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Innovationen für eine nachhaltige Mobilität:
Multimodale Lademodul-Integration

E-Mobilität in die Fläche bringen

 

Wie kann – vor dem Horizont von Luftreinhaltung und Klimaschutz – die Etablierung der E-Mobilität im Straßenverkehr beschleunigt werden? Existieren bereits Infrastrukturen, die für den Aufbau der Ladeinfrastruktur “am Straßenrand“ nutzbar sind? Mit dem Projekt “Multimodale Lademodul-Integration“ (MuLI) bauen die Kölner Verkehrs-Betriebe (KVB), der Energieanbieter RheinEnergie und der Automobilbauer Ford die technische Systemarchitektur auf, mit der sich der Strom des Stadtbahnbetriebs unter Verwendung von Hochvolt-Autobatterien in der Zweitverwertung für die straßengebundene E-Mobilität nutzen lässt. Das Ingenieur Büro Fehringer (Dortmund) bringt seinen technischen Sachverstand ein.

 

Innovativ ist das Projekt vor allem durch seinen multimodalen Charakter, der die Ladetechnik für verschiedene Fahrzeugklassen – mit Mittelspannung des Wechselstroms und Gleichstrom der Stadtbahn – an einer Station bündelt. Innovativ ist das Projekt zudem, weil Autobatterien im „Second Life“ als Zwischenspeicher eingesetzt werden.

 

Gefördert wird MuLI durch das Bundesverkehrsministerium mit einer Gesamtsumme von rund 1,87 Millionen Euro. Das Gesamtbudget des durch die KVB geführten Projektes beträgt rund sechs Millionen Euro. In der Abwicklung sind die NOW Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (Berlin) und PtJ Projektträger Jülich im Forschungszentrum Jülich beteiligt.

 

Bahnstromversorgung als Basis nutzen

 

Die großstädtischen Verkehrssysteme weisen mit ihren Liniennetzen der Straßen-, Stadt- und U-Bahnen ein für die Entwicklung und Etablierung der E-Mobilität sehr interessantes Element auf: Die Bahnstromversorgung. Diese Verkehrsmittel werden mit Strom betrieben, der an wenigen Stellen eingespeist wird. Eingespeist werden kann Ökostrom, der für die umwelt- und klimarelevanten Ziele der E-Mobilität unabdingbar ist. Der Strom ist stets vorhanden, unabhängig davon, mit welcher Betriebsintensität der Verkehr elektrischer Bahnen morgens, mittags, abends und nachts auf die Stromversorgung zugreift. Die Liniennetze erstrecken sich zumindest über einen Teil des Stadtgebietes, so dass der Strom bereits in der Fläche verfügbar ist. Die Bahnstromversorgung kann somit eine Basis für die erfolgreiche Ausbreitung der E-Mobilität sein.

 

Von der vorhandenen Infrastruktur der Bahnstromversorgung können andere elektrisch betriebene Fahrzeugtypen profitieren. Hierbei wird der rückgespeiste Strom aus der Nutzung der Bremsenergie der Stadtbahnen eingebracht. Während der Ausbau kommunaler Stromversorgungsnetze eine der großen Herausforderungen in der Ausbreitung der E-Mobilität in die Fläche ist, bietet die Bahnstromversorgung bereits einen Teil der Lösung. Hieran gilt es aufzubauen.

 

Batterien besitzen Schlüsselstellung

 

Die Spannung der Stadtbahnoberleitung kann zur Ladung von Hochvolt-Batterien straßengebundener Fahrzeuge genutzt werden, weil sie kontinuierlich anliegt. Der Unterschied zwischen dem zur Verfügung stehenden Gleich- und dem benötigten Wechselstrom kann durch Umwandler überbrückt werden. Problematisch könnte die Ladung der Straßenfahrzeuge werden, wenn zeitgleich anfahrende Stadtbahnen Strom aus der Oberleitung ziehen. Die hierdurch resultierenden Spannungsschwankungen haben Auswirkungen auf beide Fahrzeugsysteme. Gleiches gilt, wenn zeitgleich mehrere Straßenfahrzeuge geladen werden.

 

Um Spannungsschwankungen zu vermeiden, setzt das Projekt MuLI auf Batterien als Zwischenspeicher elektrischer Energie, die – je nach technischer Konfiguration des Gesamtsystems – die Ladung von Fahrzeug-Batterien im Normal- und im Schnellladeverfahren ermöglichen. Der Projektansatz setzt hierbei auf Batterien in der Zweitverwertung, die zuvor selbst in Fahrzeugen eingesetzt wurden. In der MuLI-Ladestation werden sie in größerer Stückzahl zu Paketen verbunden.

 

Der Reiz einer solchen Lösung besteht – neben der originären technischen Funktion – darin, das Wirtschaftsgut Batterie einem “second life“ zuzuführen und dabei den aus der Herstellung resultierenden Umweltwirkungen ein größeres Gegengewicht zu geben. Mit zunehmendem Anteil batteriebetriebener E-Fahrzeuge wird die Anzahl der verwertbaren Batterien steigen. Deren Investitionskosten werden mit größerer Stückzahl aber nicht marginal werden. Und in jedem Fall müssen Batterien im Wertstoffkreislauf nach ein paar Jahren Fahrzeugeinsatz behandelt werden.

 

Potenziale sind ungleich größer als Verkehrsanteil des ÖPNV

 

In Köln weist der gesamte Busverkehr – der des ÖPNV, der Fern- und Charterverkehre – einen Anteil von drei bis sechs Prozent am gesamten Verkehr auf dem Stadtgebiet auf (ohne bzw. mit Hinzurechnung des Autobahnverkehrs). Die Wirkung des Busverkehrs auf Luftreinhaltung und Klimaschutz ist somit eher gering.

 

Jedoch besitzen die Verkehrsunternehmen des öffentlichen Verkehrs zusammen mit ihren Fahrzeugherstellern bisher die größte Erfahrung in der E-Mobilität. Die Straßen- und Stadtbahnen der KVB in Köln fahren seit rund 120 Jahren elektrisch. Mit der KVB-Linie 133 wurde 2016 erstmals in Deutschland eine Innenstadtlinie im Realbetrieb komplett auf den E-Betrieb mit acht (inzwischen neun) Batterie-Gelenkbussen umgestellt und verzeichnet seitdem durchweg positive Ergebnisse. Im Konzernverbund der Stadtwerke Köln wirkt das Schwesterunternehmen RheinEnergie, das zum einen Ökostrom anbietet und zum anderen in den verschiedenen Themen der Ladeinfrastruktur engagiert ist. Im Konzernverbund besteht eine Innovationspartnerschaft, die für die gesamte technische Entwicklung genutzt werden kann.

 

Hinzu kommt am Standort Köln der Automobilhersteller Ford, der sich in der Batterietechnik für Kraftfahrzeuge bewegt und seine Innovationen zukünftig in großen Flotten auf die Straßen bringen wird. Alle drei Partner – KVB, RheinEnergie und Ford – haben bereits seit 2012 im Projekt colognE-mobile zusammengearbeitet.

 

Unterstützt werden die Projektpartner durch das Ingenieurbüro Fehringer (Dortmund), das seit über 25 Jahren auf den Themenfeldern der Elektrotechnik aktiv ist. Die Experten verfügen über ein Batterielabor und behandeln Batterien in allen notwendigen Teilthemen.

 

Das Potenzial in Köln ist groß: Aktuell sind insgesamt etwa 570.000 Kraftfahrzeuge zugelassen, hierunter allein 500.000 Pkw. Der Anteil e-mobiler Pkw ist mit unter 6.000 Hybriden und etwa 2.500 reinen E-Pkw noch gering, wird aber kontinuierlich wachsen. Ähnlich sieht es bei den CarSharing-Autos in Köln aus. Von den ca. 1.250 Fahrzeugen sind bisher nur rund fünf Prozent E-Fahrzeuge. Aber auch hier muss mit deutlichen Steigerungsraten gerechnet werden. In einer Untersuchung für die IHK Köln wurde ermittelt, dass in Köln ca. 150.000 KEP-Sendungen täglich durch rund 1.000 Lkw, meist Fahrzeuge bis 3,5 Tonnen, verteilt werden, die dabei ca. 80.000 Stopps einlegen. Der ÖPNV kann als Keimzelle zur Ausbreitung und Etablierung der E-Mobilität dienen, wenn er technische Lösungen und Ladepunkte für den Aufbau der Ladeinfrastruktur bietet.

 

E-Mobilitäts-Hub wird Erkenntnisse der Innovation bringen

 

Mit dem Projekt MuLI gewinnen die Projektpartner Erkenntnisse über den Aufbau und die Konfiguration einer solchen Ladeinfrastruktur. Später können die Erfahrungen in die weitere Entwicklung von Infrastrukturen eingebracht werden.

 

Das Projekt ist an der Bus-Linie 126 der KVB verortet, an deren Endhaltestelle “Bocklemünd“ sich die Ladeinfrastruktur befindet. Hier halten auch die Stadtbahn-Linien 3 und 4, deren Stromversorgung als Systemkomponente im Projekt MuLI genutzt wird. Bedient wird die Linie 126 ab 2021 unter anderem durch drei Batterie-Gelenkbusse des Herstellers VDL Bus & Coach. Ab 2022 wird die Linie auf den vollelektrischen Betrieb umgestellt.

 

An der genannten Endhaltestelle entstand ein E-Mobilitäts-Hub, an dem neben den auf der Linie 126 eingesetzten E-Bussen auch andere Fahrzeugklassen, wie z. B. Transporter der KEP-Dienste sowie CarSharing-Autos geladen werden können. Deren Betreiber können somit auch Erfahrungen aufbauen und in ihre E-Mobilitätsstrategien einbeziehen.

 

In der Folge des Projektes MuLI lassen sich ggf. weitere E-Mobilitäts-Hubs aufbauen und zu einem Baustein der Ladeinfrastruktur-Landschaft in Köln werden. Eine Kombination mit Mobilstationen, in denen Sharing-Angebote gebündelt werden, ist denkbar. Somit ist mit MuLI gleichermaßen die Vision verbunden, E-Mobilität in die Fläche auszurollen und die notwendige Verkehrswende voranzubringen.