eMobiGrid stellt mobiles Gleichstromnetz für Elektrofahrzeuge in Erlangen vor

Das Verbundprojekt eMobiGrid hat am Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen seine Ergebnisse vorgestellt. Gut drei Jahre lang entwickelte ein Konsortium aus Forschung, Handwerksbetrieben und Industrie eine modulare Lade- und Energieinfrastruktur für die Elektromobilität. Herzstück ist ein mobiles Energiesystem im Abrollcontainer, das Fahrzeuge, Batteriespeicher und regenerative Quellen über ein gekoppeltes Gleichstromnetz verbindet. Auf der Abschlussveranstaltung wurden die bidirektionalen Energieflüsse live vorgeführt.

Ein Container als flexibles Gleichstromnetz

Das mobile Energiesystem verbindet elektrische Fahrzeuge, stationäre und mobile Batteriespeicher sowie regenerative Energiequellen über ein gekoppeltes Gleichstromnetz. Auf diese Weise sollen die Sektoren Strom und Verkehr enger verzahnt werden. Das Vorhaben trug den Titel „eMobiGrid – Entwicklung eines flexiblen DC-Netzes für die Elektromobilität“ und wurde im Rahmen der Förderrichtlinie Elektromobilität des Bundesministeriums für Verkehr unterstützt.

Die im Projekt entwickelte Infrastruktur ist modular aufgebaut und lässt sich skalieren. Sie ist speziell für gewerbliche, kommunale und industrielle Anwendungen gedacht. Bei der Abschlussveranstaltung am Fraunhofer IISB erhielten Vertreter aus Wirtschaft, Politik, Verwaltung, Wissenschaft und Presse Einblicke in die technologischen Lösungen. Im Mittelpunkt stand die Präsentation des eMobiGrid-Containers mit seinen bidirektionalen Energieflüssen.

Live-Vorführung mit Kleinbus und Gabelstapler

Ein Kleinbus, der zuvor für den Shuttleservice zwischen dem Erlanger Bahnhof und dem Fraunhofer IISB genutzt wurde, und ein Gabelstapler nahmen über den etablierten CCS-Ladestandard elektrische Energie auf und stellten sie anschließend wieder bereit. Gezeigt wurde außerdem die Rückspeisung von Energie aus den Fahrzeugbatterien in einen stationären Speicher. Die dort gespeicherte Energie wurde danach innerhalb des Gesamtsystems genutzt. Auf einem Großbildschirm visualisierten die Projektpartner die Energieflüsse zwischen Gleichstromnetz, Speichern und Verbrauchern. Die grundsätzliche Funktionsweise eines sektorgekoppelten Energiesystems wurde damit für die Gäste nachvollziehbar.

Technische Bausteine für lokale Gleichstromnetze

Im Projekt entstanden mehrere technische Bausteine für die Energieversorgung der Elektromobilität. Dazu zählen Leistungselektronik mit halbleiterbasierter Isolation, intelligente Messsysteme, modellprädiktive Regelungsstrategien für lokale Gleichstromnetze und eine vorausschauende Steuerung der Energieflüsse. Ein Prognoseverfahren soll volatile Quellen besser nutzbar machen; untersucht wurde auch deren Einbindung in netzdienliche Betriebsstrategien.

Nach Angaben der Projektpartner lassen sich mit diesen Entwicklungen vorhandene Netzkapazitäten effizienter nutzen, wenn lokale Erzeuger, Speicher und Verbraucher wie Photovoltaikanlagen und elektrifizierte Nutzfahrzeuge zusammenspielen. Das Zusammenspiel soll den Anteil erneuerbarer Energien in der Elektromobilität erhöhen und die Netzintegration elektrischer Fahrzeuge stärken. Der Verbund ordnet das Vorhaben als Beitrag zu einer sicheren, resilienten und nachhaltigen Energieinfrastruktur ein sowie als Verbindung von Energie- und Verkehrswende.

Einsatzfelder abseits der klassischen Ladeinfrastruktur

Der Container soll den schnellen und flexiblen Aufbau von Energie- und Ladeversorgung dort ermöglichen, wo kurzfristig oder strukturell niederschwelliger Bedarf besteht. Als Einsatzfelder nannten die Projektpartner Gewerbebetriebe mit begrenzter Netzinfrastruktur, Baustellen mit hohem Leistungsbedarf, Großveranstaltungen sowie die Versorgung kritischer Systeme. Auch für Unternehmensflotten, Logistikstandorte und kommunale Anwendungen ergeben sich aus den Ergebnissen neue Perspektiven, weil Nutzfahrzeuge künftig zeitweise als mobile Energiespeicher zur Verfügung stehen und nicht allein Strom aufnehmen. Bidirektionale Energiekonzepte lassen sich nach Darstellung des Verbunds damit auch für gewerbliche und industrielle Anwendungen nutzen und bleiben nicht auf Pkw beschränkt.

Durch offene Standards wie CCS lässt sich das System an unterschiedlichen Standorten einsetzen und in bestehende Energieinfrastrukturen einbinden. Dank Inselnetzfähigkeit und einer auf dem Dach installierten PV-Anlage kann der Container nach Angaben der Projektpartner auch in abgelegenen Regionen oder bei ausgefallener Energieversorgung autark betrieben werden. Versorgt wird er dann vor Ort durch mobile Energieträger wie bidirektional einsetzbare E-Fahrzeuge, Wasserstoff-Lkw oder lokale Erzeugungsanlagen. Angesichts des wachsenden Anteils von E-Fahrzeugen im Katastrophenschutz und der sich verändernden klimatischen und geopolitischen Lage erwarten die Projektpartner, dass die Lösung in naher Zeit zu einem wesentlichen Bestandteil der Energieinfrastruktur wird.

Sprung von TRL 2 auf TRL 7 in 40 Monaten

Für das Vorhaben nennt der Verbund einen Technologiesprung von TRL 2 auf TRL 7 innerhalb von 40 Monaten. TRL steht für Technology Readiness Level, eine Skala zur Reife technischer Entwicklungen. Für eine vergleichbare Entwicklung seien in Europa bislang zehn oder mehr Jahre üblich, teilt das Konsortium mit. Die Zusammenarbeit von Forschungseinrichtungen, Handwerksbetrieben und Industriepartnern habe es ermöglicht, Technologien unter realen Bedingungen zu erproben und damit die Grundlage für eine künftige Anwendung in Wirtschaft, Infrastruktur und Mobilität zu schaffen.

Stimmen aus Ministerium und Konsortium

Dr. Claudia Elif Stutz, Staatssekretärin im Bundesministerium für Verkehr und Gastrednerin der Abschlussveranstaltung, hebt die Flexibilität des mobilen Energiesystems hervor: „eMobiGrid zeigt, wie wir Ladeinfrastruktur auch dort voranbringen können, wo die Netzkapazitäten begrenzt sind. Mit intelligenten Lösungen lässt sich vorhandene Infrastruktur besser nutzen und Elektromobilität zuverlässig in den Alltag integrieren.“

Bernd Zeilmann, Geschäftsführer der konsortialführenden Richter R&W GmbH, verweist auf das Tempo der Entwicklung: In nur drei Jahren habe das Verbund-Team erreicht, wofür in Europa sonst oft ein Jahrzehnt gebraucht werde. Mit Blick auf geopolitische und klimatische Herausforderungen fordert er, Elektrifizierung und Resilienz der Sektoren Strom, Verkehr und Wärme konsequent zu beschleunigen.

Wer am Projekt beteiligt war

Zum Konsortium gehören die Richter R&W Steuerungstechnik GmbH als Konsortialführer, der Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik (MRT) der Universität Bayreuth, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, die EnQS GmbH und die eCharge Hardy Barth GmbH. Die Richter R&W Steuerungstechnik GmbH ist ein mittelständisches Unternehmen mit Erfahrung in Anlagen- und Steuerungstechnik und arbeitet in Normungs- und Standardisierungsgremien mit. Der Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik der Universität Bayreuth forscht unter anderem an automatisierungstechnischen Lösungen für elektrische Energiesysteme. Das Fraunhofer IISB entwickelt in seiner Abteilung „Intelligente Energiesysteme“ Technologien in der Leistungselektronik und engagiert sich bei nationalen und internationalen Standards, insbesondere für Niederspannungs-Gleichstromnetze und bidirektionales Laden.

Die EnQS GmbH bietet Services im Bereich Testing sowie Prototypen- und Softwareentwicklung an und berät Kunden zu Energie- und IoT-Systemen. Die eCharge Hardy Barth GmbH liefert Ladesysteme und Infrastruktur für die Elektromobilität sowie Lösungen für intelligentes Energiemanagement. Gefördert wurde eMobiGrid im Rahmen der Förderrichtlinie Elektromobilität des Bundesministeriums für Verkehr. Nach Angaben des Ministeriums lag die Unterstützung bei rund drei Millionen Euro.