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Elektromobilität, Materialien, Bionik, Medizintechnik, Erneuerbare Energien, Universität, Wissenschaft

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fraunhofer0214Das Tankstellennetz für Elektroautos wird enger. In Deutschland kommt derzeit eine E-Ladestation auf zwei Stromer. Besonders in Großstädten und Ballungsräumen treiben Energieunternehmen den Ausbau voran. Um 30 Elektroautos zeitgleich aufladen zu können, ist ein ausgeklügeltes Energiemanagement erforderlich. Für die bundesweit größte Stromtankstelle entwickeln Fraunhofer Forscher ein Micro Smart Grid. Dabei setzen sie auf einen Mix aus erneuerbaren Energien.

Über 2000 E-Zapfsäulen sind hierzulande bereits installiert. Die bundesweit größte Stromtankstelle befindet sich am Fraunhofer-Institutszentrum in Stuttgart: Im Parkhaus des Fraunhofer-Campus können bis zu 30 Elektrofahrzeuge Strom zapfen. 30 Wechselstrom-Ladestationen und eine Gleichstrom-Schnellladestation mit einer Leistung von 50 kW liefern die Energie. Damit kann ein Auto innerhalb von 20 min volltanken. Sind alle Zapfsäulen belegt, fließen bis zu 340 kW. Das entspricht in etwa 20 % der Last des gesamten Institutszentrums mit seinen 1500 Mitarbeitern. In ihrem Labor erproben die Forscher derzeit, wie sich E-Fuhrparks technisch managen lassen: Wie kann die Anlage möglichst effizient betrieben werden? Wie lässt sich sicherstellen, dass es zu Spitzenlastzeiten nicht zum Kurzschluss kommt? Wie muss ein intelligentes Stromnetz aufgebaut sein, um all diesen Anforderungen gerecht zu werden? Das mit der Daimler AG und dem Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart vorangetriebene Projekt heißt ‚charge@work‘ und beinhaltet die Forschung um Ladeinfrastruktur und Energiemanagement.

Ziel des Projekts: Ein Micro Smart Grid, sprich ein kleines, intelligentes Stromnetz, soll die Fahrzeugflotte mit Energie versorgen. Dabei setzen die Wissenschaftler ausschließlich auf regenerative Ressourcen: Im Lauf dieses Jahres werden am Institutszentrum eine Photovoltaik- und eine Kleinwindkraft-Anlage installiert, um den Fuhrpark zu betreiben. Zudem werden im Keller und auf dem Dach des IAO-Gebäudes ein Lithium-Ionen-Batteriespeicher sowie eine Redox-Flow-Batterie eingebaut, die Energie zwischenspeichern. Bei dem 30 m hohen Windrad handelt es sich um ein vertikales System mit einer Leistung von 10 kW, das nicht nach dem Wind ausgerichtet werden muss und günstig in der Anschaffung ist. Das Micro Smart Grid lässt sich autonom neben dem Netz des Energieversorgungsunternehmens (EVU) betreiben. Sollte die gespeicherte Energie nicht ausreichen, kann es mit dem Netz des EVU verbunden werden.

Das intelligente Netz arbeitet mit Gleichspannung. Sowohl Photovoltaikanlagen als auch Batteriespeicher nutzen Gleichspannung. Da bei der Umwandlung zwischen Wechsel- und Gleichstrom hohe Verluste entstehen, hat man sich entschieden, ein Gleichstromnetz zu konzipieren. Die Forscher bauen dazu nicht nur eine Software zum Energiemanagement auf sondern auch eine Simulationsumgebung. Mit deren Hilfe können sie das Micro Smart Grid vorab auslegen und verschiedene Szenarien wie unterschiedliche Wetterbedingungen durchspielen.

Im nächsten Schritt wollen die IAO-Forscher mit ihrem ‚lebendigen Labor‘ eine Testumgebung für Industriebetriebe, Systemanbieter, Stadtwerke, Kommunen und Verteilnetzbetreiber schaffen und das Potenzial der kleinen unabhängigen Netze ausloten: Im Innovationsnetzwerk Micro Smart Grid sollen in den kommenden zwei Jahren Interessierte die Möglichkeit erhalten, neuartige Konfigurationen und Betriebsstrategien zu erarbeiten. Am Fraunhofer Demonstrator können die Projektpartner ihre Hard- und Softwarekomponenten testen oder untersuchen, wie sich das Netz mit anderen Verbrauchern verbinden lässt, etwa um die Klimaanlage eines Gebäudes zu betreiben oder weitere Produktionsanlagen zu integrieren.
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