Stand: 17.02.2019 11:33 Uhr

Kieler Forscher arbeiten am Stromnetz der Zukunft

von Christian Nagel

Kiel im Jahr 2035: Die meisten Menschen in der Stadt haben ihre Autos mit Verbrennungsmotoren inzwischen gegen ein Fahrzeug mit Elektroantrieb ausgetauscht. Kurierdienste und Pendler setzen auf Elektrofahrräder oder elektrisch betriebene Kleinfahrzeuge, und die Kieler Verkehrsgesellschaft schickt ausschließlich vollelektrische Busse auf die Straßen. Und auch viele Unternehmen, wie zum Beispiel die Kieler Stadtwerke, haben ihre Fahrzeugflotte inzwischen komplett elektrifiziert. Sogar die meisten Kreuzfahrtschiffe, die im Kieler Seehafen anlegen, schalten ihre Dieselmotoren ab und nutzen das Landstromangebot.

"KielFlex" soll das Stromnetz intelligent steuern

Stromversorger stehen vor großen Herausforderungen

So oder so ähnlich wird sich die Mobilität in Kiel in den nächsten Jahren entwickeln. Da sind sich viele Experten sicher: Vor allem die Diskussion über Stickoxide, Feinstaub und Diesel-Fahrverbote wird den Verbrennungsmotor nach und nach verdrängen und dem Elektroantrieb den Weg bereiten. Diese Revolution der Mobilität stellt aber vor allem die Stromversorger vor neue Herausforderungen. Statt an die Tankstelle müssen die E-Fahrzeuge an die Steckdose - doch die vorhandenen Stromnetze reichen dafür nicht aus.

"KielFlex" soll Stromversorgung intelligent steuern

Abhilfe soll das Projekt "KielFlex" schaffen. Die Stadt Kiel, die Stadtwerke Kiel und die Kieler Verkehrsbetriebe suchen gemeinsam mit Mitarbeitern des Lehrstuhls für Leistungselektronik an der technischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) nach Lösungen. Zu ihnen gehört auch Ingenieur Markus Andresen. Er arbeitet an dem intelligenten System, das die Verteilung des Stroms im Netz flexibel steuern soll, ohne dass viele Veränderungen an der Infrastruktur notwendig sind. Es sollen also nur wenige neue Leitungen verlegt oder zusätzliche Stromspeicher aufgestellt werden müssen. "Wir wollen mit dem System Leistungsspitzen im Netz vorausschauend vermeiden und Investitionen zur Erweiterung der Infrastruktur minimieren", so Andresen.

KVG will schon 2020 erste vollelektrische Busse einsetzen

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Fünf solcher Pantographen - wie hier in Luxemburg - sollen in Kürze auch im Kieler Stadtgebiet stehen.

Vor allem die Kieler Verkehrsbetriebe haben großes Interesse an dem System, denn der Weg zum elektrischen Öffentlichen-Nahverkehr ist bereits eingeschlagen. Nachdem im vergangenen Jahr 30 Hybrid-Busse angeschafft wurden, sollen ab Mitte nächsten Jahres die ersten vollelektrischen E-Busse im Linienverkehr einsetzt werden. In einem ersten Aufschlag will die KVG 36 Gelenkbusse kaufen. "Langfristig wollen wir dann alle unsere Busse bis 2033 gegen Elektro-Versionen austauschen - und da reden wir von 180 Stück", erläutert der technische Leiter der KVG, Thomas Mau. "Unsere Wunschfahrzeuge verwenden die so genannte "Opportunity"-Technik. Das bedeutet, sie werden an den Endhaltestelle ihrer jeweiligen Linien geladen." Dazu fährt der Bus, ähnlich wie eine Straßenbahn, unter einen Pantographen und wird in etwa 15 bis 20 Minuten voll geladen", so Mau. Im Stadtgebiet sollen zunächst fünf solcher Panthographen aufgestellt werden, mit denen Busse über Stromabnehmer auf dem Dach geladen werden können. Und weil der Ladevorgang dort vergleichsweise kurz ist, wird besonders viel Strom benötigt", sagt Mau. Und an dieser Stelle kommen die Stadtwerke Kiel ins Spiel.

"KielFlex" soll in den Ladevorgang der Busse intelligent eingreifen

"Wir sind natürlich sehr daran interessiert, dass die E-Mobilität in der Region gefördert wird. Wir sind selbst dabei, haben 15 E-Fahrzeuge bei uns im Fuhrpark stehen, werden dieses Jahr nochmal 27 neue E-Fahrzeuge dazu kaufen, so dass wir dann mehr als 50 Prozent unserer Flotte schon rein elektrisch haben", sagt Stadtwerke Kiel-Sprecher Sönke Schuster. Und so soll "KielFlex" Einfluss auf die Ladestationen der Kieler Verkehrgesellschaft nehmen können. "Für die Steuerung der Ladevorgänge benötigt "KielFlex" zahlreiche Informationen", erläutert Andresen. Wann wird der Bus voraussichtlich an die Ladestation kommen? Wie sehr entladen ist der Fahrzeugakku zu diesem Zeitpunkt? Ist es wirklich notwendig, den Akku vollständig zu laden? Und wie lange wird der Bus voraussichtlich an der Ladestation stehen? Unter Berücksichtigung dieser und weiterer Parameter, wie zum Beispiel Wetter oder Temperatur, soll "KielFlex" den Ladevorgang beeinflussen beziehungsweise vorbereiten.

CAU testet Simulation am Hochleistungsrechner

Möglich ist das zum Beispiel mit der Methode "zeitliche Verschiebung". "KielFlex" hat den aktuellen Ladezustand eines Busses permanent im Blick und bereitet den Ladevorgang vor, in dem es rechtzeitig damit beginnt, langsam einen Batteriezwischenspeicher zu laden, der sich in der Nähe der Ladestation befindet. Dies erfolgt ohne größere Belastung des vorhandenen Stromnetzes. Fährt der Bus dann wie erwartet unter den Pantographen, kann er schnell mit der Energie aus dem Zwischenspeicher geladen werden. Weil der Strom jetzt nicht aus dem Netz, sondern aus dem Zwischenspeicher kommt, wird das Stromnetz nicht zusätzlich belastet. Diese intelligente Steuerung testen die Forscher um Markus Andresen an der Christian Albrechts Universität bereits in komplexen Simulationen an einem speziellen Hochleistungsrechner.

"KielFlex" muss schnell und individuell entscheiden

Aber auch an anderen Lösungsansätzen arbeitet Andresen gemeinsam mit seinen Kollegen. Wenn zum Beispiel die Stadtwerke Kiel über Nacht alle ihre Elektrofahrzeuge gleichzeitig laden wollen, dann soll "KielFlex" alle Ladevorgänge im Blick behalten und entscheiden, wie die einzelnen Fahrzeugakkus geladen werden sollen, um das Leitungsnetz nicht zu überlasten. Das System muss dafür unter anderem wissen: Bis wann sollen die einzelnen Fahrzeuge fertig geladen sein? Und wie viel Restenergie befindet sich noch in den Akkus? "KielFlex" muss auch flexibel reagieren können, zum Beispiel dann, wenn ein noch nicht fertig geladenes Auto für einen Notfall benötigt wird und der Ladevorgang unterbrochen wird. Dann muss das System die verbleibenden Ladevorgänge individuell und schnell neu berechnen. Ein ähnliches System ist zum Beispiel auch für das geplante neue E-Bus-Depot der Kieler Verkehrsgesellschaft vorgesehen, dass in Kürze auf dem Betriebshof in der Werftstraße entsteht. Dort sind vier Lade-Pantographen vorgesehen.

Feldversuch in Kiel für 2020 geplant

In einem weiteren Schritt wollen die Forscher auch die öffentlichen Ladestationen der Stadtwerke und private Hausanschlüsse in die smarte Netzsteuerung integrieren. Allein die Stadtwerke Kiel betreiben bereits 17 Ladesäulen an neun Standorten. Voraussetzung für einen reibungslosen Betrieb von "KielFlex" ist aber auch ein einheitliches Informationssystem, über das die Steuerungselektronik und die Elektrofahrzeuge und Ladestationen sicher miteinander kommunizieren. Auch daran wird bereits gearbeitet. Und: "KielFlex" soll ein intelligentes System mit Vorbildcharakter werden. 6,5 Millionen Euro werden in die Forschung investiert, 3,7 Millionen Euro davon stammen aus dem Sofortprogramm "Saubere Luft" des Bundesenergieministeriums. Für das nächste Jahr haben die Ingenieure der CAU einen Feldversuch in Kiel geplant, an dem sich weitere Partner, wie das Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung Magdeburg (IFF) und der Technologiekonzern ABB beteiligen. Wo genau der Testlauf stattfinden soll, steht noch nicht fest. Sicher sind sich die Experten, dass ihre Forschung notwendig ist. "Wir wollen die Netzsicherheit sicherstellen, bevor der Boom auf Elektrofahrzeuge beginnt, denn das würde das vorhandene Netz nicht aushalten", so Andresen.

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Dieses Thema im Programm:

NDR 1 Welle Nord | Nachrichten für Schleswig-Holstein | 29.01.2019 | 08:00 Uhr

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