Innovative elektrische Antriebslösungen Struktur und Management von Netzen
Elektromobilität im privaten und öffentlichen Personenverkehr sowie küstennahen Gewässern


Konzeptentwicklung und Studien ausgewählter Bereiche

 

Auf einen Blick:

Innerhalb des Arbeitspaketes soll die notwendige Struktur einer öffentlichen Ladeinfrastruktur entwickelt und dessen Einfluss auf das bestehende Stromnetz analysiert werden.
Weiterhin soll die Möglichkeit des Einsatzes oberleitungsunabhängiger elektrisch angetriebener Fahrzeuge (Busse, Züge) im öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) als Ersatz für zur Zeit genutzte Diesel Varianten untersucht werden und die hierfür notwendigen Planungsstrategien für geeignete Energiespeicher und Ladeinfrastruktur erarbeitet werden.
 

Hintergrund:

A. Struktur und Management von Netzen

In Deutschland entfallen 30% des Endenergieverbrauches auf den Verkehrssektor. Vor dem Hintergrund der CO2 Problematik und den sinkenden Rohstoffreserven, kann die Elektromobilität auf Basis lokaler Onshore- und der sich im Aufbau befindlichen Offshore Windkraftanlagen die wesentliche Grundvoraussetzung für eine emissionsfreie und nachhaltige Mobilität sein. Für die sogenannte e-motion sind die wesentlichen Faktoren, Speicherkapazität der Batterie, Effizienz des Fahrzeugs, Reichweite, sowie die Ladeinfra- und Elektrische Netzstruktur. Ladeinfrastrukturen sind z.Z. überhaupt nicht vorhanden und viel wichtiger, die bestehenden Netzstrukturen, sind für die Umstellung auf e-motion überhaupt nicht vorbereitet und besitzen auch keinerlei Ausbaureserven.

Das bedeutet, auch eine forcierte Umsetzung der Elektromobilität wird scheitern, da die Netzstrukturen auf die enormen elektrischen Leistungen nicht vorbereitet sind und es auch nicht sein können. Deshalb sollen Untersuchungen durchgeführt werden, aus denen Konzepte entwickelt werden, die eine optimale Ladeinfra- und Netzstruktur ermöglichen. Das Elektroauto, als Bestandteil des elektrischen Netzes, hat ebenfalls als Energiesenke- und als Quelle, einen erheblichen Einfluss auf die Stromproduktion und damit auf die Stabilität des Netzes und kann dieses positiv beeinflussen.

 

B: Innovative elektrische Antriebslösungen für Personennahverkehr und küstennahe Gewässer

Dem Einsatz elektrischer Antriebslösungen im Bereich des nicht netzgebundenen Personennahverkehrs (Bus/Bahn) wird in Deutschland und Dänemark bis dato wenig Beachtung geschenkt. Gerade diese Antriebe jedoch ermöglichen einerseits die Nutzung regenerativ erzeugter elektrischer Energie dort wo sie erzeugt wird, die Verbesserung des Wirkungsgrades des Gesamtantriebssystems und somit des Energieverbrauchs als auch die Reduzierung von CO2-Emissionen und Lärm gerade innerhalb von Städten und Ortschaften.

Gleiches gilt für die Nutzung elektrischer Bootsantriebe in Küstennähe und auf Binnengewässern. Auch hier trägt ein emissionsfreier elektrischer Antrieb einerseits zur Reduzierung von Luft- sowie Wasserverschmutzung durch Öle und Kraftstoff bei, andererseits reduziert er die Lärmbelästigung gerade auf Segelbooten und Yachten.

Um mögliche Einsatzspektren elektrischer Antriebe innerhalb der skizzierten Einsatzgebiete zu bewerten bedarf es der detaillierten Analyse des elektrischen Personennahverkehrs auf Straße und Schiene innerhalb der Region Schleswig-K.E.R.N., sowie gegebenenfalls Süddänemark, als auch der Einsatzmöglichkeiten elektrischer Antriebslösungen in küstennahen Gewässern.

Schlussendlich besteht, basierend auf den Ergebnissen dieser Analysen und unter Einbeziehung der an der Fachhochschule Flensburg konzentrierten Entwicklungskompetenzen für elektrische Maschinen, die Möglichkeit der Entwicklung neuer Antriebskonzepte und Motoren für den Einsatz in Bus, Bahn und auf dem Wasser und die Einbindung lokaler industrieller Partner (Fahrzeugindustrie, Leistungselektronik, Motortechnik, Schiffbau) in diese Entwicklungen.
 

Ziele, Aktivitäten und Zeitplan:

A. Struktur und Management von Netzen

  1. Entwickeln eines Konzeptes, dass die Regeln und den Handlungsrahmen bei der Umsetzung der E-Mobility in bestimmten geographischen Zonen und unter Berücksichtigung von Parametern wie Netzstruktur, Nutzung erneuerbarer Energien und der Verkehrsströme zulässt.

  2. In ausgewählten Bereichen (z.B. Kreis Nordfriesland und Flensburg) soll die Netzstruktur für verschiedene Zeithorizonte (5, 10, 15 Jahre) unter Berücksichtigung der Verkehrsströme bei der Umstellung auf Elektromobilität untersucht werden.

 

B. Elektromobilität Personennahverkehr und küstennahe Gewässer

  1. Analyse der Potenziale der Elektromobilität im innerstädtischen als auch regionalen straßengebundenen Personennahverkehr.

  2. Konzeption und Entwicklung möglicher Antriebslösungen für den straßengebundenen Personennahverkehr sowie deren Einsatz am Beispiel ausgewählter Bereiche.

  3. Konzeption und Entwicklung elektrischer Antriebslösungen für den Einsatz von Schienenfahrzeugen auf identifizierten Bahnstrecken.

  4. Analyse der Umsetzung der Elektromobilität im Rahmen des schienengebundenen Personennahverkehrs auf nicht elektrifizierten regionalen Bahnstrecken in der Region.

  5. Analyse, Konzeption und Entwicklung elektrischer Antriebe auf Wasserfahrzeugen in küstennahen Gewässern.

  6. Entwicklung und Auslegung eines Mobilitätskonzeptes zur Umstellung des öffentlichen Personennahverkehrs des Kreises Nordfriesland auf emissionsfreie elektrische Antriebssysteme.

 

Ergebnisse & Veröffentlichungen

Im Rahmen des Projektes wurde ein Handlungsrahmen zur Ermittlung der notwendigen Ladeinfrastruktur für den individuellen Personenverkehr (IPV) für die hiesige Region am Beispiel Flensburg, Schleswig und Husum entwickelt. Dieses ist auf ähnliche geografische Zonen übertragbar.

Weiterhin wurden Konzepte für die Umsetzung von oberleitungsfreiem Personennahverkehr auf Schiene (Download) sowie für die Einführung der Elektromobilität in den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) inklusive den zu erwartenden Lebenszykluskosten (Download) entwickelt. Hierfür wurde beispielhaft eine Machbarkeitsstudie für den Kreis Nordfriesland (Download) durchgeführt.

Im Bereich der angestrebten neuen Antriebslösungen wurden hocheffiziente permanentmagneterregte Motoren, unter Vermeidung seltener Erden Magnete, als radnabennaher Antrieb mit 60 kW Nennleistung für Bus und Bahn, sowie ein 11 kW (15 PS) Bootsmotor entwickelt.

Konzeptübersicht: Download

 

Zusammenfassung, Perspektiven & Anwendungen

Die erzielten Ergebnisse haben gezeigt, das Elektromobilität im ÖPNV mit klimaschonenden und leisen Elektrobussen in den untersuchten Bereichen schon heute sowohl technisch als auch wirtschaftlich machbar ist. Hierzu sind jedoch Energiebilanzierungen zur Bestimmung der notwendigen Speichergröße (Batterie) und der möglicherweise notwendigen Ladeinfrastruktur (Standort, Ladeleistung) notwendig, um das für den geplanten Einsatz optimierte Gesamtsystem zu ermitteln. Auf Basis dieser Systemauslegung lässt sich im Weiteren auch das wirtschaftliche Risiko anhand einer Total Cost of Ownership (TCO) Analyse minimieren. Somit steht einer zeitnahen Einführung dieser Fahrzeuge in den ÖPNV der Zukunft nichts mehr entgegen.

 

Marktübersicht & Geschäftsfelder

Der Markt für Elektromobilität im ÖPNV und Nutzfahrzeugsektor ist in der Aufbauphase. Neben den großen OEMs, welche bisher noch keine reinen Batteriebusse anbieten, sind es vor allem Marktneulinge aus Europa und China, welche aktiv die Entwicklung vorantreiben. Hierdurch öffnen sich, wie auch im Bereich der Elektromobilität im IPV, Geschäftsfelder im Bereich der Zulieferindustrie und Service für Unternehmen der Region.

 

Verantwortlicher partner:

Fachhochschule Flensburg (FH-Fl)
Kanzleistraße 91-93, 24943 Flensburg


Prof. Dr. Joachim Berg, Projektleiter
Jens Schröder, Wissenschaftlicher Mitarbeiter

 


joachim.berg@fh-flensburg.de
+49 461 805 1208

jens.schroeder@fh-flensburg.de
+49 461 805 1427