Text und Fragen von Annegret Handel-Kempf
Energie-„Tanken“ am Straßenrand – bislang keineswegs eine Selbstverständlichkeit, da die entsprechende Lade-Infrastruktur nur sehr bruchstückhaft vorhanden ist. Besonders für Pendler, die unter Zeitdruck über lange Strecken unterwegs sind, wird das Nachfüllen der Akku-Power zum Problem. Zumal dann, wenn sie zwischendurch und nachts ihr Auto unter freiem Himmel parken müssen, also fern von komfortablen Steckdosen-Umbauten.
Elektrotanksäulen, die wie Parkscheinautomaten neben Parkbuchten stehen, sind eine Variante, den Energiehunger von Elektroautos zu stillen. Allerdings eine Lösung, die gerne auch Geld verschlingt, sagen ihre Kritiker: Vandalierer scheuen vor den adretten Strom-Servierern nicht zurück, deren Hege und Pflege durch häufige Zerstörung teuer werden kann.
Deutlich unauffälliger sind Auflade-Lösungen in der Fahrbahn, die entweder eine mechanische Verbindung mit dem E-Auto eingehen, wie bei der „CarGrid“-Lösung, oder sich des Induktions-Prinzips bedienen. Strom-Laden via Induktion soll künftig sogar unter der Fahrt möglich sein, wenn sich die Idee der Forscher von der Universität Erlangen-Nürnberg durchsetzt.
Vorstellenswert sind alle drei Lade-Möglichkeiten aus dem Untergrund.
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Der Erfinder: Rainer Volck, freiberuflich arbeitender Projektentwickler und Vordenker, der über lange Zeit die Bereiche Business Intelligence und Data Warehouse bei Siemens aufbaute.
Das Projekt: "CarGrid" ist eine Initiative zur Förderung der Infrastruktur für Elektrofahrzeuge, das heißt, von Fahrzeugen mit Elektromotor(en) und aufladbaren Batterien (Akkumulatoren) als Energiespeicher, die am Stromnetz aufgeladen werden können. Das betrifft sowohl Hybridfahrzeuge mit Elektroanschluss (Plug-in-Hybride, PHEV), als auch reine Elektrofahrzeuge (EV).
Reifegrad: Die Grundentwicklung ist abgeschlossen. Der Erfinder versucht gerade, ein Konsortium zusammenzustellen, um Prototyp und Felderprobung zu realisieren.
Die Ausgangssituation: Rainer Volck suchte nach einer Lösung für sein Anliegen, eine flächendeckende Lade-Infrastruktur im öffentlichen Raum, beispielsweise am Straßenrand, entstehen zu lassen. Ladesäulen waren ihm zu teuer, unsicher und unkomfortabel, um sie in seine Mission einzubeziehen. Mit Stromverkauf alleine lässt sich nach Volcks Überzeugung die öffentliche Infrastruktur fürs flächendeckend mögliche Betanken von E-Autos nicht bezahlen. Induktionslösungen haben nach seiner Überzeugung noch nicht den Stand der Technik für den Breiteneinsatz.
Die Überlegung: Der Elektroingenieur und Business-Stratege tendiert dazu, Funktionen wie Stromspeicherung und Netzstabilisierung einzubeziehen. Dadurch steige das Interesse der Energieversorger, besonders in Hinblick auf die – Volck zufolge – „unsteten“ erneuerbaren Energien. Das erfordere, dass Elektrofahrzeuge tagsüber möglichst immer am Netz hängen, also öffentliche Infrastruktur. Die aber erst geschaffen und finanziert werden muss.
Der Ausweg: Der Nürnberger hat einen automatischen Elektroanschluss für Fahrzeuge entwickelt. Dieser nutzt eine in die Fahrbahn eingelassene Anschlussplatte mit offenen Kontaktflächen, in die sich ein im Fahrzeugboden angebrachter, beweglicher Anschlussarm einhakt und so eine konduktive Verbindung herstellt. Nach Volcks Einschätzug, ist die Anschlussplatte „äußerst preiswert, vandalismussicher und komfortabel, da vollautomatisch“. Seine Lösung ermögliche eine deutlich billigere Infrastruktur als Ladesäulen, ziehe zudem keinerlei Unfall- oder Strahlungsprobleme nach sich.
Der Zusatznutzen: Der CarGrid-Erfinder träumt von einem riesigen Energiespeicher, der verfügbar sein soll, sobald alle stehenden Fahrzeuge ans Stromnetz angeschlossen sind. Volcks Idee: „Soweit nicht die volle Reichweite des Elektrofahrzeugs zur Verfügung stehen muss, kann dieser Energievorrat in Spitzenlastzeiten teuer an die Energieversorger verkauft werden. Nachts zu Zeiten billigen Stroms werden die Batterien dann wieder aufgeladen.“ Der größte Vorteil für Energieversorger läge in der hohen Verfügbarkeit der Fahrzeuge im Netz zur Abdeckung von Bedarfsspitzen.
So funktioniert’s: Dem Konzept zufolge, braucht der Fahrer beim „Tanken“ nicht einmal zuzusehen, wenn eine entsprechende Ladestrategie voreingestellt ist: Sobald unter dem Fahrzeug eine Anschlussplatte entdeckt wird, positioniert ein Teleskoparm im Fahrzeug den Anschlusskopf exakt über den Anschluss, hakt sich ein und stellt die Verbindung her. Abgekoppelt wird über die Fernsteuerung der Zentralverriegelung.
Die Kosten – für die Infrastruktur: Volck zufolge betragen die Kosten für eine wartungsfreie Anschlussplatte in oder auf der Fahrbahn etwa zehn Euro. Für den automatischen Elektroanschluss wird eine Einfräsung in die Fahrbahndecke am Anschlussort und eine Querbohrung zur Grube des Kabelzweigs benötigt.
Der Haken – die Kosten für den Fahrzeugnutzer: CarGrid vergleicht die Kosten für „Komfort und die hohe Fahrzeugverfügbarkeit im Netz“ mit dem größeren Aufwand für ein Automatikgetriebe – „allerdings nicht in dieser Höhe“. Für deutsche Automobilhersteller im Premiumsegment bedeute das „eine erstrebenswerte Wertsteigerung“.
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Auf berührungslose, induktive Energieübertragung setzt man bei SEW-EURODRIVE, ausgehend vom Transformatorprinzip. Um ein Energieeinspeisegerät zu aktivieren, an das eine Primärspule angedockt ist, hält ein Elektrofahrzeug über der elektromagnetisch abgeschirmten Spule. Der Ladestand der Batterie wird automatisch erkannt. Sobald der Akku voll ist, schaltet das Einspeisegerät auf Standby zurück.
Und das steckt dahinter: Wechselstrom erzeugt in einer Primärspule ein Magnetfeld, das in einer Sekundärspule ebenfalls Wechselstrom erzeugt. Je höher die Frequenz, desto weiter darf die Entfernung sein, über die eine solche berührungslose Energieübertragung möglich ist.
140 kHz Übertragungsfrequenz sind es bei der hier vorgestellten SEW-Lösung. Zwanzig Zentimeter umfasst die Breite des Luftspalts, über die sich die Energie transferieren lässt. So kann eine im Boden eines Parkplatzes eingelassene Primärspule eine im Fahrzeugboden installierte Sekundärspule mit Strom versorgen.
Wirtschaftswetter: Wo wird das Verfahren schon in die Realität umgesetzt, wo kann man im Alltag auf derartige Ladestationen auffahren?
Stefan Brill, Leiter Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, SEW-EURODRIVE: Aktuell ist unser System in der Erprobung in unseren eigenen Standorten und bei Fahrzeugherstellern. Der erste Anwender ist die Lufthansa-Technik am Flughafen Frankfurt. Hier untersucht die Lufthansa die Technik im realen Einsatz mit einem umgerüsteten, straßenzugelassenen Fahrzeug. Für Fahrräder gibt es schon diverse Installationen, zum Beispiel den "Biketower" von unserem Kunden E-Bike-Mobility.
Wie hoch sind die Kosten für die erforderliche Infrastruktur?
Brill: Die Kosten der Parkplatzseite liegen deutlich unter den Kosten einer Ladesäule. Zusätzlich gibt es bei Induktionsladung keine Folgekosten für Wartung oder die Beseitigung von Vandalismusschäden.
Wirtschaftswetter: Wie funktioniert die Abrechnung?
Brill: Geschäftsmodelle für den Betrieb der Ladeinfrastruktur basieren nicht auf Stromhandel. Da die Energie selbst im Vergleich sehr günstig ist, wird sie heute meist kostenlos abgegeben.Die Motivation für Parkplatzbetreiber ist die längere Parkdauer oder die Kundenbindung, zum Beispiel vor dem Supermarkt oder Schnellrestaurant. Wir können aber durch eine Nahfeldkommunikation zwischen Fahrzeug und Ladeinfrastruktur eine Fahrzeugerkennung durchführen. Damit kann der Betreiber dann Kundenfahrzeuge kostenlos aufladen oder ein Fahrzeugvermieter die Nutzungsdauer der Fahrzeuge festhalten.
Wirtschaftswetter: Wie kommen Kunden an PKW-Einbauten, mit deren Hilfe sie das System nutzen können?
Brill: Wir bereiten für einige bereits verfügbare Fahrzeuge Nachrüst-Sets für Induktionsladung vor. Damit werden Demonstrationsfahrzeuge einfach und preiswert entstehen. Der großflächige Einsatz wird aber erst durch Fahrzeuge mit ab Werk eingebauter Induktionsladung erfolgen.
Wirtschaftswetter: Wie lange dauert es, einen „Tank“ via Induktion komplett zu füllen?
Brill: Da die Fahrzeuge zum Ladevorgang meist länger stehen, zum Beispiel unter dem heimischen Carport oder auf dem Firmenparkplatz, ist die Dauer des Ladevorgangs weniger relevant. Das System funktioniert über eine normale Steckdose, diese ist auf 230 V/16 A ausgelegt, was eine Ladeleistung von drei Kilowatt für Pkw ermöglicht. Für Pedelec realisieren wir eine Leistung von 80 Watt.
Je nach Größe der Batterie dauert ein Ladevorgang unterschiedlich lang.
Wird das System allerdings flächendeckend in Haltebereichen integriert, oder langfristig auch in kompletten Fahrspuren, entfällt das Thema Ladedauer gänzlich, da die Akkus permanent, beziehungsweise je nach Bedarf, aufgeladen werden können - so werden dann auch Langstrecken mit reinen Elektrofahrzeugen realistisch. Darüber hinaus würde der Anschaffungspreis für die Fahrzeuge sinken, da der Akku kleiner ausgelegt werden kann - die Akzeptanz für die Elektromobilität selber sollte dann steigen.
Wirtschaftswetter: Sind alle Akkus dafür geeignet?
Brill: Das induktive Laden ist unabhängig vom Akku. Unser induktives Ladesystem kommuniziert mit dem Batteriemanagement des Fahrzeugs und passt sich damit den Anforderungen der Batterie optimal an.
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Viele haben Angst, dass ihnen auf längeren Strecken im E-Auto die Energie ausgeht. An der Uni Erlangen-Nürnberg will man deshalb schon jetzt direkt beim Fahren die Akkus mit frischem Strom versorgen.
Wirtschaftswetter: Wie viel Energie würde dadurch gewonnen? Könnte sich etwa die Reichweite einer Akku-Füllung von 150 Kilometer auf 220 Kilometer erhöhen, um ohne Nachlade-Stopp beispielsweise von München nach Stuttgart fahren zu können?
Risch: Das ist prinzipiell möglich, allerdings sehr visionär und in Bezug auf die aktuellen Rahmenbedingungen noch unrealistisch. Hierfür wären einige Entwicklungssprünge noch zu durchlaufen, vor allem bei der Sicherung der Materialverfügbarkeit, der Wirkungsrade und der Produktions-/Wartungskosten für solche Systeme.
Wirtschaftswetter: Die Autobahn Stuttgart-München wird gerade mit viel Aufwand und Kosten auf sechs Spuren erweitert. Wäre es sinnvoll und machbar, „vorsichtshalber" die neuen Fahrbahnen gleich mit Induktion für ein e-mobiles Zeitalter auszurüsten? Wo böte sich das noch an?
Risch: Das halte ich für nicht sinnvoll. Die induktive Energieübertragung in Elektrofahrzeuge in der Bewegung ist ja nur eine „prinzipielle" Möglichkeit neben anderen Optionen zur Überwindung der aktuellen Probleme der Mobilität. Setzt sich in den nächsten zehn bis zwanzig Jahren eine andere Technologie durch, so müsste die Politik viel erklären, warum diese Investitionen getätigt wurden.
Wann könnten Ihre Ideen im Alltag sichtbar werden?
Risch: Auf den ersten Teststrecken ist diese Technologie bereits sichtbar. Im Alltag wird dies in den nächsten Jahren der Fall sein: Vor allem über den ÖPNV getrieben, das heißt, bei Straßenbahnsystemen.
2012-01-01, Annegret Handel-Kempf, Wirtschaftswetter
Text: ©Annegret Kempf
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