Die Zeitschrift für Forschung und Innovation | Frühjahr 2009
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Grüner Flitzer: Techniker der Firma Ruf rüsten mit Hilfe von Siemens einen Porsche zum Elektroauto um. Wo Styroporblöcke als Platzhalter dienen, werden später Motor und Batterieblock eingebaut (unten)
Das Perpetuum Mobile wird es auch in Zukunft nicht geben, aber wie wäre es, wenn ein Auto nicht nur Energie benötigt, sondern auch welche abgeben kann? Zum ersten Mal in der Geschichte der Mobilität wollen Ingenieure aus Fahrzeugen mehr machen als klassische Fortbewegungsmittel, nämlich mobile Energiespeicher. Das geht nicht mit Verbrennungsmotoren, aber es geht mit einer Batterie, die nicht nur Strom tanken, sondern auch wieder abgeben kann – also bidirektional funktioniert.
Die Vision hinter der Elektromobilität ist aus dem Spannungsfeld entstanden, dass immer mehr Menschen individuell mobil sein wollen und dass der Energiebedarf gerade in Schwellenländern wie Indien und China enorm ansteigt. Beide Ansprüche wurden bisher vor allem durch fossile Energieträger befriedigt: Seit über 100 Jahren werden Automobile mit Verbrennungsmotoren und die Turbinen der meisten Kraftwerke mit Kohle oder Erdgas angetrieben. Doch die Zeit drängt: Diese Ressourcen werden knapp, und der Klimawandel wird durch den erhöhten CO2-Ausstoß beschleunigt. Die Energieversorger setzen deshalb vermehrt auf erneuerbare und CO2-freie Energien wie Wind und Sonne, doch deren Ertrag schwankt je nach Wetter. Mit zunehmendem Anteil solcher Energieträger am Strommix eines Landes steigt daher auch der Bedarf nach schnell einsetzbaren Zwischenspeichern für den Strom.
Wie wäre es denn, hierfür die Batterien von Elektroautos zu nutzen, die an jeder Steckdose Strom tanken oder liefern können – je nach Bedarf und Preis? Wenn viel Strom zur Verfügung steht, etwa nachts oder bei starkem Wind, wäre der Strompreis niedrig – zum Beispiel bei 5 Cent/kWh – und dementsprechend viele Autos würden diesen günstigen Strom "tanken". Wenn hingegen Flaute herrscht oder mittags gerade viel Strom zum Kochen benötigt wird, läge der Preis beispielsweise bei 30 Cent/kWh und viele Autobesitzer würden sich entschließen, die Energie mit Gewinn ins Netz abzugeben. Mit einer intelligenten Steuerung könnten dies auch die am Netz hängenden Fahrzeuge selbst entscheiden – dann nämlich, wenn sie wissen, wie weit ihr Besitzer heute noch fahren muss und welche Batterieladung er daher benötigt. Die meiste Zeit des Tages stehen Pkw sowieso still und könnten daher – ob auf Büroparkplätzen, in Parkhäusern oder zu Hause – ständig mit dem Stromnetz verbunden sein. Wenn die Strompreise sich flexibel nach Angebot und Nachfrage richten, vermeidet dies auch das Problem, dass zu bestimmten Zeiten gleichzeitig sehr viele Autos Strom tanken wollen – denn dann würde einfach der Preis in die Höhe schießen.
Das Auto als Einnahmequelle. Als Faustregel kann man sagen, dass einer Windturbine mit 3 MW Spitzenleistung etwa 300 Elektrofahrzeuge als Stromspeicher gegenüberstehen sollten. Mit solchen mobilen Speichern ließen sich gleich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Die Energieversorgungsunternehmen hätten – vorausgesetzt, die Akkus können die ständigen Lade- und Entladevorgänge verkraften – einen gewissen Puffer für überschüssige Energie aus regenerativen Quellen, und den Fahrzeugbesitzern stünde eine Geldeinnahmequelle zur Verfügung, die ihnen hilft, die relativ teuren Batterien zu finanzieren. Denn auch in absehbarer Zukunft wird die Batterie eine der teuersten Komponenten eines Elektroautos sein: Für eine Reichweite von 100 km ist bei einem Mittelklasse-Elektroauto eine Batterie mit etwa 15 kWh Energieinhalt notwendig – und die kostet heute noch über 10 000 €. Natürlich ließen sich mit einem derartigen mobilen Kraftwerk auch noch andere Geschäftsmodelle vorstellen, als die Amortisation durch die Stromeinnahmen: So muss der Autobesitzer die Batterie nicht unbedingt kaufen. Er könnte sie auch von einem Energieversorgungsunternehmen leasen – das damit sozusagen seine Stromspeicher dezentralisiert und über die "Zweitnutzung" als Autoantriebsquelle die Kosten für den Speicher senkt.
Wie auch immer künftige Elektroautos aussehen werden und welche Rolle sie im Stromverbund spielen werden – im Konzept der "Elektromobilität" werden alle wichtigen Akteure mit einbezogen sein müssen: Die Stromproduzenten ebenso wie die Automobilhersteller und -zulieferer und nicht zuletzt auch die Politik, die einem solchen Paradigmenwechsel den Boden bereiten müsste.
In Deutschland wurde hierzu der erste Schritt im November 2008 getan, als gleich vier Ministerien zur "Nationalen Strategiekonferenz Elektromobilität" einluden: das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), das Ministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), das Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) und das Ministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Sie brachten Energieversorger wie E.ON, RWE oder Evonik, die Automobilindustrie und ihre Zulieferer wie Volkswagen, Daimler, Continental oder Bosch sowie Elektrofirmen wie Siemens und Forschungsinstitute zusammen. "Mein Ziel ist es, mit der Elektromobilität einer neuen Mobilitätskultur und einer neuen Stadt- und Raumplanung zum Durchbruch zu verhelfen", sagte Verkehrsminister Wolfgang Tiefensee auf der Konferenz, und Umweltminister Sigmar Gabriel ergänzte, dass Elektroautos als Pufferspeicher eine wichtige Verbindung zu erneuerbaren Energiequellen schaffen. Auch für Deutschland werde dies immer wichtiger, sagte er, denn das BMU will den Anteil der regenerativen Stromquellen von heute etwa 15 % auf bis zu 40 % im Jahr 2020 erhöhen. Staatssekretärin Dagmar Wöhrl vom BMWi betonte die Notwendigkeit der engen Zusammenarbeit von Energieversorgungsunternehmen und Automobilherstellern, denn insbesondere bei Energiespeichern, der Fahrzeugtechnik und der Netzintegration müssten noch beträchtliche Investitionen in Forschung und Entwicklung aufgebracht werden.
Entsprechende Allianzen haben sich bereits zwischen den Konzernen gebildet: BMW kooperiert mit Vattenfall, Daimler mit RWE und Volkswagen nicht nur mit Evonik, sondern seit kurzem auch mit Toshiba, um die Akkutechnologie gemeinsam voranzutreiben. Gerade leistungsstarke Batterien seien eine Schlüsseltechnologie, die es zu fördern gelte, sagte Thomas Rachel vom BMBF. Innerhalb der Konjunkturprogramme, die von der Bundesregierung bereitgestellt werden, können in einem Zeitraum von drei Jahren 500 Mio. € für Mobilitätsforschung ausgegeben werden. Dazu gehört die Entwicklung der Infrastruktur ebenso wie der gesamte Bereich der Elektrofahrzeugtechnik. Das Ziel wurde auf der Konferenz ganz klar umrissen: Deutschland soll Leitmarkt für Elektromobilität werden.
Herz des grünen Porsches: Zunächst wird der Elektromotor mit den Batterieblöcken verschraubt, bevor er in die Karosserie integriert wird und die Akkus auf den Rücksitzen angeschlossen werden
Weltspitze der Elektromobilität.Bei vielen Komponenten der Elektromobilität, sei es in der Energieversorgung oder im Automobilbereich, ist Deutschland bereits an der Weltspitze: Die effizientesten Kraftwerke, ob konventioneller Art oder auch Windkraftwerke und solarthermische Anlagen, werden hier konstruiert, ebenso wie Systeme für eine verlustarme Stromübertragung über lange Strecken. Auf der Automobilseite ist Deutschland bei Elektromotoren und der Fahrzeugelektronik nach wie vor international führend. Anders jedoch bei der Batterietechnik, die insbesondere in China und Korea vorangetrieben wird – nur etwa 1 % aller Lithium-Ionen-Batterien wird in Deutschland hergestellt. Doch auch hier gibt es neue Entwicklungen, wie der Zukunftspreis des Bundespräsidenten vor zwei Jahren belegte: Drei Wissenschaftler des Evonik-Ablegers LiTec waren nominiert, weil sie einen Separator für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt haben, der einen möglichen Kurzschluss verhindert und damit die Hochleistungsakkus wesentlich sicherer macht. Denn unter den Experten herrscht Einigkeit, dass derzeit nur Lithium-Ionen-Zellen für Elektroautos in Frage kommen, weil sie die erforderliche Leistungsdichte bereitstellen können. Hier will das Bundesforschungsministerium mit der Innovationsallianz "Lithium-Ionen-Batterie" nun eine Aufholjagd in Gang setzen.
Der Begriff Elektromobilität bezieht sich in der Regel auf den motorisierten Individualverkehr, wobei die eingesetzten Fahrzeuge einen Elektromotor als Antrieb verwenden und/oder eine relevante Menge an elektrischer Energie in Batterien gespeichert haben. Folgende Typen werden unterschieden:
HEV = Hybrid-Electric-Vehicles: Kombination eines Elektroantriebes mit einem Verbrennungsmotor
PHEV = Plug-In-Hybrid-Vehicle: Hybridfahrzeuge mit Netzanschlussmöglichkeiten
BEV = Battery-Electric-Vehicle: Rein elektrisch betriebene Fahrzeuge
FCV = Fuel Cell Vehicle: Fahrzeuge mit Brennstoffzellen
Hybridfahrzeuge werden heute schon in größerer Zahl am Markt angeboten.
Bei rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen soll die Serienfertigung bald starten
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Zugleich sollen im Forschungsprogramm "Mobilität und Verkehrstechnologien" des Bundeswirtschaftsministeriums moderne Antriebssysteme vorangetrieben werden. Dabei geht es neben Hybridkonzepten auch um die Leistungselektronik im Auto. Ein gut motorisiertes Elektroauto braucht eine Batterie mit 42 kWh Energieinhalt, um bei 15 kWh pro 100 km eine Reichweite von fast 300 km zurückzulegen. Bei der üblichen Spannung von 230 V und 16 A würde dann aber ein voller Ladevorgang etwa zwölf Stunden dauern. "Doch bei 400 V und 25 A könnte der Autofahrer bereits nach zwei Stunden wieder eine Langstrecke zurücklegen", stellt Prof. Gernot Spiegelberg fest. 400 V gibt es auch in jedem deutschen Haushalt, da dies die Spannung des üblichen Drehstromanschlusses ist. "Um sie zu nutzen, fehlen aber bisher die notwendigen Schnittstellen zwischen Auto und Stromnetz", sagt Spiegelberg.
Spiegelberg leitet bei Corporate Technology, der zentralen Forschung von Siemens, ein Team für Elektromobilität. Hier sowie in den Sektoren Energy und Industry beschäftigt sich Siemens schon seit einiger Zeit intensiv mit dem Thema Elektromobilität. Dabei geht es sowohl um die Anforderungen an das Elektrofahrzeug selbst wie um die Gestaltung der Infrastruktur der Stromnetze. Unter anderem untersuchen die Siemens-Ingenieure die Energieerzeugung und -verteilung, das Verkehrs- und Energiemanagement, die Systeme für die Verbrauchserfassung und flexible Abrechnung (Smart Metering), die nötige Leistungselektronik, die Software und Sensorik und natürlich auch die elektrischen Antriebe und die Rückgewinnung und Speicherung von Energie. Da Elektroantriebe nicht nur als Stromspeicher dienen können, sondern aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades zudem Energieressourcen effizienter nutzen als Verbrennungsmotoren, könnte die Elektromobilität künftig ein wichtiger Bestandteil des Umweltportfolios von Siemens werden.
"Bis 2020 sehe ich allein in Deutschland ein Potenzial von 4,5 Millionen Elektroautos, die ihre Energie über das bestehende Stromnetz beziehen könnten", sagt Spiegelberg. "Und das ist noch konservativ geschätzt, denn diese 4,5 Millionen Fahrzeuge wären nur die Hälfte der sowieso auszutauschenden Zweitwagen, die auch am Wochenende nie mehr als 70 km pro Tag zurücklegen." Damit würde dann jedes zehnte Auto in Deutschland ganz ohne Benzin fahren.
Reichweite erwerben. Doch nicht nur in Deutschland, sondern auch in anderen Ländern wie den USA, Australien, Israel und Dänemark werden Konzepte zur Elektromobilität verfolgt. Eines davon heißt "Better Place", in dem es um die gesamte Wertschöpfungskette für eine moderne Mobilität aus erneuerbarer Energie geht. Das vor zwei Jahren gegründete Start-up aus Kalifornien arbeitet an einer flächendeckenden Infrastruktur zum Betrieb von Elektroautos. Das Unternehmen will den Kunden Autos ähnlich wie Handys subventioniert – oder sogar gratis – zur Verfügung stellen. Der Kunde kann "Reichweite" erwerben, und der Rechnungsbetrag richtet sich nach den tatsächlich gefahrenen Kilometern. Mit Elektrofahrzeugen, so Better Place, könne es die Mobilitäts-Kilometer günstiger anbieten als mit Verbrennungsmotoren. Batterie-Wechselstationen, die ähnlich aufgebaut sind wie Tankstellen, sollen den schnellen Tausch der leeren Akkus gegen volle ermöglichen. Better Place hat den Autokonzern Renault-Nissan als Kooperationspartner gewonnen und will mit örtlichen Versorgern den Aufbau von Netzen in verschiedenen Ländern, wie etwa in Israel, vorantreiben. Schon ab 2011 sollen die ersten Elektroautos rollen.
Auch die relevanten deutschen Unternehmen haben das Marktpotenzial von Elektro-autos erkannt und entwickeln mit Hochdruck entsprechende Lösungen. Daimler strebt mit RWE eine Allianz an, die eine Vereinheitlichung der Ladestationen zum Ziel hat. Dass der Stuttgarter Autobauer damit auf dem richtigen Weg ist, zeigte jüngst der Einstieg Abu Dhabis als Großaktionär. Mit Daimler möchte das Emirat den Übergang von Verbrennungsmotoren auf alternative Antriebe noch stärker vorantreiben und sich so für die Nach-Erdöl-Ära rüsten. BMW und Volkswagen kooperieren derweil mit Energiekonzernen wie E.ON, Vattenfall oder EnBW und testen, welche Infrastruktur für welchen Mobilitätsanspruch nötig ist. Damit wollen sie die Grundlage für die flächendeckende Einführung von Elektroautos schaffen.
Die Revolution der Elektroautos könnte künftig allerdings in Asien stattfinden, denn dort treten ganz neue Spieler neben der klassischen Autoindustrie in Erscheinung. Auf dem Genfer Autosalon 2008 wurde erstmals ein chinesisches Elektroauto mit dem Namen F3DM von Build Your Dream (BYD) gezeigt – ein Plug-In-Hybrid. Das heißt, der F3DM verfügt neben einem kleinvolumigen Verbrennungsmotor (1,0 l Hubraum) über ein vollwertiges elektrisches Antriebssystem und einen Batteriespeicher, der sowohl intern (mittels Generator und/oder Bremsenergierückgewinnung) als auch extern (an einer herkömmlichen 230-V-Steckdose) aufgeladen werden kann. Die Reichweite im reinen Elektrobetrieb beträgt 110 km, was den durchschnittlichen Bedarf typischer Autofahrer voll abdeckt.
BYD mit Sitz in Shenzhen, Provinz Guangdong, wurde 1995 gegründet und zählt heute schon zu den 20 stärksten Unternehmen in China. Seit sechs Jahren betreiben 6 000 Ingenieure der insgesamt 120 000 Mitarbeiter intensive Forschung für Hybrid- und Elektroautos. Dank des chinesischen Know-hows auf dem Feld der Li-Ionen-Batterien, das auf der jahrzehntelangen Fertigung von Handys und PC basiert, ist BYD heute einer der wenigen Automobilhersteller weltweit, die die notwendige Akku-Technologie selbst entwickeln und produzieren können. Die Produktion des F3DM für den chinesischen Markt ist bereits angelaufen und wird parallel für den ausländischen Markt weiterentwickelt. Für Ende 2009 wurde der BYD e6 angekündigt – ein reines Elektroauto, das eine Reichweite von 290 km haben soll.
1882: Die Pioniere des Elektroautos
Am 29. April 1882 führte Werner Siemens in Halensee bei Berlin einen elektrisch angetriebenen Kutschenwagen, Elektromote genannt, auf einer 540 m langen Versuchsstrecke vor. Es war nicht nur das erste Elektromobil, sondern auch der erste Oberleitungsbus der Welt. Bereits im Jahr 1905 folgte die "Elektrische Viktoria", die als Taxi und Lieferwagen mit einer Spitzengeschwindigkeit von 24 km/h durch Berlin rollte. Die Elektroautos waren ihrer Zeit weit voraus, doch sie unterlagen schließlich aufgrund ihrer geringen Batteriekapazitäten, Geschwindigkeit und Kilometerreichweite den Verbrennungsmotoren. Das klare Kräfteverhältnis sollte 100 Jahre so bleiben, und selbst heute gilt die Faustregel: Ein Liter Benzin entspricht etwa einem Energieinhalt von 9 kWh – eine Lithium-Ionen-Batterie mit diesem Energieinhalt wiegt aber etwa 100 kg. Allerdings kommt ein Elektroauto damit etwa 60 km weit, ein Benziner nur zwischen 10 und 20 km – der Grund ist der um etwa den Faktor vier höhere Wirkungsgrad eines Elektromotors gegenüber einem Verbrennungsmotor. Li-Ionen-Akkus sind Hochleistungsakkus, die aus Handys, PDA und Laptops bekannt sind. Sie haben keinen Memoryeffekt und speichern bei gleichem Gewicht zwei- bis dreimal soviel Energie wie gewöhnliche Nickel-Cadmium-Akkus. Sie kosten allerdings derzeit noch über 10 000 € für einen Pkw mit einem Verbrauch von 15 kWh pro 100 km und werden erst durch Massenfertigung günstiger .
Alte Idee, große Wirkung. Neben der Speichertechnologie ist aber auch die Konstruktion des Antriebsstrangs eine Schlüsseltechnologie für Elektrofahrzeuge. Im Prinzip kann der Antriebsstrang wesentlich einfacher beschaffen sein als der für einen Diesel- oder Ottomotor, denn Getriebe, Differential und Antriebswellen können beim Elektroauto entfallen. Bereits vor über 100 Jahren bauten Pioniere der Elektroautomobile sogenannte Radnabenmotoren. Ein Radnabenmotor ist eine Kraftmaschine, die direkt in das Rad eingebaut ist und gleichzeitig die Radnabe trägt, so dass ein Teil des Motors mit dem Rad umläuft. Die Kunst beim Autoantrieb der Zukunft besteht dann vor allem in einer intelligenten elektronischen Steuerung der Komponenten und der Lade- und Entladevorgänge sowie der Bremsenergierückgewinnung.
All dies führt dazu, dass die Energieausnutzung und damit die Umweltfreundlichkeit eines Elektroautos wesentlich besser ist als die eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor: "Well-to-Wheel", also von der Energiequelle bis zum Rad, liegt der Wirkungsgrad eines guten Elektroautos auf Basis erneuerbarer Energien bei über 70 %, eines Autos mit Verbrennungsmotor hingegen nur bei 20 %. Selbst wenn der Strom für Elektroautos nicht durch erneuerbare Energien wie Wind oder Sonne erzeugt würde, ist der CO2-Ausstoß deutlich geringer als bei Verbrennungsmotoren: In den Kraftwerken werden im weltweiten Strommix etwa 600 g CO2 pro kWh ausgestoßen – das entspricht 90 g CO2 pro gefahrenem Kilometer eines Elektroautos, wesentlich weniger als die 120 bis 160 g CO2 pro km für einen typischen Mittelklasse-Wagen mit Verbrennungsmotor.
Von 0 auf 100 in 4,2 Sekunden. Gernot Spiegelberg, ein ausgewiesener Experte auf dem Gebiet der elektrischen Fahrzeugantriebe, hat elektrische Antriebsstränge von Siemens bereits in zwei Protoypenautos eingebaut. "Auf dem Genfer Autosalon im März 2009 zeigten wir unsere Antriebssysteme im Concept Car iChange der Firma Rinspeed und im eRuf Greenster von Alois Ruf", erläutert er. Die Schweizer Firma Rinspeed mit dem Visionär Frank Rinderknecht an der Spitze ist für zukunftsweisende Konzeptautos bekannt. Unter der Haube des iChange beschleunigt ein Elektromotor von Siemens Drive Technologies mit 150 kW das nur etwa 1 m flache und 4,28 m lange Fahrzeug auf bis zu 220 km/h. Von 0 auf Tempo 100 vergehen nur 4,2 Sekunden. Allerdings reicht die Akku-Ladung bei voller Leistung nur für 90 km. Die Lithium-Ionen-Batterien der deutschen Firma Gaia können an einer herkömmlichen Steckdose in drei Stunden wieder aufgeladen werden.
Alois Ruf, der schwäbische Porsche-Veredler aus Pfaffenhausen, hat schon im Oktober 2008 einen Elektro-Porsche vorgestellt, den er nun mit Gernot Spiegelberg konsequent weiterentwickeln will. "Für den Prototypen auf dem Genfer Autosalon 2009 haben wir ein integriertes System aus Motor/Generator, Leistungselektronik sowie der Schnittstelle mit Batterieanbindung gebaut", erklärt Spiegelberg. Der in Genf vorgestellte Elektro-Porsche der RUF Automobile GmbH enthält eine Vorabversion des innovativen eDrive von Siemens Corporate Technology. Der Prototyp verfügt über einen zentralen Motor mit 270 kW Leistung und 950 Nm Drehmoment und erreicht bei mittlerer Fahrweise eine Reichweite von 200 km. Für die Folgeversion sieht Ruf eine Kleinserie mit einem Doppelmotor-Konzept vor. Dieser eRuf wird dann das weltweit erste elektrische Fahrzeug mit einem bidirektionalen Netzanschluss sein, das sich – ohne eine üblicherweise erforderliche zusätzliche Ladeelektronik – binnen einer Stunde an 380 V aufladen lässt und über die gleiche Steckdose auch Energie ins Stromnetz einspeisen kann. Die geplante Kleinserie soll im Jahr 2010 auf die Straße kommen. "So schön und leistungsstark diese Elektrofahrzeuge sind, müssen wir aber dennoch immer beachten, dass das Elektroauto nur ein Modul in der Kette des Gesamtsystems Elektromobilität ist", betont Manfried Kruska, der für den Sektor Energy das Thema Elektromobilität aus der Perspektive der Infrastruktur vorantreibt. Auch hier gibt es noch viel zu tun:
Auto als Teil des Stromnetzes. Siemens kann seit langem ein umfangreiches Know-how in der gesamten Energieversorgungskette vorweisen und ist daher wie kaum ein anderes Unternehmen geeignet, alle Komponenten der künftigen Elektromobilität – ob im Auto oder im Stromnetz – mitzugestalten. So stellte Tobias Wittmann aus dem Energy Sektor bereits auf der "Nationalen Strategiekonferenz Elektromobilität" die Software "Vehicle to Grid Scenario" vor. Sie simuliert das Zusammenspiel zwischen zentraler und dezentraler Energieerzeugung und demonstriert einerseits die Rolle des Elektroautos als Verbraucher und andererseits als flexible, mobile Energiequelle. Sie zeigt direkt die Wechselbeziehung des Systems, dass man mit dem Elektroauto etwa nachts günstigen Strom durch Laden der Batterie speichern kann und tagsüber bei geringem Eigenbedarf den fünffachen Preis bei Abgabe des Stroms erzielen kann.
Showtime: Auf dem Genfer Autosalon präsentierte Ruf sein eCar samt integriertem System aus Motor, Generator und Leistungselektronik von Siemens. Der Motor des iChange (unten rechts) stammt ebenfalls von Siemens
Eine entsprechende Forschungsallianz hat der Sektor Energy Ende Februar 2009 beschlossen. Siemens unterzeichnete als Partner eines internationalen Konsortiums in Dänemark den Vertrag zum EDISON-Projekt. EDISON steht für "Electric vehicles in a Distributed and Integrated market using Sustainable energy and Open Networks". "Ziel des Projektes ist die Standardisierung von elektrischen Energiespeichern und Lade- sowie Entladetechniken für Elektro- und Plug-in-Hybridfahrzeuge. Siemens untersucht darin die Möglichkeiten zur Anbindung von Elektrofahrzeugen an das öffentliche Stromversorgungsnetz", beschreibt Sven Holthusen, Leiter des Siemens-Arbeitspaketes im Konsortium, seine Aufgabenstellung. Dänemark will schon 2020 seinen Strom zu 50 % aus Windenergie gewinnen. Umso wichtiger wird die Zwischenspeicherung des Stroms für die Zeiten, wo unerwartet viel Energie erzeugt wird. "Um eine ausreichende und konstante Stromversorgung mit Wind zu gewährleisten, müsste ohne Speichermöglichkeiten die sechsfache Leistung installiert werden", verdeutlicht Spiegelberg die Herausforderung der Windenergieversorgung.
Als Technikpartner ist Siemens bei dem Projekt für die Koordination und Bereitstellung von Schlüsseltechniken verantwortlich, die beispielsweise für verschiedene Arten von Ladestationen inklusive der Steuerungstechnik für eine optimale Nutzung der Batteriekapazitäten zu entwickeln sind. Das Herzstück ist die Leistungselektronik mit der Kommunikation für das Lademanagement der Batterien und für die Netzrückspeisung.
Mobiler Kraftwerksersatz. Eine besondere Herausforderung stellt die Netzanbindung dar, weil hier große Energiemengen schnell und zukünftig bidirektional fließen sollen, um die elektrische Energie der Batterien auch als so genannte Regelenergie in Spitzenlastzeiten nutzen zu können. Als Regelenergie wird die vom Netzbetreiber aufzuwendende Energie bezeichnet, die erforderlich ist, um Netzfrequenzabweichungen auszugleichen. Diese passieren, wenn mehr verbraucht wird, als die Grundlastkraftwerke gerade liefern. Dann muss kurzfristig zum Ausgleich Regelenergie bereitgestellt und abgerufen werden können, etwa aus Gaskraftwerken, Pumpspeicherkraftwerken, thermischen Kraftwerken – oder eben aus Energiespeichern. "Diese Herausforderung nehmen wir gerne an. Denn den größten Teil der Komponenten, Systeme und Lösungen, die für den Aufbau einer Infrastruktur zur Netzanbindung von Elektrofahrzeugen nötig sind, hat Siemens bereits heute in seinem Portfolio. Dazu gehören Schaltanlagen, Umrichter, Leit- und Steuerungstechnik, oder auch die Netzauslegung und SIPLINK als Netzkupplung und Ortsnetztransformatoren", stellt Manfried Kruska fest.
So neu all dies klingt, so gehen doch die Siemens-Innovationen weit zurück – das Elektroauto ist sogar älter als das Auto mit Verbrennungsmotor, das Carl Benz 1885/86 erfand: "Der Pionierwille unserer Ingenieure auf dem Gebiet der Elektromobilität hat eine mehr als 100-jährige Tradition", sagte der CEO von Siemens, Peter Löscher, auf der Hauptversammlung des Unternehmens im Januar 2009. "Denn bereits 1882 stellte Werner Siemens in Halensee bei Berlin das erste Elektromobil namens Elektromote vor. Allerdings sind die Chancen auf eine zunehmende Verbreitung von Elektro-Autos, zumindest im Stadtverkehr, heute ungleich höher als damals. Und der Pionierwille, Elektro-Autos mit innovativer Technik zum Durchbruch zu verhelfen, der treibt Siemens-Forscher und -Entwickler auch heute wieder an."
Klaudia Kunze
1 Die Energieversorger integrieren alle Energieformen – von fossil bis zu erneuerbar. Entsprechend flexibel und belastbar müssen die intelligenten Netze der Zukunft sein.
2 In öffentlichen Gebäuden und auf großen Parkplätzen wird eine Infrastruktur aus Ladestationen und Abrechnungsgeräten zur Verfügung gestellt.
3 Die Batterie des Elektroautos von morgen kann nicht nur Strom speichern, sondern bei Bedarf auch wieder ins Netz zurückspeisen. Mit internetfähigen Mobiltelefonen können künftig alle wichtigen Parameter wie bei einem intelligenten Stromzähler (Smart Metering) angezeigt werden.
4 Strom wird wie eine Aktie gehandelt, und jeder Fahrer eines Elektroautos kann kaufen oder verkaufen – je nach Preis des Stroms.
5 Das künftige Elektroauto ermöglicht völlig neue Fahrzeugkonzepte – ohne Bremse und Kupplung und mit neuen elektronischen Fahrerassistenzsystemen für Komfort, Entertainment und Sicherheit. Dienstleister könnten mit übergreifenden Standards Elektromobilität zu einem Gesamtpaket schnüren und anbieten. Der Fahrer bezahlt dann nicht fürs Auto, sondern für die gefahrenen Kilometer.