Nutzfahrzeugelektrifizierung für Transportsektor-optimierte Netzanbindung (NEFTON)
Motivation
Trotz immer effizienterer Fahrzeuge sind die Emissionen im Straßengüterverkehr aufgrund einer zunehmenden Verkehrsleistung seit 1990 nicht gesunken und tragen zu ca. einem Drittel zu den Treibhausgas-Emissionen im Verkehrssektor bei. Zur Erreichung der Klimaziele ist die Verminderung der CO2-Emissionen im Straßengüterverkehr ein gravierender Stellhebel, welcher durch die Elektrifizierung erfolgen kann. Diese Elektrifizierung weist im Nutzfahrzeugsektor in Relation zum Personenverkehr signifikant unterschiedliche Anforderungen auf.
Zur Bewegung großer Nutzfahrzeuge über teils lange Distanzen sind größere Antriebsleistungen und Fahrzeugbatterien mit deutlich höherer Kapazität notwendig. Auch sind lange Lade- und damit verbundene Standzeiten aus ökonomischer Perspektive im Nutzfahrzeugsektor suboptimal, da die Wirtschaftlichkeit der Nutzfahrzeuge an eine hohe Fahrtenauslastung gebunden ist. Große Batteriekapazitäten der Nutzfahrzeuge und hohe Leistungen der Ladeinfrastruktur stellen Lösungsoptionen für eine Transportsektor-optimierte Elektrifizierung dar. Durch dieses Anforderungsprofil der Nutzer und das resultierende Fahrzeugkonzept wird zur Sicherstellung von Akzeptanz und Alltagstauglichkeit vollelektrischer Nutzfahrzeuge eine leistungsfähige Ladeinfrastruktur im Megawatt-Bereich benötigt. Die resultierenden, geladenen Energiemengen und Ladeleistungen solcher Megawatt-Charging-Systeme (MCS) stellen wiederum besondere Herausforderungen hinsichtlich deren Netzanbindung und damit verbundenen Einbindung in das Energiesystem dar.
Das Projekt NEFTON stellt sich diesen Herausforderungen mit einem Konsortium aus sieben Teilnehmern, welche gleichermaßen aus dem wissenschaftlichen Umfeld und der Industrie stammen. Das Konsortium bündelt die Kompetenzen aus den Bereichen Fahrzeug-, Elektronikentwicklung sowie Energiewirtschaft jeweils aus industrieller und wissenschaftlicher Perspektive.
Zielsetzung
Das übergeordnete Ziel des Forschungsprojekts NEFTON ist es, einen seriennahen Prototypen eines elektrifizierten Nutzfahrzeugs und eines entsprechenden Ladesystems mit einer Ladeleistung im Megawatt-Bereich zu entwickeln und zu erproben. Dazu wird die gesamte Wirkkette, beginnend mit der Anforderungsdefinition von Nutzfahrzeugbetreibern, resultierenden elektrischen Fahrzeugkonzepten und (Schnell-)Ladeinfrastrukturkonzepten auf Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit untersucht. Ausgehend von Bewegungs- und Transportprofilen wird ein optimales elektrisches Nutzfahrzeugkonzept definiert und ein Prototyp basierend auf einem existierenden Fahrzeug umgesetzt. Unter Berücksichtigung der Fahrzeug- und Nutzeranforderungen wird eine uni- und bidirektionale Leistungselektronik der Ladeinfrastruktur ausgelegt, prototypisch umgesetzt und deren Wirksamkeit zur Energiebereitstellung im Nutzfahrzeug untersucht. Durch begleitende, energiewirtschaftliche Analysen des Gesamtsystems umfasst das Vorhaben somit die gesamte Prozesskette von Anforderungsanalyse bis zu den Auswirkungen der Technologie im zukünftigen Energiesystem. Die Ergebnisse des Projekts werden in einem Technologie-/Nutzerhandbuch zusammengefasst. In diesem wird sowohl die Technologie Schnellladen für den Nutzfahrzeugsektor bewertet als auch Handlungsempfehlungen zu standardisierten Schnittstellen und dem Vorgehen zur Markteinführung von Megawatt-Charging-Systemen gegeben.
FfE-Inhalte im Projekt
Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (FfE) begleitet die Entwicklung des MCS-Prototyps wissenschaftlich und widmet sich insbesondere der energiewirtschaftlichen Einordnung und Bewertung der MCS-Technologie. Ausgehend von den aus Kundenanforderungen abgeleiteten Anforderungsprofilen und dem Mobilitätsbedarf verschiedener Nutzergruppen werden Ladelastgänge modelliert, um wissenschaftliche Aussagen hinsichtlich der optimierten Netzintegration, dem wirtschaftlichen Betrieb und der resultierenden Auslastung des MCS-Systems zu treffen.
In energiewirtschaftlichen Analysen werden mögliche Geschäftsmodelle bewertet, welche sich aus erarbeiteten Use-Cases und den Speditionsanforderungen ergeben. Auch wird, basierend auf einer stufenweisen Hochrechnung des elektrifizierten Nutzfahrzeugverkehrs, das Potenzial der MCS-Technologie analysiert und daraus resultierende Energiesystemrückwirkungen, wie z. B. aus den Ladevorgängen resultierende CO2-Emissionen, ermittelt. Ergänzend erfolgt die energiewirtschaftliche Einordnung der Technologie im zukünftigen Energiesystem unter Berücksichtigung möglicher technologischer Alternativen.
Projektpartner
Neben der FfE e.V. sind unter der Leitung der Technischen Universität München (Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik) die Partner MAN Truck & Bus SE, AVL Software and Functions GmbH, PRETTL Electronics GmbH, Technische Hochschule Deggendorf und das Fraunhofer ISE am Projekt beteiligt.
Förderung und Projektpartner
Das Forschungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert (Förderkennzeichen: 01 MV21004E).
