Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISENews #13
E-LKW-Flotten: Fraunhofer ISE empfiehlt kostenoptimale Kombination aus PV, Speicher und Energiemanagement
Der Güterverkehr auf der Straße ist einer der größten CO2-Verursacher im deutschen Transportsektor, rund ein Drittel der verkehrsbedingten Treibhausgasemissionen entfallen auf den Schwerlastverkehr. Um den Umstieg auf batterieelektrische LKW zu ermöglichen, muss die nötige Ladeinfrastruktur verfügbar sein. In vielen Fällen ist die Leistung am Netzanschluss dafür nicht ausreichend. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat dazu im Auftrag der Streck Transportgesellschaft eine umfassende Potenzialanalyse zur Elektrifizierung einer E-Lkw-Flotte am Logistikzentrum durchgeführt. Demnach ist durch die Kombination von Photovoltaikanlage, Batteriespeicher und Energiemanagement die Versorgung gewährleistet und stellt die wirtschaftlichste Lösung für Logistikzentren.
Moderne E-LKW erreichen mittlerweile Reichweiten, die für nationale Routen ausreichend sind, und auch ihre Wirtschaftlichkeit ist gegeben. Die nötige Ladeinfrastruktur ist noch ein Unsicherheitsfaktor, weshalb das Laden im Depot für Spediteure naheliegend ist: es verändert bestehende Betriebsabläufe nur minimal und kommt ohne flächendeckendes öffentliches Ladenetz aus. Die Studie adressierte deshalb Fragen, die Logistikunternehmen in Deutschland derzeit beschäftigen: Ist die erforderliche Ladeleistung bei gegebenem Netzanschluss möglich? Wie groß sollten Photovoltaikanlage und Batteriespeicher dimensioniert werden? Wie viele Ladepunkte und welche Ladeleistungen sind erforderlich? Wie viele E-Lkw können mit dem bestehenden Energiesystem geladen werden, und ist ein Energiemanagementsystem notwendig? Für die Analyse betrachtete das Forschungsteam 140 Jahressimulationen in sechs Szenarien – vom Einstieg mit zwei E-Lkw bis zur Elektrifizierung der 60 Nah- und 80 Fernverkehrsfahrzeuge. Zum Einsatz kamen die Fraunhofer-eigenen Tools NRGISE zur Energiesystemsimulation und OptiCharge zur modellprädiktiven Ladesteuerung, ergänzt durch eine technoökonomische Bewertung. Die Szenarien berücksichtigen verschiedene Ausbaustufen, Netzanschlussvarianten und Ladeinfrastrukturkonzepte. Ziel war es, einen kostenoptimalen Ausbaupfad für den Standort zu entwickeln, der eine schrittweise Elektrifizierung der Lkw-Flotte ermöglicht und dabei den bestehenden Netzanschluss von 2 MW einhält. Eine Kernherausforderung bestand dabei darin, dass Ladezeitfenster aufgrund der zeitlich getakteten Systemverkehre sehr eingeschränkt und somit wenig flexibel sind.
Photovoltaik und Batteriespeicher senken Stromkosten um bis zu 62,5 Prozent
Die Studie empfiehlt als erste Maßnahme die Installation eines stationären Batteriespeichers (1–2 MWh) in Kombination mit einer Photovoltaikanlage auf einem Viertel der verfügbaren Dachfläche (ca. 2.275 kWp). Damit können rund 60 Prozent der Gebäudelast und 77 Prozent der Lademenge aus dem eigenen PV-Speichersystem gedeckt werden. Die jährlichen Stromkosten lassen sich so gegenüber dem ungesteuerten Betrieb um bis zu 62,5 Prozent senken. Mit steigendem Elektrifizierungsgrad empfiehlt sich eine Erweiterung des Speichers auf 2 MW Leistung und 4 MWh Kapazität, die sich als wirtschaftlich robust über alle Szenarien hinweg erweist.
Ein zentrales Ergebnis ist der hohe Mehrwert eines integrierten Energiemanagementsystems (EMS), das Batteriespeicher und Ladevorgänge koordiniert, um den Netzanschluss nicht zu überschreiten und alle Fahrzeuge zuverlässig zu laden.
Für die Ladeinfrastruktur wird je ein Ladepunkt pro Fahrzeug vorgeschlagen – mit 150 kW für Nahverkehrs- und 350 kW für Fernverkehrsfahrzeuge – wobei eine AC-gekoppelte Niederspannungslösung für den Einstieg als praktikabel und kosteneffizient eingestuft wird.
Abschließend identifiziert die Studie weiteres Wertschöpfungspotenzial durch die Öffnung der Ladeinfrastruktur für externe Partner, die Nutzung des Speichers für Regelleistung und Bilanzkreisoptimierung sowie die Möglichkeit des Energy Sharings nach §42c EEG. Der Batteriespeicher kann zudem als Notfallreserve dienen: bei einer Kapazität von 4 MWh kann er an mehr als 50 Prozent der Tage im Jahr den Depotbetrieb bei Netzausfall für mindestens zwei Stunden aufrechterhalten.
»Mittels der Empfehlungen aus der vorliegenden Simulationsstudie sind wir nun in der Lage, fundierte Investitionsentscheidungen zu treffen, und gehen im nächsten Schritt in die konkrete Umsetzung«, erklärt Gerald Penner, Geschäftsführer der Streck Transportgesellschaft.
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