13. Mai 2011
Elektromobilität - Motor für die Automation
Elektromobilität und Automation – was haben diese beiden auf den ersten Blick sehr unterschiedlichen Themenbereiche miteinander zu tun? Warum soll die Elektromobilität ein Motor für die Automation sein?
Ronald Bent, Geschäftsführer der Phoenix Contact GmbH & Co. KG
Das Thema Elektromobilität geht einher mit der zunehmenden Verknappung von fossilen Brennstoffen und der absoluten Notwendigkeit, den C02-Ausstoß im Sinn des Klimaschutzes drastisch zu reduzieren. Es wird aktuell befeuert von politischen Willensbekundungen und von vielfältigen staatlichen Anstrengungen und Initiativen. So wurde zum Beispiel in Deutschland im Mai 2010 die “Nationale Plattform Elektromobilität” ins Leben gerufen. Ein Beratungsgremium von 150 Vertretern aus Wirtschaft, Politik, Wissenschaft und Verbänden mit dem Ziel, in sieben Arbeitskreisen eine Roadmap zur Entwicklung Deutschlands als Leitmarkt und als Leitanbieter für Elektromobilität für die Bundesregierung zu erarbeiten.
Bis zum Jahr 2020 sollen auf dieser Basis mindestens eine Million Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen unterwegs sein. Der US-Präsident Barack Obama postuliert eine Million Fahrzeuge für die USA schon bis zum Jahr 2015. Der aktuelle chinesische Fünfjahresplan sieht bis zum Jahr 2015 ebenfalls mindestens eine Million Elektrofahrzeuge in China vor. Er prognostiziert ab 2015 eine jährliche Produktionskapazität von mindestens einer Million Elektrofahrzeugen in China und einen Bestand von größer fünf Millionen Fahrzeugen bis zum Jahr 2020. Dies sind nur drei Beispiele die zeigen, welcher enorme Fokus aktuell auf dem Thema Elektromobilität liegt. Die Vermeidung von CO2 bei der Mobilität ist dabei nur ein Aspekt. Elektromobilität spielt auch eine wesentliche Rolle als Teil in einem integrierten Energiesystem der Zukunft.
Die weltweiten Klimaziele setzen eine beschleunigte Veränderung unserer Energiewirtschaften in Richtung des Einsatzes von regenerativen Energien voraus. Die deutsche Agenda sieht vor, den Anteil regenerativer Energien von heute etwa 17 % auf bis zu 80 % in 2050 zu steigern. Dabei wird die Gewinnung der Energie aus Wind und Sonnenkraft die entscheidende Rolle spielen. Beide Energiequellen sind aber stark dezentral und ihre Verfügbarkeit hängt vom Wetter ab und korreliert in keiner Weise mit der wechselnden Bedarfssituation auf der Verbraucherseite. Hieraus resultiert eine enorme Herausforderung für die heutigen Energienetzstrukturen. Es erfordert einen Paradigmenwechsel, weg von einer verbrauchsorientierten Produktion der Energie hin zu einem produktionsorientierten Verbrauch der Energie. Dies setzt intelligente Energienetze und eine hohe informationstechnische Verknüpfung dezentraler Erzeuger und Verbraucher voraus. In diesem Szenario kann die Elektromobilität eine zentrale Rolle spielen. Es ist eine Tatsache, dass Fahrzeuge – gerade im Individualverkehr – im Wesentlichen “Stehzeuge” sind. Das Auto wird die meiste Zeit seines Lebens nicht bewegt, sondern parkt – zu Hause, vor der Arbeitsstätte, vor dem Einkaufszentrum usw. Während dieser Zeiten können Elektrofahrzeuge über Ladestationen mit dem Netz verbunden eine Funktion als gesteuerter Verbraucher aber auch als Energiequelle übernehmen.
Die Batterien der Elektrofahrzeuge werden so zu einem Puffer für die zukünftig immer mehr und stärker flukturierende Energieproduktion. Der Ladezeitpunkt von Elektrofahrzeugen lässt sich in smarten Energieverteilungsstrukturen steuern, sodass Elektrofahrzeuge, wo immer möglich, zu Schwachlastzeiten geladen werden und damit – durch eine zusätzliche Abnahme – zur Stabilisierung der Netze beitragen. In Hochlastzeiten bzw. Zeiten geringer Verfügbarkeit von regenerativen Energiequellen (Windstille oder kein Sonnenschein), können die Batterien der angeschlossenen Elektrofahrzeuge Energie ins Netz zurückspeisen. Ein starker Vorteil liegt zudem darin, dass diese Pufferung ebenfalls sehr dezentral und schon im Niederspannungsnetz, nahe der dezentralen Erzeugung und dem Verbrauch, erfolgen kann. Hochrechungen zeigen, dass bereits die Pufferkapazität von fünfhunderttausend Elektrofahrzeugen mit einer durchschnittlichen Anschlusszeit an Ladestationen durchaus ausreichen würde, den heute in Deutschland bestehenden Anteil an regenerativen Energien entsprechend zu puffern. Sechs Millionen Fahrzeuge, die perspektivisch 2030 verfügbar sind, hätten eine Pufferkapazität von 15 GW/h und stellen eine am Netz verfügbare steuerbare Last von 9 GW dar. Diese “Reservelast” entspricht rund 6 % der heutigen installierten Kraftwerksleistung in Deutschland. Sie stellt damit ein hohes Potenzial zur Glättung der Lastverläufe in den Energienetzen dar.
Der Ausbau von regenerativen Energiequellen, der Aufbau von intelligenten Netzverteilungsstrukturen bis in die Niederspannungsverteilung und der Weg in smarte Verbraucherstrukturen ist also eng verknüpft mit dem Schritt zur Elektromobilität. Andererseits ist Elektromobilität nur sinnvoll in einem Umfeld möglich, das auf regenerative Energieerzeugung setzt und das smarte Energieverteilunkstrukturen bereitstellt.
Was hat dies nun alles mit der Automation zu tun? Dezentrale, regenerative Kraftwerke – seien es Windenergieanlagen, Solaranlagen oder Kraftwärmekopplungen – haben einen enormen Bedarf an automatisierungstechnischen Komponenten in Bezug auf Steuerungstechnik, Regelungstechnik und Kommunikationstechnik. Die Vernetzung vieler dezentraler Erzeuger bedarf neuer leittechnischer Integration, Planung und Steuerung. Die Verknüpfung mit der Verbraucherseite führt zukünftig zu intelligenten Netzstrukturen, den sogenannten Smart Grids, die wiederum einen enormen, erhöhten Automatisierungsbedarf mit sich bringen. Die Elektromobilität an sich führt zu einem Paradigmenwechsel im Fahrzeugbau. Produkte und Kompetenzen, die bisher in den Bereichen der Fabrikautomation eine wichtige Rolle spielen, werden zunehmend auch im Automobil benötigt. Die elektrischen Netze im Elektrofahrzeug basieren nicht mehr auf 12-V-Kleinspannung, sondern sind Niederspannungsnetze bis zu 600 V und 800 V.
Das Elektrofahrzeug kann, salopp gesagt, betrachtet werden wie eine rollende Werkzeugmaschine, mit allen einhergehenden Anforderungen an Regelungstechnik, Leistungselektronik, Antriebstechnik, Verkabelungs- und Steckersystemen sowie Sicherheitstechnik. Einhergehend mit diesem technologischen Wechsel, bieten sich so neue Chancen für Hersteller der Automatisierungstechnik, auch Produkte in das Elektrofahrzeug zu liefern. Ein noch wesentlich größeres, neues Marktfeld findet sich in der Infrastruktur für Elektromobilität. Ladestationen für Elektrofahrzeuge sind kleine Niederspannungsschaltanlagen mit all den Komponenten und Steuerungskonzepten aus diesem Bereich. Sie müssen auch informationstechnisch in die intelligenten Netzstrukturen integriert werden und stellen neue Anforderungen an IKT-Strukturen, zum Beispiel im Bereich der Abrechungssysteme. Auch hier werden wieder Kompetenzen und Know-how aus der Industrieautomation benötigt.
Die Elektromobilität wird somit zunehmend zu einem wesentlichen Bestandteil einer zukünftigen smarten Energieversorgung. Ein Anwendungsfeld, für das die Automatisierungstechnik ein entscheidender Schlüssel zur Umsetzung ist. So entstehen signifikante zukünftige Markt- und Wachstumschancen für die Automatisierungstechnik. Deutschland ist heute führend in der Automatisierungstechnik. Die Automation gilt zudem als Leitdisziplin für die Entwicklung, Optimierung und Anwendung neuer Produkte, Verfahren und Technologien. Aus dieser Position heraus besteht eindeutig die Chance, dass die deutsche Industrie auch zum Leitanbieter für Produkte und Technologien für die Energiesysteme der Zukunft wird. Die Entwicklung von Konzepten und Lösungen für die Elektromobilität spielt hierbei eine wesentliche Rolle. Elektromobilität wird damit direkt und indirekt zu einem wichtigen Motor für die Automation in Deutschland.
Roland Bent, Geschäftsführer Phoenix Contact GmbH & Co. KG
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