Große Stromtankstellen brauchen Energiemanagement

Das Aufladen eines Elektrofahrzeuges funktioniert mit einem leichten Handgriff: Stecker rein und warten bis die Batterie voll ist. Was für den Fahrer von E-Cars so einfach klingt, ist hinter den Kulissen weitaus komplizierter, vor allem, wenn mehrere Elektroautos gleichzeitig mit „Saft“ voll getankt werden sollen. An der größten Stromtankstelle Deutschlands, am Fraunhofer-Institutszentrum in Stuttgart, entwickeln Forscher derzeit ein intelligentes Stromnetz. Ihr virtuelles Modell für einen Elektro-Fuhrpark soll auf der Hannover Messe (7. bis 11. April) präsentiert werden.

Aber in dem Parkhaus des Fraunhofer-Campus spielt schon heute die Zukunftsmusik. Dort können bis zu 30 Elektrofahrzeuge Strom zapfen. 30 Wechselstrom-Ladestationen und eine Gleichstrom- Schnellladestation mit einer Leistung von 50 Kilowatt liefern die Energie für die Wagen. Ein Auto kann damit innerhalb von 20 Minuten vollgetankt werden. Wenn alle Zapfsäulen belegt sind, fließen bis zu 340 Kilowatt. Das entspricht in etwa 20 Prozent der Last des gesamten Institutszentrums in Stuttgart mit seinen 1 500 Mitarbeitern.

Das Tankstellennetz für Elektroautos wird dichter. In Deutschland kommt derzeit eine E-Ladestation auf zwei Stromer. Besonders in Großstädten und Ballungsräumen treiben Energieunternehmen den Ausbau voran. Über 2 000 E-Zapfsäulen sind hierzulande bereits installiert. „Die Anforderungen an die Stromtankstellen der Zukunft sind riesig und ohne ein intelligentes Lade- und Lastmanagement nicht zu meistern“, sagt Diplom-Ingenieur Hannes Rose vom Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO). Dabei stellen sich an den E-Fuhrpark-Betreiber Fragen, wie sich dieser technisch managen lässt: Wie kann die Anlage möglichst effizient betrieben werden? Wie lässt sich sicherstellen, dass es zu Spitzenlastzeiten nicht zum Kurzschluss kommt?

Bei der Entwicklung der Ladeinfrastruktur und eines Energiemanagements kooperiert das Fraunhofer-Institut mit der Daimler AG und der Universität Stuttgart. Das Trio setzt auf einen Mix aus erneuerbaren Energien. Ziel des Projekts ist ein sogenanntes „Micro Smart Grid“, ein kleines, intelligentes Stromnetz, das die komplette Fahrzeugflotte mit regenerativer Energie versorgt. 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 Gebäudes ein Lithium-Ionen-Batteriespeicher und eine Redox-Flow-Batterie eingebaut, um die Energie zwischenzuspeichern.

Das intelligente Netz arbeitet mit Gleichspannung, die auch von Photovoltaikanlagen und Batteriespeicher genutzt werden. Mit dem Energiemanagement können die Wissenschaftler das Micro Smart Grid vorab auslegen und verschiedene Szenarien wie unterschiedliche Wetterbedingungen durchspielen. Wind- und Photovoltaikanlagen erzeugen diskontinuierlich Strom, was nicht immer mit dem Strombedarf der Kunden übereinstimmt. Das Netz muss diese Schwankungen ausgleichen, das Risiko von Ausfällen nimmt zu. „Mit einer dezentralen Stromversorgung und durch Optimieren des Energiemanagements steuern wir diesem Risiko entgegen“, sagt Ingenieur Hannes Rose.