Mobil mit Strom Elektrofahrzeuge nehmen Fahrt auf Erfahrungsbericht eines Stadtwerks

Dr. -Ing. Thomas Schnepf

Gliederung

• Projekte rund um die E-Mobilität

• Ladeinfrastruktur in Karlsruhe

• Ladesäulen

• Betrieb der Ladesäule

• Ladevorgang

• Fahrzeuge

• Energie und Umwelt

• Förderprogramme

Visionen von heute sind die Innovationen von morgen

Verknüpfung MeRegio und MeRegioMobil

Einordnung der E-Fahrzeuge in die Welt von • Smart Metering, • Smart Home • Smart Grid

Aufgaben der Projektpartner bei MeRegioMobil

• Bosch: intelligente Ladestationen

• Daimler: E-Fahrzeuge für bidirektionales Laden

• Opel: E-Fahrzeuge für bidirektionales Laden

• EnBW: Projektleitung, Ladeinfrastruktur in Stuttgart, intelligentes Laden

& Abrechnen, Energiemanagement (Last- und

Lademanagement)

• Fraunhofer ISI: Geschäftsszenarien, Akzeptanzanalysen

• KIT: Demonstrationslabor, Simulation, Geschäftsszenarien

• SAP: Markt- und Diensteplattform

• SWK: Ladeinfrastruktur in Karlsruhe, Energiemanagement (Last- und

Lademanagement)

Weitere Projekte: Elektromobilität u.a.

• MeRegioMobil (Minimum Emission Region)

Entwicklung der Ladeinfrastruktur Aufbau eines intelligenten Lademanagements

• CROME: (CROss- border Mobility for EVs)

Weiterführen und Ausbau der geschaffene Ladeinfrastruktur aus MeRegioMobil

mit grenzübergreifendem Roaming zwischen Frankreich und Deutschland

• iZeus: (Intelligent Zero Emission Urban System )

Direktes Folgeprojekt von MeRegioMobil mit gleichen und weiteren assoziierten

Projektpartnern, u. A.

Stadtwerke am Oberrhein (Rastatt, Baden- Baden…..)

Ziele: Weiterer Ausbau Ladeinfrastruktur

- im halb- u. öffentlichen Bereich (z.B. Parkplätze, Tiefgaragen)

- Handelspartner (z.B. Einkaufszentren)

• Schaufensterprojekte Baden-Württemberg

z.B. RheinMobil: Grenzüberschreitender eMobiler Pendlerverkehr

• Verschiedene Projekte im Cluster Baden-Württemberg

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Auftrag für Software-Entwicklung:

Optimale Standorte für Ladesäulen

(Kriterien und Daten strukturieren) Datenbank

Gewicht

z.B.

Kriterien Daten Quelle

0,15 Aufenthaltsorte von

Elektrofahrzeughaltern

Projektpartner

Einwohner pro Stadtteil

Angemeldete Fahrzeuge

MEREGIOMobil

Statistisches

Jahrbuch

0,2 Arbeitsplätze Anzahl Betriebe und

deren Angestellte

IHK

Stadt KA

0,2 Orientierung an Parkhäusern

und Großparkplätzen

Parkleitsystem KA KA Homepage

0,15 Flächendeckung

(Geographie)

Grundlage der Stadt KA Street Map

0,1 Attraktive Orte

(Sportanlagen,

Einkaufszentren…)

Liste der großen

- Einzelhändler

- Freizeitzentren

IHK

KA Homepage

0,1 Abstimmung mit

Pendlerverhalten

Anzahl der Ein- und

Auspendler

Statistisches

Jahrbuch

0,1 Abstimmung mit

ÖPNV-Angebot

Liniennetz KA

Verkehrsknotenpunkte

KVV

DB Bahnhöfe

Kurzheckweg

Herzstraße

Blumentorstr.

Gritznerstr.

H.-Wittmannstr.

Gottesauerplatz

Herzstraße

H.-Leichtlinstr.

Hinterm Hauptbhf

Bahnhofstr.

H.Veit-Str.

Yorkstr.

Kaiserplatz H.-Thomastr.

Steinstr.

Kreuzstr. (P)

Luisenstraße(P)

Friedrichs-

Platz(P)

MeRegio Ladesäule

Parkpod Ladesäule

H.-Wittmannstr. Kaiserstr.

Pfannkuchenstr.

SWK-Gelände Daxlanderstraße

Englerstr.

Mackensenkaserne

Standorte Ladesäulen in Karlsruhe

Stand Oktober 2011

Einweihung der Natur-Stromladesäule

im Februar 2010 in der Friedrichsplatz-

Tiefgarage

Erste nutzbare Stromtankstelle in KA

Inbetriebnahme 1. öffentliche Ladesäule

Juni 2011 Gottesauer Platz

• Insgesamt 25 installierte Ladesäulen

in Karlsruhe

• 19 Ladesäulen Bosch

• 2 Ladesäulen Bosch mit Kléber

• 4 Ladesäulen Parkpod

• Zugang : 19 öffentlich

4 halböffentlich

2 privat

• Ladeleistung: 1 ~ phasig, 3 kW

3 ~ phasig, 22 kW

Ladesäulen - Infrastruktur

Ladeinfrastruktur

Öffentliches Laden

• an 19 öffentlich zugängliche Bosch-Ladesäulen (aus MeRegio-Mobil),

• Identifizierung mit RFID-Ladekarte

Halböffentliches Laden

• In 3 Parkhäusern an Bosch-Ladesäulen

• 3 Parkpod-Ladesäulen mit weiterer RFID-Karte

Privates Laden

• Laden zuhause an fast jeder Steckdose möglich,

• „Normal-Laden“ mit 3 kW (einphasig) an belastbaren Schuko-Steckdosen

• „Schnell-Laden“ mit bis zu 20 kW (ein- und dreiphasig) nur über spez. Ladestationen

Stromtankstellen

Bosch aus MeRegioMobil Projekt

Parkpod für spez. Gewerbe-Kunden

(Karlsruher Säulen- Hersteller)

Ladesäulentypen:

• Standsäulen als freistehende Säule für

Parkplätze

• Wallboxen als Hängesäule für

Parkhäuser (festgeschraubt an der

Wand)

• An den Ladesäulen können 2 Efz

gleichzeitig tanken, eines auf jeder Seite

die genutzt werden können

• Jeder Ladepunkt besteht aus einer

Schuko-Steckdose und aus einem

speziellen Auto-Stecker (Mennekes oder

Typ1)

Öffentliches Laden mit RFID- Karte

Tankvorgang starten:

• Freischalten mit der RFID-Karte an der Ladesäule

• Ladeklappe wird frei gegeben

• Ladeklappe öffnen

• Anschließen des Ladekabels

• Klappe schließen

• Ladevorgang beginnt

Tankvorgang beenden:

• Tankvorgang beenden mit RFID-Karte

• Ladeklappe wird frei gegeben

• Ladeklappe öffnen

• Stecker entfernen

• Ladevorgang ist beendet

• Anzeige des kWh-Verbrauchs

Steckersysteme

• Schuko- Stecker

• Typ1- Stecker

• Typ 2- Stecker

z.B. „Mennekes“

Privates Laden mit Heimladestationen

z.B. Homecharger mit oder ohne integriertes Ladekabel

Elektrofahrzeuge der Stadtwerke

Vorserienmodell

Prius Plug-in-Hybrid

- Reichweite elektrisch ca. 20 km

- mit Brenzin ca. 600 km

- elektrische Nachladung

durch Rekuparation oder

Netz Ladedauer 1-2 Stunden

Serienmodell

Smart ed (electric drive)

Reichweite elektrisch 80 - 120 km

Ladedauer 6-8 Stunden

Hybrid - eFahrzeuge

Mild-Hybrid-System: nur Bremsenergierückgewinnung genannt Rekuperation,

Fahren nur mit Verbrennungsmotor

Beispiele: Toyota Prius käufliche Version, Daimler S-Klasse, Porsche Panamera

Vollhybrid: i.d.R. Bremsenergierückgewinnung

Fahren mit Elektro- und / oder Verbrennungsmotor

Nachladung über Steckdose (Plug-in Fahrzeuge)

Beispiele: Toyota Prius - Plug-in (Vorserienmodell)

Range Extender: bedeutet Verbrennungsmotor treibt einen Generator an, welcher

die Batterie und den Elektromotor mit Strom versorgt

Beispiele: Opel Ampera

eFahrzeuge

reine Elektrofahrzeuge

Antrieb nur über Elektromotor und Batterie

Nachladung über Steckdose

Beispiele

Mitsubishi iMiev (Baugleich: Citroen u. Peugeot),

Smart eD, Tesla Roadstar, Mini

Besonderheiten

Trennung der Anschaffungskosten in Batterie-

Leasing und Fahrzeugkosten (z.B. Renault)

Elektro-Leichtbau-Fahrzeuge

Tazzari electric zero

Elemo SAM

Förderprogramme der SWK

E-Bikes/ Pedelecs

• Gefördert mit 200 kWh / a,

• für 2 Jahre

E-Roller / E-Motorräder

• Gefördert mit 400 kWh / a

• 2 Jahre lang

Rahmenbedingungen

• Gutschrift auf die Stromrechnung

• Hersteller- und Händlerunabhängig

Elektro-Autos

• 500 Euro pro Fahrzeug

• Ladekarte inklusive

Fördervoraussetzung: Bestand oder Neuabschluss eines Natur- Strom Vertrag

Gocycle

Vectrix VX-1

Sonstige Aktivitäten der SWK ( 1 ) Mobil mit Strom

am 18. Juni 2011 im Rahmen des Stadtgeburtstags 2011

am 23. Juni 2011 Mobilitätstag auf dem Stefansplatz

( 2 ) eMobilitätszentrum

Eröffnung im September 2011

• Gebäudeeigentümer Autohaus Lang

• Träger / Hauptmieter SWK

• Organisation / Veranstaltungen:

Wirtschaftsförderung Stadt KA

• Mieter:

Forschung wie KIT und

Fraunhofer-Institute

Regionale Firmen, u.A.

Orange-Bike , Elemo , Parkpod

Autohäuser Lang und Beier ,

SEW

Adresse: Automeile am Ostring

Heinrich-Wittmann-Str. 23

76131 Karlsruhe

(Geschäftsübliche Öffnungszeiten)

( 3 ) Runder Tisch E-Mobilität

Mitglieder:

regionalen Player aus dem Bereich der eMobilität

Vorsitz Erste BM Mergen

Ziele:

Synergien, Kooperationen, Netzwerke schaffen

Informationsplattform

Teilnehmer, u.A.: Stadt Karlsruhe,

Automotive Engineering Network (AEN)

Forschung wie KIT und

Fraunhofer-Institute

Regionale Firmen, u.A.

Orange-Bike , Elemo , Parkpod

CarMedieLab , SEW , Michelin

Bisher 3 Veranstaltungen: Fraunhofer-ICT (Eröffnung)

Michelin

E-Mobilitätszentrum

Zusammenfassende Bewertung der Ladeinfrastruktur (1)

- Technische Installation in einer Stadt eher unproblematisch

- Aber öffentliche Stellplätze sind mit den Stadtplanern abzustimmen

kann zu Komplikationen führen

!! Problematisch: Reservierte Parkplätze ohne Nutzung !!

- Netztechnisch gibt es in einer Stadt i.d.R. wenig Probleme

- Öffentliche Ladeinfrastruktur teuer (5.000 – 10.000 Euro pro Stück)

- Ohne nennenswerte Einnahmen

5 – 20 kWh höchstens

1 bis 5 Euro pro Ladevorgang für 1 bis 5 Stunden Ladedauer

zum Vergleich: Benzin 100 Euro in 5 Minuten

Zusammenfassende Bewertung der Ladeinfrastruktur (2)

- Die meisten Ladevorgänge erfolgen „zu Hause“

- Öffentliche Ladeinfrastruktur ist notwendig, aber

eher aus „psychologischen Gründen“ der Wahrnehmung

- kWh genaue Abrechnung derzeit aus eichrechtlichen Gründen nicht erlaubt

Abrechnung nach Zeit oder als Flat-Rate

- Verschiedene Steckersysteme ist ein grosses Problem

- Keine einheitlichen „Zugangssysteme“

Mein derzeitiger Favorit „Parken und Laden“

o Parkgebühr wird erhoben

o Zusätzliche Gebühr für zusätzliches Laden

o Nutzung der im Parkscheinautomat ohnehin vorhandenen Zahlsysteme

Induktives Laden

Vorteile (u.a.)

• Kein Ladekabel erforderlich

kein schmutzigen Hände

keine „Handlingsprobleme“

• An vielen Stellen installierbar

• Komfortables Nachladen

• Theoretisch auch im Verkehrsraum möglich, aber

Ladezeit an Ampeln viel zu kurz

1 Minute 0,0… kWh

Nachteile (u.a.) • noch höhere Infrastrukturkosten • z. Z. keine Serienfahrzeuge

• genormte Anbringung am Efz erforderlich • geringe Ladeleistung • Elektrosmog ?

Zusammenfassende Bewertung der E-Fahrzeuge

Vorteile (u.a.)

• Höherer Wirkungsgrad

Verbrennungsmotor <30 %

Elektromotor >85 %

• Energie-Rückgewinnung beim Bremsen

• Energiebeschaffung aus unterschiedlichen

Energiequellen

• keine Abgase aus dem Fahrzeug

keine Emissionen in der Stadt

• Geringere Feinstaubemissionen

• Geringere Lärmbelastung

Nachteile (u.a.)

• Batteriewirkungsgrad

• Batterielebensdauer

• Raumbedarf für Batterie

• Gewicht

• Ladezeit

• Kraftwerkswirkungsgrade

• Anschaffungskosten

Persönliche Wertung der E-Fahrzeuge

Efz müssen „Er-Fahren“ werden

Dazu reicht es nicht einmal um den Block zu fahren, mindestens mehrere Tage

Handling reiner Elektrofahrzeuge für den Privatgebrauch rel. kompliziert

Für einen Flottenbetreiber mit geregelten Arbeitszeiten eher unproblematisch

Im Privatbereich Eignung allenfalls als Zweit- eher Drittfahrzeug

Für Flottenbetreiber ist der Einsatz von Efz eher eine Kostenfrage

Persönliche Prognose:

Plug-In Hybrids vereinen die Vorteile von Kfz und Efz, z.B.

- Geringere Kosten und Gewichte für die Batterien

- Emissionsfrei in der Stadt

- Keine Beschränkung der Reichweite über Land

Plug-In Hybrids werden zunächst den Markt durchdringen

Die Frage ist nur welches Prinzip sich durchsetzt (z.B. Range Extender, el. Reichweite)

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit

Dr. Thomas Schnepf, Stadtwerke Karlsruhe GmbH

Efz - Energiebereitstellung - Fakten und Hintergründe

Dr. Thomas Schnepf, Stadtwerke Karlsruhe GmbH

150,6; 23%

148,8; 23%

124,6; 20%

86,7; 14%

9,2; 1%

92,7; 15%

24,6; 4%

Braunkohle

Kernenergie

Steinkohle

Erdgas

Mineralölprodukte

Erneuerbare

Andere

Wo kommt der Strom für E-Fahrzeuge her ?

Strombeschaffungsstruktur in Deutschland

Quelle: AG Energiebilanzen, Stand 18.12.2009, Angaben vorläufig, z. T. geschätzt

Das Angebot an Erneuerbaren Energien ist derzeit noch (sehr) beschränkt

Regenerative Energieerzeugungsanlagen in Karlsruhe

Anzahl der Anlagen in Karlsruhe, Stand August 2008

423 Photovoltaik-Anlagen (4,5 MWpeak)

- Solarpark I: 840 kWpeak, 10 Anlagen

- Solarpark II: ca. 500 kWpeak, 6 Anlagen

- Sonnendach SWK-Verw.: 50 kWpeak

- ZKM: 100 kWpeak,

Gleichstrom für Straßenbahn

- sonstige private und gewerbliche

Deponiegasverwertung-West - 3 BHKWs, je 375 kWel

- Abwärmenutzung für

Straßenbahndepot

Deponie Ost - Deponie- und Biogasverwertung

- Restholzkessel, 2 MWtherm

- Abwärmenutzung für ein Wohngebiet

2 Wasserkraft-Anlagen - Appenmühle, max. 40 kW

- Obermühle, max. 45 kW

5 Windkraft-Anlagen - Hofgut Maxau, 110 kW

- Deponie West,

2 x 750 kW, 1 x 1.500 kW

- Schule Kleinanlage

ZKM-

Anlage

Wirkungsgrade und Verluste von E-Fahrzeugen

(= mittl. eff. Arbeitsdruck des Motors)

Vergleich Elektromotor mit Verbrennungsmotor

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Anteil Regenerativer Energien [%]

Pri

mä

ren

erg

iev

erb

rau

ch

[k

wh

/10

0 k

m]

10 l / 100 km Kfz

8 l / 100 km Kfz

6 l / 100 km Kfz

30 kWhel/100 km Efz

20 kWhel/100 km Efz

10 kWhel/100 km Efz

Umweltrelevanz von E-Fahrzeugen

0 10 25 50 75

100

ungefährer Anteil heute

große Efz oder Kfz im Stadtverkehr

kleine Efz

Hauptproblem: Batterie

Heutige Technologie: Lithium-Ionen-Technik

• Entwickelt für Kleinverbraucher wie Photos und Laptops

• Teuer, Rohstoffe teilweise knapp

• Kapazität 2 bis 4 x Blei-Gel oder vergleichbare Technologien

• Benzin oder Diesel > >10 bei …..

bei entsprechendem Gewicht und Bauvolumen

Neuentwicklung: Redox-Flow Technologie des FhG-ICT

• elektrische Energie in Flüssigkeiten (Elektrolyte) gespeichert

• Ionenaustausch über Membran (trennt Kreisläufe)

• Elektrolyte werden außerhalb der Zelle in getrennten Tanks gelagert

Energiemenge und Leistung unabhängig voneinander skalierbar

• Nachladung extern möglich einfacher Austausch der Flüssigkeiten

• geringe Energiedichte (bis zu 70 Wattstunden Energie pro Liter)

zur Zeit nicht für mobile Zwecke geeignet, nur stationäre Anwendung