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Elektromobilität in Deutschland

Thema des Monats August 2011

Eine Million Elektroautos sollen im Jahr 2020 auf den Straßen Deutschlands unterwegs sein. Das sieht der „Regierungsplan Elektromobilität“ vor, den die Bundesregierung im Mai dieses Jahres verabschiedet hat. Um dieses Ziel zu erreichen, müssten nach einer Prognose der „Nationalen Plattform Elektromobilität“ (NPE), in drei Jahren etwa 100.000 und 2017 500.000 elektrische Fahrzeuge in Deutschland zugelassen sein. Auf die Hersteller von Elektrofahrzeugen und ihrer Komponenten sowie auf die Betreiber der Stromnetze kommen also zeitnah Herausforderungen zu.

Dominanz der Hybridfahrzeuge

Innerhalb der Kategorie der Elektroautos werden in neuen Jahren auf Deutschlands Straßen vor allem Hybridfahrzeuge dominieren. Unter dem Begriff wird eine Reihe von Fahrzeugtypen zusammengefasst, bei denen eine Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor für den Antrieb sorgt. Je nachdem, ob der Verbrennungsmotor die Hauptleistung liefert oder nur zur Unterstützung des Elektromotors eingesetzt wird, unterscheidet man zwischen parallelen, seriellen und Plug-in (Batterie am Netz aufladbar) Hybridfahrzeugen. Eine Meta-Studie des Wirtschaftsministeriums Baden-Württembergs und des Fraunhofer Instituts ermittelte für das Jahr 2020 einen weltweiten Anteil der rein batterieelektrisch betriebenen Fahrzeuge an allen Neuzulassungen von 2,58 Prozent. Hybridfahrzeuge würden dagegen 17,8 Prozente ausmachen, den Großteil des Marktes wird der Studie zufolge nach wie vor der reine Verbrennungsmotor einnehmen.



Durch die Elektromobilitätsoffensive in Deutschland aber auch ähnliche Initiativen in anderen Staaten wie beispielsweise Frankreich und China geht man bei Kabelhersteller Leoni von einer stark wachsenden Nachfrage nach Leitungen für die E-Autos selbst als auch die Ladeinfrastruktur aus, sagt Helmut Kalb, Vizepräsident der Geschäftsbereiches Elektromobilität. Dazu wird auch die Dominanz der Hybridfahrzeuge unter den E-Autos beitragen. In diesen bedarf es auf absehbare Zeit nämlich mehr Kabel als in anderen Autos, erklärt Kalb: „Zusätzlich zum konventionellen 12V-Bordnetz und zur Motorenverkabelung kommt ein Hochvolt-Kabelsatz für den elektrischen Antriebsstrang hinzu.“ Dagegen gehe man bei reinen E-Autos von einem gleichbleibenden oder reduzierten Leitungsbedarf aus, weil die Fahrzeuge kleiner und leichter gebaut werden müssten.


Bild 01: Die Ladung einer E-Auto-Batterie (30 kW) mit einem Normalladegeräten (Kapazität 3,7 kW) dauert acht bis zehn Stunden, bei einem Schnellladegerät (300 kW) etwa eine Stunde. (Siemens-Pressebild)

Hochvoltleitung als Kabellösung für E-Autos

Die Kabel, so Kalb, müssten bei allen Elektrofahrzeugen besonderen Anforderungen genügen: „Die Kabel werden bei Automobilanwendungen mit ungewöhnlich hohen Spannungen (600 Volt und mehr) betrieben, haben aufgrund des hohen elektrischen Leistungsbedarfs in der Regel große Querschnitte und müssen eine ausreichende Abschirmung gegen elektromagnetische Abstrahlung gewährleisten.“ Allerdings gebe es bisher kaum Standards für Kabel in E-Autos: „Die Leitungen sind noch weitgehend individuell auf die Anwendung dimensioniert.“ Eine vielversprechende Kabellösung seien Hochvoltkabel, sagt Kalb: „Für den Antriebsstrang – die Verbindung von Batterie zu Leistungselektronik und E-Motor – werden meist einadrige geschirmte Hochvoltleitungen mit großem Querschnitt (25 mm²) eingesetzt.“ Nebenaggregate würden meist mit mehradrigen geschirmten Mantelleitungen mit mittleren Querschnitten (4 mm²) versorgt.

Kein Netzausbau, aber Koordinierung erforderlich

Mit der Zunahme der Anzahl der Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen würde auch der Stromverbrauch in der Bundesrepublik steigen. Allerdings nur marginal, wie Torsten Wolf von der Siemens AG erklärt: „Die Energie, die zum Laden von einer Millionen Elektrofahrzeuge notwendig wäre, würde nicht einmal 0,5 Prozent der Stromerzeugung in Deutschland ausmachen.“ Sollten die Erneuerbaren Energien wie geplant ausgebaut werden – vorgesehen ist bis 2020 ein Ausbau um über 100 Milliarden Kilowattstunden Jahresleistung -, so könnte allein mit diesem Grünstrom 50 Millionen E-Autos versorgt werden, sagt Wolf: „Die Versorgung der Autos mit Strom aus Erneuerbaren Energien ist gesichert.“ Eine Studie des Verbands der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) in Zusammenarbeit mit Pricewaterhouse Coopers kommt zudem zu dem Ergebnis, dass ein Ausbau des Übertragungsnetzes bei einer Millionen zugelassenen E-Fahrzeugen nicht erforderlich ist: „Die Anforderungen an die Stromnetze durch die Elektromobilität sind gering im Vergleich zu denen durch den Ausbau regenerativer Energien.“


Spezialkabel von Leoni. Beim Thema Kabellösungen für Elektroautos setzt der Hersteller vor allem auf Hochvoltkabel. (Leoni AG)

Allerdings erfordern die Ladevorgänge Koordinierung. Sonst könnte es zu Überlastungen im Verteilernetz kommen, wie Siemens-Sprecher Wolf an einem Beispiel erläutert: Ein typischer Verteilernetztrafo einer Stadt leiste 630 Kilovoltampere (entspricht in etwa 630 kW) und versorge etwa 100 Haushalte. Heim-Ladegeräte für Elektrofahrzeuge hätten bis zu 22 kW Leistung. Würden 100 Ladegeräte gleichzeitig betrieben, so benötigten sie eine Leistung von 2200 kW – also mehr als das Dreifache der Verteiltrafo-Leistung: „Das Steuern der Ladeströme über die Leitwarte wird rasch unabdingbar, um nicht die Verteiltrafos und -netze in der Stadt neu auslegen oder erweitern zu müssen, wenn mit hohen Ladeleistungen hantiert wird.“, fasst Wolf zusammen. Die Lösung dafür heiße Smart Grid. Intelligente Netze versuchen, Lastspitzen in Nebenzeiten zu verschieben um das Netz gleichmäßiger auszulasten. Eine Leitwarte würde dabei zentral entscheiden, wann welches Auto geladen wird und damit unkontrolliertes Laden und eine Überlastung der Infrastruktur vermeiden.

Zukünftig sei es zudem denkbar, dass Elektroautos als Energiespeicher fungieren und Strom an das Netz zurückgeben. So eine Rückspeisung werde aber eher langfristig möglich sein, sagt Wolf: „Das sehen wir deutlich nach dem Jahr 2020.“ Das Verfahren sei technisch nicht trivial, um es anzuwenden, müssten bereits intelligente Netze bereit stehen.






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