktur bei. Sollte die Zielmarke von einer Million E-Fahrzeuge im Jahr 2020 erreicht werden, schätzt die Nationale Plattform Elektromobilität (NPE) den Bedarf an Ladepunkten auf circa 950.000 Stück, von denen knapp 800.000 Ladepunkte durch private Investoren im privaten Raum gebaut werden sollen. Der Bedarf an öffentlicher Ladeinfrastruktur für das Jahr 2020 wird auf ca. 150.000 Ladepunkte geschätzt. Der Aufbau öffentlicher Ladepunkte erfolgt derzeit vornehmlich im Rahmen von Pilotprojekten, in die sich auch die PTV Group einbringt. „Während das Forschungsprojekt eMERGE beispielsweise die verkehrliche Wirkung alternativer Ansätze des Aufbaus von Ladeinfrastruktur untersuchen wird, entwickelt das von der Bundesregierung als Leuchtturmprojekt ausgezeichnete Forschungsvorhaben metropol-E unter Einbeziehung lokaler Ideen und Experten einen siedlungsstrukturellen Ansatz zum bedarfsgerechten Aufbau von konduktiver, also kabelgebundener Ladeinfrastruktur“, berichtet Luchmann.

Grafik: AC-Laden vs. DC-Laden

Wie funktioniert konduktives Laden?

metropol-E ist ein vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) gefördertes Projekt in der Metropolregion Ruhr. Das Projekt entwickelt und testet ein kommunales Flottenkonzept von Elektrofahrzeugen für die Stadt Dortmund und ihre Verknüpfung mit innovativen Anwendungen. Diese reichen von nutzerfreundlichen Buchungs- und Abrechnungsmöglichkeiten eines elektrischen Poolfahrzeuges bis hin zur Erprobung von Schnellladetechnik. Weitere Schwerpunkte bilden die Integration von dezentral erzeugtem Strom aus erneuerbaren Energien sowie die Entwicklung eines Lademanagementsystems. „Unsere Aufgabe besteht darin, für die Stadt demografische, bauliche sowie verkehrliche Faktoren zu analysieren und daraus verallgemeinerbare Standortindikatoren auszuarbeiten, die sich anschließend einzelnen Siedlungszonen zuordnen lassen“, berichtet Luchmann. Bietet eine Siedlungszone beispielsweise ausreichend private Stellplätze in Garagen und auf Mitarbeiterparkplätzen oder ist Laternenparken populär, weil Autos im öffentlichen Raum abgestellt werden müssen – sind die zu klärenden Fragen. Aus den individuellen Parkplatzsituationen ergeben sich unterschiedliche Bedürfnisse der Nutzer nach öffentlich zugänglicher Ladeinfrastruktur.

Zielgruppengerechte Verortung

„Wir gehen davon aus, dass insbesondere die gewerblichen Flottenbetreiber wie Pflege- und Lieferdienste jetzt und in naher Zukunft eine wichtige Nutzergruppe sein werden. Im privaten Bereich wird es sich voraussichtlich um junge Menschen, vornehmlich Singles, mit einem ausgeprägten ökologischen Bewusstsein handeln“, sagt Luchmann. „Verschiedene Studien gehen zudem davon aus, dass eine Nutzergruppe aus technikinteressierten Männern besteht, aber auch aus betuchten Familien, die sich einen Zwei- oder Drittwagen anschaffen.“ Für die definierte Zielgruppe soll dann die Ladeinfrastruktur bedarfsgerecht geplant werden. Dafür arbeiten die Experten mit einem Verkehrsmodell, das in PTV Visum erzeugt wurde. PTV Visum ist die weltweit führende Software für Verkehrsplanung. Sie wird zur Modellierung des Verkehrsnetzes sowie der Verkehrsnachfrage eingesetzt und bietet auch die Möglichkeit, geografische Informationssysteme (GIS) in das Verkehrsmodell einzubinden. Dabei können statistische Daten zur Flächennutzung, zu Einwohnern, Arbeitsplätzen oder Freizeitaktivitäten in PTV Visum mit dem Verkehrsnetz verschnitten werden. „Wir nutzen PTV Visum also, um zu analysieren, wo die Erstnutzer innerhalb Dortmunds leben und welche Wege sie machen“, so Luchmann. „Auf dieser Grundlage können wir dann den Bedarf an Ladeinfrastruktur feststellen und die E-Ladesäulen verorten.“ Anschließend gilt es, die Ergebnisse mit entsprechenden Anreizsystemen zu koppeln, um die Nutzung von E-Mobilität zu steigern. Die Dortmunder Erfahrungen sollen in einem Leitfaden dokumentiert werden, der Kommunen erste Hinweise zum siedlungsorientierten und nachhaltigen Aufbau von Ladeinfrastruktur liefert. metropol-E leistet also einen Beitrag, Modelle und Annahmen zur Elektromobilität in Deutschland zu verifizieren. „Deutschland befindet sich noch in der Marktvorbereitungsphase“, so Luchmann.

Und wie sieht es anderenorts aus? Laut dem dritten Bericht der NPE zeigt der Vergleich von Marktdaten: Eine spürbar positive Marktentwicklung findet ausschließlich in den Ländern statt, in denen der Kauf eines E-Fahrzeuges staatlich stark bezuschusst wird. So führen die USA und Japan die Tabelle um die Zahl der neuzugelassenen Fahrzeuge an. Frankreich folgt mit rund 5.300 E-Fahrzeugen auf Platz drei.

Blick zum Nachbarn

Das Nachbarland feierte 2011 sozusagen das Kommerzialisierungsjahr für eine Reihe von Elektromodellen. Gekauft wurden diese überwiegend von großen Abnehmern wie Gemeinden, nationalen Versorgern oder öffentlich-privaten Großbetrieben. Ein Beispiel ist Autolib‘ in Paris. Dabei handelt es sich um das erste Carsharing-Projekt, das ausschließlich „E“ anbietet. Initiiert wurde es von Bürgermeister Bertrand Delanoë, der den Verkehr in Frankreichs Hauptstadt umweltfreundlicher und immissionsfreier gestalten möchte. Durch das Leihangebot von künftig 3.000 Vehikeln soll die Zahl der Privatfahrzeuge um 22.500 Stück schrumpfen. Aktuell sind 1.740 Fahrzeuge im Umlauf. Der Anreiz für den Wechsel auf das E-Mobil: Die zugehörigen 5.000 Ladestationen und Parkplätze sind im Mietpreis von fünf Euro pro halbe Stunde inbegriffen. Ein Schnäppchen für den Nutzer! Und auch der Service stimmt. Jedes Auto ist mit On-Board-Computer und GPS ausgestattet und liefert dem Fahrer alle relevanten Informationen: Wie ist der Batteriestand, wie weit lässt sich damit noch fahren und wo befinden sich die nächsten Ladestationen?

Grafik: Der E-Mobilitätsraum und seine Verflechtungen

Der E-Mobilitätsraum und seine Verflechtungen

Technologie, Dienste und Konzepte

Projekte wie Autolib‘ benötigen moderne Technologien. „Um Nutzern Mehrwert zu bieten, müssen die Informationen zum Batteriestand und zu den Ladestationen geografisch referenziert werden“, erklärt Matthias Hormuth, Vice President Concepts & Solutions bei der PTV Group. „Für diese spezielle Anwendung haben wir Navigationslösungen und Komponenten entwickelt, die E-Mobilität im operativen Geschäft einsatzfähig machen.“ Gemeinsam mit Unternehmen wie der EnBW, Daimler und SAP sowie Forschungseinrichtungen wie dem KIT, FZI oder der Fraunhofer Gesellschaft des Spitzenclusters Elektromobilität Süd-West und engagiert sich die PTV Group im IKT-Projekt iZeus. Dieses hat zum Ziel, Elektromobilität in den Privat- sowie in den urbanen Wirtschaftsverkehr zu integrieren. „Insbesondere im Bereich kommerzieller Fahrzeugflotten sehen wir erfolgsversprechende Anwendungsfelder für E-Fahrzeuge“, sagt Hormuth. Hierfür sind intelligente Zusatz- und innovative Mehrwertdienste gefragt: So können Anwendungen beispielsweise den Einsatz gemischter Fuhrparkflotten optimieren oder Reichweiten unter Berücksichtigung von Batterieladezustand, Fahrzeugparametern, Wegverlauf und Wetterbedingungen berechnen. Auch Dienste zur gezielten Motorsteuerung bei Hybridfahrzeugen sind denkbar. Die Motorsteuerung agiert dann mit Unterstützung dieser Dienste unterschiedlich, je nachdem, ob der Fahrer in der Stadt oder Überland unterwegs ist. „Stand heute werden diese Dienste vorwiegend Flotten mit E- sowie Hybrid-Fahrzeugen der Pkw- beziehungsweise unteren Nutzfahrzeugklasse unterstützen“, sagt Hormuth. Für Lkws der mittleren und größeren Fahrzeugklasse gibt es aufgrund der Fahrzeuggewichte aktuell noch kaum eine Alternative zum Verbrennungsmotor. Daher sind neue logistische Konzepte gefragt, um die Ver- und Entsorgung von Städten zu bewerkstelligen. „Eine mögliche Lösung für eine emissionsfreie Innenstadtversorgung bieten Verteilzentren am Stadtrand, an denen die Ware umgeschlagen wird und die Feinverteilung dann mit in der Stadt stationierten E-Flotten erfolgt“, so Hormuth. „Der Erfolg derartiger Konzepte wird neben den Technologien rund um die E-Fahrzeuge und deren (Mehr-)Kosten vorwiegend aber von den anzupassenden logistischen Prozessen und deren Aufwendungen für Umsetzung und Betrieb abhängen.“ Die Probefahrten dafür werden in Deutschland wohl die kommunalen Flotten machen. In den verschiedenen Modellregionen und in Schaufensterprojekten wie Baden-Württemberg und Dortmund wird sich zeigen, ob Deutschland bereit ist, sich die Spitzenstellung im E-Markt zu sichern.

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