Energiekonzepte für die Mobilität von morgen

Energiekonzepte für die Mobilität von morgen

Die deutsche Energielandschaft steht vor großen Herausforderungen. Auf der einen Seite werden sukzessive Kraftwerke auf Basis fossiler Energieträger im suburbanen und ländlichen Raum durch dezentrale und fluktuierende Energieerzeuger, wie etwa Photovoltaik oder Windkraftanlagen, substituiert. Andererseits muss der Verkehrssektor eine eigene Energiewende durchlaufen, um den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Verkehr trägt etwa 20% zu den weltweiten Emissionen von Treibhausgasen bei. Auch Feinstaubbelastung, Lärm und Flächenverbrauch sind die Folgen der Massenmotorisierung. Vor allem in Zeiten von Dieselfahrverboten und Dauerstaus auf städtischen Straßen und Autobahnen, muss Mobilität daher neu gedacht werden.

Neue Mobilitätsarten, wie Carsharing, E-Scooter oder Ridesharing, verändern schon heute die Stadtbilder und Mobilitätsverhalten. Forschung und Entwicklung reichen aber noch weiter und sehen mit autonomen Fahrzeugen und Hochgeschwindigkeitsverkehrssystemen wie der Hyperloop neue Formen der Fortbewegung vor. Egal welche neuen Mobilitätsangebote sich in Zukunft durchsetzen, das Thema des Antriebs wird relevant bleiben. Um Optimierungs- und Kopplungspotenziale zu schaffen, müssen die Sektoren Energie und Verkehr zusammenwachsen. Der Schlüssel hierfür ist die digitale Vernetzung von Menschen, Gegenständen und Infrastruktur.

Sektorenkopplung in der Praxis

Eine wichtige Stellschraube für die Schaffung von Synergien zwischen Energie und Verkehr sind Elektrofahrzeuge. Bei fortschreitender Marktdurchdringung von E-Autos können diese als Zwischenspeicher für Überschüsse im Stromnetz genutzt werden. Anstatt in Zeiten des Stromüberschusses die Erzeugung von Solar- oder Windenergie einzustellen, kann der generierte Strom in Elektrofahrzeugen zwischengespeichert werden. Die Batteriespeicher der elektrischen Fahrzeuge spielen dabei die entscheidende Rolle bei der Bereitstellung dieser Flexibilitätsoption. Die im Einsatz befindlichen Batteriespeicher stellen damit eine Form der dezentralen Energiespeicherung dar, die in einem virtuellen Speicher gebündelt wird. Hierbei sind Geschäftsmodelle denkbar, bei denen Kunden für das Parken ihrer Fahrzeuge – und somit der Bereitstellung ihrer Batteriekapazität – vergütet werden. Erste Pilotprojekte solcher Vehicle-2-Grid-Ansätze wurden bereits in Dänemark gestartet. Mittelfristig könnten Elektrofahrzeuge auf diese Weise zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen.
Elektromobilität geht jedoch weit über das E-Auto hinaus. Es ist zu erwarten, dass auch völlig neue Mobilitätsformen mit alternativen Antrieben die Mobilität von morgen prägen – mit eigenen Anforderungen an die Energiewende: Hyperloops beispielsweise werden das Stromnetz durch hohe und lange Lastspitzen beanspruchen.

Darüber hinaus spielt die Art der Stromerzeugung für die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen eine entscheidende Rolle. Heute werden E-Fahrzeuge vor allem aus dem deutschen Strommix gespeist. Mit steigender Marktdurchdringungsquote wächst aber auch die Notwendigkeit, den Anteil der erneuerbaren Energien zu steigern. Viele private Haushalte gehen bereits mit gutem Beispiel voran und nutzen den hauseigenen Solarstrom, um ihr Fahrzeug zu laden. Auf Industrielevel sind die Potenziale jedoch noch weitaus größer: So generieren Industrie- oder Chemieparks oft große Mengen an Abwärme, die in Strom umgewandelt werden könnten.

Der flächendeckenden Akzeptanz der Elektromobilität steht aktuell mitunter noch die „Reichweitenangst“ im Weg. Eine Lösung hierfür könnten, insbesondere bei der Langstreckenmobilität, Straßen mit induktiven Ladeeinrichtungen sein. Diese würden faktisch eine unbegrenzte Reichweite liefern. In Verbindung mit integrierten Photovoltaik-Einheiten in der Straße, wäre so eine dauerhafte und nachhaltige Bereitstellung von Strom möglich. Um diese Vision zu verwirklichen, sind jedoch noch erhebliche Infrastruktur-, sowie Entwicklungsmaßnahmen bei den Fahrzeugen notwendig.

Neben der batterieelektrischen Elektromobilität gewinnt Wasserstoff als Energieträger zunehmend an Bedeutung. Hiervon profitieren insbesondere die Langstreckenmobilität sowie energieintensive Fahrzeuge wie etwa LKWs oder große Transportfahrzeuge. Der dafür benötigte Wasserstoff muss zur nachhaltigen Herstellung durch Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt werden. Dieser Zwischenschritt ist aber nur dann rentabel, wenn günstiger Strom zur Verfügung steht.

Für den wasserstoffbasierten Individualverkehr sowie für Wasserstoffzüge, können Elektrolyseeinheiten in Verbindung mit Windparks Wasserstoff an zentralen Knotenpunkten in ganz Deutschland herstellen und verteilen. Im windreichen Norden wird dieses Konzept bereits umgesetzt. Dort haben Windparks, die nach 20 Jahren Laufzeit keine EEG-Vergütung mehr erhalten, mit Betreibern von Elektrolyseanlagen Power-Purchase-Agreements (PPAs) geschlossen und sich so eine neue, sichere Vermarktungsmöglichkeit für ihren Windstrom gesichert. Zudem können weitere Windkraftanlagen der Elektrolyse zugeschaltet werden, wenn sie eigentlich aufgrund eines Netzengpasses abgeschaltet werden müssten.

Die Grafik zeigt, eine Übersicht verschiedener Energiekonzepte, die bei der Mobilität in Zukunft eine tragende Rolle einnehmen könnten.

Digitalisierung als Enabler einer nachhaltigen Verkehrswende

Neben alternativen Antriebstechnologien wird zukünftig auch die intelligente Verkehrssteuerung eine tragende Rolle bei der Mobilitätswende spielen. Vernetzte Verkehrsteilnehmer tragen zu einer effizienteren und nachhaltigeren Steuerung des Verkehrs in Großstädten bei. Ein spannender Anwendungsfall für die Kombination aus Elektromobilität und intelligenter Verkehrssteuerung ist die optimale Routenplanung von E-Fahrzeugen gemäß ihrer noch vorhandenen Reichweite auf Basis verschiedener Einflussfaktoren wie Wetter, Stau oder Straßenverhältnissen. So ermöglicht es die Smart City, den Fahrer eines E-Fahrzeugs rechtzeitig darauf hinzuweisen, wenn die Reichweite bei gegebener Verkehrslage nicht mehr bis zum Ziel ausreichen wird. In diesem Fall könnte das System automatisch eine Ladesäule reservieren und die Weiterfahrt mit geeigneten öffentlichen Verkehrsmitteln planen.

Hierfür muss die Kommunikation der Fahrzeuge mit der Ladeinfrastruktur gewährleistet werden. Parameter wie Batteriestand, Ladedauer und geplante Abfahrtszeit müssen in die netztechnischen Optimierungssysteme der Stromnetzbetreiber gelangen, um den Ladevorgang für alle Stakeholder so effizient und komfortabel wie möglich zu gestalten. Nur so können neuartige Geschäftsmodelle wie die Vermarktung der Batterieflexibilität oder das strompreisgetriebene Laden der Fahrzeuge für die Akteure der Energiewirtschaft effizient implementiert werden. Die ISO 15118 schafft hierfür den ersten Vorschlag einer zukünftigen Gesetzesnorm.

So kann durch Mobilität ein Beitrag zur Netzausbauvermeidung und zu einer insgesamt gesteigerten Energieeffizienz geleistet werden: Mobilität wird Teil einer großen, vernetzten Smart City.

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