SIEMENS

Noch vor fünf Jahren war die Vorstellung, dass im Jahr 2020 Hunderttausende von Elektroautos über Europas Straßen rollen, nur ein visionäres Szenario. Kaum jemand glaubte daran, dass die alte Idee vom Fahren mit Strom so schnell im großen Stil in die Tat umgesetzt werden könnte. Doch die Zeiten haben sich geändert: Das Elektroauto wird nun mit Hochdruck reif für den Alltagseinsatz gemacht – und gleichzeitig wird seine Energiequelle, das Stromnetz, in Teilen neu erfunden (siehe Artikel „Elektroauto im Smart Grid“, Pictures of the Future 2/2009). Es sind vor allem zwei europäische Regionen, die mit Siebenmeilenstiefeln in die elektromobile Zukunft eilen – Dänemark und die deutsche Harz-Region. Beide beziehen einen Großteil ihres Stroms aus regenerativen Energien, vor allem aus Wind. In Dänemark sind es 20 Prozent, im Harz inklusive einiger Biogas- und Solarstromanlagen sogar 50 Prozent Ökostrom. Damit haben beide Regionen häufig dasselbe Problem: zu viel Windenergie.

Wenn die Turbinen bei Starkwind richtig in Fahrt kommen, bringen sie es mitunter auf über 100 Prozent des Strombedarfs in der Region. Damit das Netz nicht überlastet wird, werden dann die Anlagen im Harz zum Leidwesen der Betreiber abgestellt. Die dänischen Energieversorger sind dagegen verpflichtet, auch das Zuviel an Windstrom abzunehmen. Sie müssen die Energie dann an die europäischen Nachbarn abführen und dafür auch noch Leitungsgebühren zahlen – und das Problem dürfte sich verschärfen, denn der Anteil des Windstroms steigt, sowohl im Harz als auch in Dänemark, wo man 2025 rund 50 Prozent des durchschnittlichen Strombedarfs erreichen will.

Abhilfe könnte das Elektroauto schaffen, das sich zu einem idealen Speicher für schwankende Strommengen mausern könnte. Bei Starkwind sollen Tausende von Fahrzeugen vor allem nachts ihre Batterien aufladen. Bei Flaute wiederum könnten sie den Strom zu höheren Preisen zurück ins Netz speisen. Eine charmante Idee, aber ist sie auch realisierbar? Wie können Elektroauto und Stromnetz zuverlässig kommunizieren, wie lassen sich Fahrzeuge schnell und sicher laden, wie soll die Stromverrechnung funktionieren? Zwei große Kooperationsprojekte in Dänemark und im Harz sollen Antworten liefern – nicht zuletzt mit Hilfe von Siemens-Experten.

Etwa am Forschungszentrum Risø der Dänischen Technischen Universität (DTU), unweit des berühmten Wikingermuseums am Roskilde-Fjord. Hier gibt es Windräder, Solarstromanlagen, eine Trafostation und eine containergroße Flüssigbatterie, basierend auf Vanadium-Ionen. Als Energieverbraucher sind Elektroheizungen in den Bürogebäuden zugeschaltet, außerdem Hybridautos und mehrere kleine Batterien, die weitere Fahrzeuge simulieren. Damit verfügt das Forschungszentrum über ein Stromnetz en miniature, mit dem sich das Zusammenspiel der Komponenten gut testen lässt.

Risø ist Heimat des dänischen Kooperationsprojektes EDISON, „Electrical Vehicles in a Distributed and Integrated market using Sustainable energy and Open Networks“, das als erstes Projekt dieser Art weltweit einen Fahrzeugpool an die Steckdose bringen soll. Der Praxistest wird 2011 auf der Insel Bornholm starten. „Wir beschäftigen uns vor allem mit der Frage, wie man Elektrofahrzeuge schnell, sicher und effizient laden kann“, sagt Sven Holthusen, bei Siemens im Sektor Energy zuständig für das EDISON-Projekt. So analysieren Holthusen und seine Kollegen, wie das Auto an unterschiedlichen Ladestationen aufgeladen werden kann oder wie Batterien in großer Zahl gleichzeitig Strom tanken können.

Holthusen weiß, dass das Elektroauto erst dann wirklich attraktiv sein wird, wenn es größere Reichweiten überbrücken kann und sich innerhalb weniger Minuten laden lässt. Derzeit werden Elektrofahrzeuge üblicherweise mit einer Leistung von 11 Kilowatt (kW) gespeist. Bei einer typischen Batterie mit 25 Kilowattstunden (kWh) Speicherkapazität dauert eine volle Beladung also gut zwei Stunden. Lädt man mit höherer Leistung, verringert sich die Tankzeit. Die Forscher um Holthusen entwickeln daher eine Technik, die mit 120 kW lädt und so die Ladezeiten auf wenige Minuten verkürzt. Dafür sind Ladeströme von bis zu 300 Ampere bei fast 400 Volt Wechselspannung nötig, was der Anschlussleistung von fast 20 Haushalten entspricht.

„Beim Wechselstrom ist die Wärmeentwicklung beim Laden eine der derzeit größten Herausforderungen“, sagt Holthusen. Er testet sowohl Laderegler, die im Fahrzeug sitzen als auch solche, die außerhalb an der Ladestation angebracht sind. Laderegler im Auto haben den Vorteil, dass die Technik nicht in Stromzapfsäulen eingebaut werden muss, was die Kosten für die Infrastruktur verringert. Zudem regelt sich jedes Fahrzeug mit der für seinen Batterietyp optimierten Bordtechnik selbst. Bei externen Reglern hingegen kann man die Wärme besser abführen und damit höhere Ladeleistungen realisieren.

Noch weiß niemand, welche Ladetechnik sich durchsetzen wird. Siemens treibt daher in den Elektromobilitäts-Teams „Inside Car“ und „Outside Car“ unterschiedliche Techniken parallel voran. Entwickelt und getestet werden hier Komponenten, die im Auto verbaut werden und Technik, die man für das Netz braucht. Holthusen hat dabei auch den Gleichstrom im Blick, denn damit lässt sich eine Batterie ganz ohne Laderegler im Fahrzeug betanken. „Allerdings ist Gleichstrom gefährlicher, vor allem weil er sich wegen der im Kurzschlussfall entstehenden Lichtbögen nicht mit den üblichen Wechselstromsicherungen kontrollieren lässt.“ Sven Holthusen arbeitet deshalb auch an neuen sicheren Ansätzen für eine Gleichstromversorgung.