Batterien für die Mobilitätswende: Wie die Forschung das Projekt Electric City in Rüsselsheim unterstützt

Yannic L. Keßler

Von Yannic L. Keßler

Elektromobilität ist in aller Munde. Auch in Rüsselsheim am Main, das über das Projekt CLEVER – Electric City (Electric City Rüsselsheim – Hochschule RheinMain hs-rm.de), gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Förderkennung:01MZ18008B, unter anderem rund 1800 öffentliche und somit frei zugängliche Ladepunkte im Stadtnetz installiert. Im Rahmen dieses Projekts forscht die Hochschule RheinMain (HSRM), unter anderem unterstützt von den Stadtwerken Rüsselsheim, an der lokalen Umsetzung der Energie- und Mobilitätswende. Hierbei untersuchen wir, welche Auswirkungen ein großes Angebot an Ladepunkten auf die Netzkapazität hat, welche Möglichkeiten es gibt, erneuerbaren Strom in Batterien zu speichern und wie das Stromnetz der Stadt zukünftig aussehen muss. Wir stellen aber auch erste Ansätze für Lösungen vor, wie eine sichere und nutzungsfreundliche Ladeinfrastruktur in der Stadt aussehen kann.

Warum ist die E-Mobilität der Weg in eine nachhaltige Zukunft?

Elektromobilität ist sehr unterschiedlich: Es gibt beispielsweise batterieelektrische Fahrzeuge und wasserstoffelektrische Fahrzeuge. Beide Technologien gehen Hand in Hand und sollen auch zukünftig eine nachhaltigere Mobilität ermöglichen. Aktuell sind batterieelektrische Fahrzeuge, unterteilt in Plug-In Hybride und vollelektrische Fahrzeuge, stärker verbreitet. Diese weisen einen sehr hohen energetischen Wirkungsgrad auf und sind – vorbehaltlich einer nachhaltigen Stromversorgung! – nahezu CO2-neutral im Betrieb.

Die Anschaffung solcher Fahrzeuge wird zurzeit von der Bundesregierung mit einer Innovationsförderung von bis zu 9570 Euro gefördert und das Angebot der Fahrzeuge wächst täglich. Für viele Menschen, insbesondere ohne eigene Lademöglichkeiten zuhause, ist der Umstieg auf ein E-Auto aber teilweise mit Ungewissheiten und Unsicherheiten verbunden. Fragen, wo das Fahrzeug geladen werden soll und wo der benötigte Strom herkommen soll, sind hier nur zwei Beispiele, die die Menschen beim Thema E-Mobilität beschäftigen.

Personen mit Eigenheim und eigenem Stellplatz könnten sich bis vor Kurzem sogar die hauseigene Ladesäule fördern lassen. Eine optimale Symbiose stellt sich mit einer eigenen Photovoltaikanlage ein, die (überschüssigen) Strom direkt und nahezu kostenneutral in das Elektroauto speist.

Um jedoch mehr Menschen für die Mobilitätswende zu gewinnen, ist es notwendig, auch für Personen ohne eigene elektrifizierte Stellfläche eine verfügbare, zuverlässige und kostengünstige Lademöglichkeit zu schaffen. Doch wie könnten solche Lademöglichkeiten aussehen.

Was tut die Stadt Rüsselsheim zur Ermöglichung der Elektromobilität?

Die Hochschule RheinMain und die Stadt Rüsselsheim am Main sowie ihre Projektpartner:innen haben diese Probleme frühzeitig erkannt. Gemeinsam forschen sie daran, diese Fragen zu beantworten, indem sie Kapazitäten testen, Ladestationen aufstellen und deren Nutzung analysieren. Ziel ist es, eine öffentlich zugängliche Ladeinfrastruktur im Stadtgebiet aufzubauen, um auch zukünftige steigende Bedarfe an Ladepunkten langfristig zu decken. Zu diesem Zweck wurde das Projekt CLEVER – Electric City 2018 als Teil der Sauberen Luft Initiative der Bundesregierung ins Leben gerufen.

Welchen Beitrag leistet das Projekt Electric City?

Die Projektpartner:innen und die Hochschule RheinMain arbeiten im Projekt CLEVER – Electric City daran, den Verkehrswandel in der Praxis in Rüsselsheim voranzutreiben. Im Zuge des Projekts werden mehr als 1800 öffentliche und somit frei zugängliche Ladepunkte im Stadtnetz von Rüsselsheim installiert, was aktuell etwa dem Stand der Stadt München entspricht. Parallel zum Ausbau werden die Auswirkungen auf das Stromnetz durch den Fachbereich Ingenieurwissenschaften der HSRM untersucht. Auf dem Gelände der Hochschule werden dazu zwei stationäre Batteriespeicher aufgestellt, um das Netz zu stabilisieren und eine Speicherung von erneuerbarer Überschussenergie zum Ausgleichen von Lastspitzen zu erreichen.

Neben der Aufstellung der Batteriespeicher durch Prof. Dr. Birgit Scheppat und Prof. Dr. Wilfried Attenberger erfolgt eine detaillierte Netzsimulation durch Prof. Dr. Volker Pitz. Gleichzeitig befragen Prof. Dr. Matthias Kowald und sein Team vom Fachbereich Architektur und Bauingenieurwesen die Menschen in Rüsselsheim und der Umgebung, was aus deren Sicht zum Gelingen der Mobilitätswende notwendig ist. In Summe beschäftigen sich rund zehn Wissenschaftler:innen sowie studentische Kräfte mit der Umsetzung der Forschungsschwerpunkte im Projekt CLEVER – Electric City.

Was sind stationäre Batteriespeicher und wie können diese das Netz entlasten?

Ich selbst beschäftige mich als wissenschaftlicher Mitarbeiter unter anderem mit den stationären Batteriespeichern. Das sind ortsfeste, zumeist größere Batterien, die dazu genutzt werden können, das Netz zu entlasten. Sie sind äquivalent zu den Speichern für private Photovoltaik-Anlagenbetreiber:innen zuhause, nur deutlich größer, und können somit viel schneller große Mengen an Strom aufnehmen oder abgeben. Hierbei spielen, anders als bei den mobilen Anwendungen wie beispielsweise im Auto, das Gewicht oder die Größe nur eine untergeordnete Rolle. Aus diesem Grund eignen sich hier beispielsweise so genannte Second-Life-Batterien. Nach einem Lebenszyklus innerhalb eines Fahrzeugs können diese zur Stabilisierung und zum Ausgleich des Stromnetzes recycelt und für stationäre Batteriespeicher eingesetzt werden. Zumeist sind solche Batterien in containerbauweise für eine schnelle und sichere Installation verbaut.

Weiterhin eignen sich auch andere, im Automobilbereich eher unübliche Batterietechnologien für solche Anwendungen: Die HSRM baut neben einer Lithium-Ionen-Batterie aus 16 Batterien des BMW I3 auch einen sogenannten Vanadium-Redox-Flow-Speicher auf. Dieser Speicher arbeitet mit flüssigem Vanadium, welches durch eine Zelle gepumpt wird und dort Energie speichern oder abgeben kann. Diese Technologie benötigt weit mehr Platz zur Speicherung der Energie, hat jedoch ein deutlich niedrigeres Brandrisiko sowie eine deutlich größere Lebenserwartung, was sie insbesondere für die stationäre Anwendung mit langen Einsatzdauern interessant macht.

Welche Technologie ist für welchen Zweck geeignet?

Ziel der Forschung zu diesen Batterien ist es, herauszufinden, welche Technologie sich für welchen Einsatzzweck eignet. Wir wollen die Vor- und Nachteile darstellen und schließlich eine Handlungsempfehlung für den Einsatz stationärer Batteriespeicher geben. Wichtig ist dabei auch, dass die Batteriespeicher schalltechnisch optimiert ausgelegt werden, um beispielsweise auch in Nachtzeiten das Netz voll unterstützen zu können, ohne dabei zu viel Lärm zu verursachen. Weiterhin ist ein energetisch optimierter Betrieb Schwerpunkt, um möglichst wenig Energie in Wärme zu verlieren.

Welche Rolle spielen die Stadtwerke Rüsselsheim?

In einer engen Zusammenarbeit arbeitet die Hochschule RheinMain mit den Stadtwerken Rüsselsheim zusammen, um frühzeitig hohe Netzbelastungen zu identifizieren und die Reduktion dieser mit den Batterien zu erzielen. Hierbei werden sowohl die Netzbezüge der letzten Jahre analysiert, erwartete Netzbezüge berücksichtigt und die Auslastung der öffentlichen Ladepunkte ausgewertet, als auch der Betrieb der Speicher auf diese angepasst.

Lassen sich die Ergebnisse übertragen?

Viele Kommunen sehen sich mit dem Problem der Bereitstellung von öffentlicher Ladeinfrastruktur konfrontiert. Die Ergebnisse aus Rüsselsheim sollen perspektivisch auch auf andere Kommunen übertragen werden. Ziel ist es am Ende, eine Aussage darüber treffen zu können, welche Art der Batterie und welche Größe für eine bestimmte Kommune im sinnvollsten ist.

Die aktuelle Projektlaufzeit ist bis September 2022 vorgesehen. Jedoch haben viele Antworten zugleich neue Fragen aufgeworfen, die es zu beantworten gilt. Darüber hinaus sind weitere Folgeprojekte geplant, um Rüsselsheim zu einem Forschungsstandort für nachhaltige Mobilität zu machen.

Wie fällt das Fazit aus?

Der Umstieg auf die Elektromobilität ist eine enorme Herausforderung für den Mobilitätssektor, aber auch für den Energiesektor. Wir sehen uns noch mit vielen Fragen konfrontiert, haben jedoch bereits eine Vielzahl an Lösungen gefunden. Eine der größten Herausforderungen in dem Projekt ist beispielsweise, die Batterien auf eine akzeptable Lautstärke zu begrenzen. Die erfolgreiche Umsetzung dieser Maßnahme war ein Meilenstein innerhalb des Projekts. Wir haben in Rüsselsheim die Gelegenheit, eine breit angelegte Ladeinfrastruktur zu erforschen und können bereits heute Maßnahmen ableiten, wie die Netze der Zukunft aussehen müssen. Mithilfe dieser Ergebnisse können andere Städte und Kommunen ebenfalls eine breite Masse an Ladeinfrastruktur aufbauen und den Umstieg in eine große Anzahl an E-Fahrzeugen ermöglichen.

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