80 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende Infrastruktur- Management für Ladelösungen Anwendungsbezogene Praxislösungen für E-Autos als Baustein der urbanen Verkehrswende Ladeinfrastruktur, Ladelösungen, Verkehrswende, E-Mobilität Philipp Riegebauer Wie schnell sich E-Mobilität durchsetzen wird, hängt von vielen Faktoren ab. In diesem Artikel werden Ladelösungen für E-Autos beleuchtet, welche spezifische Vorteile in der Praxis bieten. Es wird der Ansatz vorgestellt, nicht nur schnell, sondern bedarfsgerecht zu laden. Ausschreibungsprozesse sollten hierfür anwendungsorientiert und technologieoffen sein. Ziel ist die Förderung einer nachhaltigen urbanen Verkehrswende durch intelligente Ladeinfrastruktur. Einerseits nehmen die Herausforderungen in Städten zu, um großflächig und in großer Dichte Ladepunkte im städtischen Raum anbieten zu können. Es sind zunehmend Netzrestriktionen zu beachten. Andererseits zeigen Studien, dass das Laden von E-Autos zu drei Vierteln zuhause oder beim Arbeitgeber erfolgt. Einer Umfrage des Fraunhofer Institutes nach erfolgen rund 59 % aller Ladevorgänge zu Hause, 14 % der Ladevorgänge am Arbeitsplatz sowie 14 % an öffentlichen Normalladepunkten. Damit werden nur 12 % der Ladevorgänge an öffentlichen Schnellladepunkten durchgeführt. [1] Es wird ersichtlich, dass es ein großes Potenzial an anwendungsbezogen Ladelösungen gibt, welche die unterschiedlichen Anwendungsbereiche und die typischen Ladenszenarien im privaten und öffentlichen Sektor berücksichtigen. Lenken wir nun unseren Blick auf die entscheidenden Faktoren, die diese Infrastruktur zu einem Schlüsselbaustein für die urbane Energiewende machen. Kernfaktoren für eine Ladeinfrastruktur als Baustein der urbanen Energiewende Lenken wir nun unseren Blick auf die entscheidenden Faktoren, die diese Infrastruktur zu einem Schlüsselbaustein für die urbane Energiewende machen. Bei entsprechender Berücksichtigung sind diese wesentliche Erfolgsfaktoren damit sich die E-Mobilität als wichtiger Baustein der urbanen Verkehrswende zementiert. Für den typischen Pendler ist Schnellladung nicht nötig. Ein mehrstündiges Laden mit geringer Leistung reicht für das Nachladen der täglichen Pendlerstrecke von durchschnittlich 50 km aus, da Fahrzeuge in der Regel 23 Stunden am Tag stehen. E-Fahrzeuge sollten damit vorzugsweise während des Parkens geladen werden - beim Arbeitgeber, am Park-and-Ride-Parkplatz, am Flughafen oder im Logistikhub. Das bedeutet, Ladepunkte müssen an den Orten anwendungsbezogen und sinnvoll geschaffen werden, wo Fahrzeuge oft und lange stehen. Basierend auf den unterschiedlichen Anwendungsbereichen und den typischen Ladenszenarien im privaten und öffentlichen Sektor lassen sich die notwendige Ladeleistung je Anwendung bzw. je Ladeszenario ableiten. Gerade bei langen Standzeiten von Fahrzeugen und an Orten, an denen viele Bild 1: Integration PV- Anlagen. © MAHLE chargeBIG 81 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden, reichen in der Regel geringe und intelligent gesteuerte Ladeleistungen aus. Hohe Ladeleistungen würde die Kosten in eine Netzanschlusserweiterung, die Stromkosten für Spitzenleistung und Netzentgelte sowie die Langlebigkeit der Fahrzeugbatterie negativ beeinflussen. Nachdem wir die grundlegenden Prinzipien einer effektiven Ladeinfrastruktur als Teil der urbanen Energiewende behandelt haben, richten wir nun unser Augenmerk auf eine innovative Lösung zur Minimierung von Treibhausgasemissionen. Bei vielen Unternehmen gibt es Platz für E-Autos und Ladeinfrastruktur. Laden an Orten, an denen Fahrzeuge lange stehen, ist daher eine sinnvolle und notwendige Ergänzung zu Schnellladepunkten und zu Ladepunkten im Eigenheim. Das folgende Kapitel zeigt auf, wie durch intelligentes Laden am Arbeitsplatz eine nachhaltige Reduzierung der CO 2 -Emissionen ermöglicht werden kann. Charge@Work zur Minimierung von Treibhausgasemissionen Der Verkehrssektor ist für mehr als 20 % der Emissionen in Deutschland verantwortlich, mit steigender Tendenz, obwohl die Klimaschutzziele der Bundesregierung einen erheblichen Rückgang erfordern. Es gilt die Emissionen des Straßenverkehrs über unterschiedliche Möglichkeiten zu reduzieren. Obwohl die E-Mobilität bereits die effizienteste und damit klimafreundlichste Antriebsart darstellt, gibt es in diesem Hinblick auch weitertes Optimierungspotenzial, um diesen Individualverkehr weiter ressourcenschonend zu elektrifizieren. Eine Studie des Fraunhofer-Instituts [2] zeigt, dass mit intelligentem Laden von E-Autos die CO 2 -Emissionen reduziert werden können und dies vorteilhaft für einen schonenden Netzausbau ist. Der momentane Strommix ist eine wesentliche Einflussgröße, wie viel CO 2 sich beim Laden des E-Autos einsparen lässt, da schwankende Anteile von erneuerbaren Energien im Stromnetz vorkommen. Anwendungsbezogen bedeutet dies, dass das Laden um die Mittagszeit CO 2 -Einsparungen begünstigt, da der Anteil aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne um diese Tageszeit im Stromnetz am größten ist. Die Studie zeigt auf, dass sich Emissionen beim Laden über die Mittagszeit an Tagen mit viel erneuerbarer Sonnen- und Windenergie um fast die Hälfte gegenüber dem Laden am Abend zuhause reduzieren lassen. Idealerweise befindet sich die Photovoltaik- Anlage auf dem Dach des Unternehmens, der Strom kann direkt abgenommen werden. Somit wirkt sich das Laden des E-Autos - beispielsweise am Arbeitsplatz, an Bahnhöfen oder Park-and-Ride-Parkplätzen - positiv auf die Treibhausgasemissionen aus. Eine Photovoltaik-Anlage ist vorteilhaft für Ressourceneinsatz und -nutzen. Beim Laden am Arbeitsplatz in Verbindung mit einer Photovoltaik- Anlage ist die Ladezeit kompatibel mit dem besten Zeitpunkt zur direkten Stromerzeugung über die Photovoltaikanlage. Es werden somit weniger energie- und ressourcenintensive elektrische Speicher benötigt. Eine direkte, zentrale Nutzung des erneuerbaren Stroms, beispielsweise am Arbeitsplatz, hat weitere Vorteile im Hinblick auf den schonenden Umgang mit Ressourcen. Dies ist deshalb vorteilhaft, da vermieden wird, dass alle Besitzer*innen von E-Autos eine eigene Photovoltaik-Anlage und einen Speicher nur zu Ladezwecken in ihren Wohnhäusern installieren. Die Netzbelastung durch das gleichzeitige Einspeisen von Strom aus Photovoltaikanlagen zur Mittagzeit wird durch die direkte Nutzung vor Ort abgefedert. Des Weiteren können E-Autos durch bidirektionales Laden - also die Fähigkeit, Strom auch wieder ins Netz einzuspeisen - selbst zu Energiespeichern werden und damit aktiv zur Netzstabilität beitragen. Nachfolgend werfen wir einen Blick auf ein konkretes Anwendungsbeispiel das verdeutlicht, wie anwendungsbezogene Lösungen in der Praxis umgesetzt werden können. Anwendungsbeispiel bei einem Park-and-ride- Parkplatz Es gibt einige Praxisbeispiele auf www.bable-smartcities.eu für eine anwendungsbezogene und kosteneffiziente Ladeinfrastruktur zu entdecken. Eine Blaupause für viele Bahnhöfe ist die Schaffung einer netzfreundlichen Ladeinfrastruktur für Pendler und die Verknüpfung mit dem öffentlichen Transport. Bild 2: AC-Ladesystem mit zentraler Steuerungseinheit. © MAHLE chargeBIG 82 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende Das Anwendungsbeispiel behandelt die Schaffung einer nun diskutierten effizienten Ladeinfrastruktur auf einem Park-and-Ride-Parkplatz und zeigt, wie diese Lösung realweltliche Bedürfnisse erfüllt. Die Stadtverwaltung in Lorch (Baden-Württemberg) hatte erkannt, dass die Erhöhung der Anzahl der Lademöglichkeiten im Stadtgebiet auf den Parkplätzen am Bahnhof Lorch einen sinnvollen Anwendungsfall darstellt und Nachfrage besteht. Im Jahr 2023 wurden deshalb Ladestationen mit der Zielsetzung am Bahnhof installiert, das elektrische Laden für Pendler zu ermöglichen. [3] Die Herausforderung bestand in der erforderlichen Installation einer netzfreundlichen und bezahlbaren Ladeinfrastruktur für die öffentliche Nutzung. Dafür wurden 28 Ladepunkte für Elektrofahrzeuge am Bahnhof Lorch auf dem Park-and- Ride-Parkplatz vom Anbieter Mahle chargeBIG installiert. Es wurden 26 einphasige Ladepunkte mit einer Ladeleistung von maximal 7 kW und zwei dreiphasige Schnellladepunkte mit einer Ladeleistung von maximal 22 kW errichtet. Eine zentrale Steuereinheit verteilt die verfügbare Ladeleistung durch dynamisches und phasenindividuelles Lastmanagement auf die geparkten Fahrzeuge. Damit konnte eine anwendungsbezogene Lösung für die höheren Standzeiten der Autos realisiert werden und dies kostenoptimal umgesetzt werden. Eine Ladelösung mit mehreren Ladeanschlüssen kann realisiert werden, indem viele Wallboxen und Ladestationen in Reihe geschaltet werden. Dies erfolgt in der Regel durch sogenannte Master-Slave-Systeme. Eine dieser in Reihe geschalteten Wallboxen, eine der Ladestationen oder eine vorgeschaltete Management-Einheit übernimmt dann die Steuerung und die Kommunikation mit dem Netzanschluss. Um alle Wallboxen in Reihe zu schalten, werden entweder Stromschienen genutzt oder Unterverteiler aufgebaut, die die Kupferkabel zwischen Wallbox oder Ladestation mit dem Netzübergabepunkt verbinden. In zentralisierten Ladeinfrastruktursystemen, in denen die Elektronik in einem Schaltschrank zusammengefasst wird, kann auf eine standortindividuelle Unterverteilung verzichtet werden. Der Schaltschrank selbst stellt dann die Steuer- und Kommunikationseinheit zum Netzübergabepunkt dar. In einem solchen System sind am Stellplatz nur Ladestecker oder Dosen vorgesehen, aber keine Ladeelektronik. Damit ergeben sich auch Wartungsvorteile in Bezug auf Kosten und Zeitaufwand. Das beschriebene Praxisbeispiel ist auch eine Lösung für weitere Parkflächen, auf denen viele Elektrofahrzeuge über längere Zeiträume abgestellt werden, wie zum Beispiel auf Flughäfen oder Messegeländen, auf Firmenparkplätzen, auf dem Gelände von Flottenbetreibern, in städtischen Logistikzentren, in der Wohnungswirtschaft oder auf großen öffentlichen Parkplätzen. Anwendungsbezogene Anpassungen bei Beschaffungen im Ausschreibungsprozess für Städte und Kommunen In einer Zeit, in der Elektromobilität einen immer größeren Stellenwert im urbanen Verkehr einnimmt, wird die Gestaltung von Ladeinfrastruktur damit zu einem Schlüsselthema für Städte und Gemeinden. Die Qualität und Effizienz dieser Infrastruktur hängt nicht nur von technologischem Fortschritt ab, sondern auch von der klugen und anwendungsbezogenen Planung bei der Beschaffung. Nachfolgend wird die Bedeutung von anwendungsbezogenen Anpassungen im Ausschreibungsprozess für Ladeinfrastruktur im öffentlichen Sektor erörtern. Essentielle Bereiche bei der Ausschreibungsoptimierung konzentrieren sich auf die Aspekte Ladeleistung, Zentralisierung, Bezahloptionen und Gesamtkosten und zeigen, wie diese Anpassungen die Elektromobilität kostenoptimal voranbringen können.  Ladeleistung: Gerade langsam ladende Ladeinfrastrukturkonzepte werden im aktuellen Design bei Ausschreibungen oftmals ausgeschlossen. Deshalb sollte die Ladeleistung immer anwendungsfallbezogen ausgeschrieben werden. Dies bedeutet, dass sich die anzubietende Ladeleistung konsequent an dem geplanten Einsatzzweck orientieren muss. Es ist zu berücksichtigen, dass nicht an jedem Parkplatz ein Ladepunkt mit einer verfügbaren Leistung von genau 11 kW oder 22 kW verfügbar sein muss. Beim privaten Laden, mit langen Standzeiten, sind geringe Ladeleistungen mit weniger als 11 kW meist ausreichend. Bild 3: Zentrale Steuereinheit. © MAHLE chargeBIG 83 4 · 2023 TR ANSFORMING CITIES THEMA Die urbane Verkehrswende Hohe Ladeleistungen haben für bestimmte Anwendungsbereiche ebenfalls ihre Berechtigung. Wie bereits erwähnt, ist dies aber in rund drei Vierteln der Fälle nicht notwendig. Die Ladepunkte, beispielsweise beim Arbeitgeber, werden in der Regel in die vorhandene Energiestruktur integriert. Insbesondere das Lastmanagement legt dynamisch steuerbare Ladeleistungen zugrunde, die eine Ausschreibung berücksichtigen sollte.  Zentralisierung: In zentralisierten Ladeinfrastruktursystemen, bei denen die elektronischen Komponenten in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind, ist keine individuelle Unterverteilung am jeweiligen Standort erforderlich. Das Gehäuse selbst fungiert als zentrale Steuer- und Kommunikationseinheit am Netzanschlusspunkt. Damit kann eine zentrale Unterverteilung bei konsequentem Aufbau und Konzept eine Vielzahl von ein- oder dreiphasigen Ladepunkten steuern. In einem solchen System sind an den Parkplätzen lediglich Ladeanschlüsse oder -buchsen vorhanden, jedoch keine Ladeelektronik. Neben Kostenvorteilen in der Produktion bestehen auch Wartungsvorteile hinsichtlich Kosteneffizienz, Zeitaufwand und IT-Sicherheit. Es sollte berücksichtigt werden, dass ein Ladepunkt nur dann mit Strom versorgt wird, wenn ein Fahrzeug angeschlossen ist, so dass bei Vandalismus oder Unfällen keine Gefahr besteht, da die Ladesäule ohne Strom ist.  Einheitliche Bezahloptionen: Wichtig ist sicherzustellen, dass die gewählte Ladeinfrastruktur den aktuellen Sicherheitsstandards entspricht und den Bedürfnissen der Benutzer gerecht wird. Bezahlsysteme sollten sich an den Richtlinien von Förderprogrammen oder an öffentlichen Regularien orientieren. Die Bezahlung per RFID- Karte wird häufig ausgeschrieben. Allerdings sind einige der RFID-Systeme anfällig für Sicherheitsprobleme, da sie nicht ausreichend verschlüsselt sind. Dies hat Bedenken hinsichtlich der Datensicherheit aufgeworfen. Die Verwendung von Smartphone-Apps für die Freischaltung und Bezahlung von Ladevorgängen gewinnt an Beliebtheit. Diese Lösungen bieten oft mehr Komfort und Flexibilität für die Benutzer. Außerdem sind sie oft kostengünstiger in der Anschaffung, da keine physische RFID-Karte benötigt wird.  Gesamtkosten: Die Ausschreibung sollte immer die Gesamtkosten betrachten. Ladeinfrastruktur bezieht sich nicht nur auf die Hardware und die Installation, sondern auch auf begleitende Dienstleistungen wie die Wartung, Abrechnung, den Service und Support. Fazit Abschließend lässt sich festhalten, dass die einsatzbezogene Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge in städtischen Gebieten von entscheidender Bedeutung ist. Dabei sollten anwendungsbezogene Lösungen und die Berücksichtigung der realen Bedürfnisse der Nutzer im Mittelpunkt stehen. Der Artikel betont die Dringlichkeit, nicht nur so schnell wie möglich zu laden, sondern so schnell wie nötig. Dies gilt insbesondere im privaten Bereich zuhause und beim Arbeitgeber. Eine übermäßige Betonung hoher Ladeleistungen ohne entsprechende Anwendungsbezogenheit kann zu Herausforderungen im Lastmanagement führen, die sich negativ auf Gesamtkosten, Stromkostenoptimierung und Treibhausgasemissionen auswirken. In Ausschreibungsprozessen für Ladeinfrastruktur sollten Technologieoffenheit und eine anwendungsbezogene Herangehensweise Priorität haben. Dies gilt sowohl im privaten als auch im beruflichen Umfeld. Letztendlich kann eine sorgfältige Planung und Implementierung der Ladeinfrastruktur konsequent nach dem Nutzungsfall beitragen, die Elektromobilität als wichtigen Baustein für eine nachhaltige urbane Verkehrswende zu etablieren. LITERATUR: [1] Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI): Laden von Elektrofahrzeugen in Deutschland mit Ökostromverträgen. Working Paper Sustainability and Innovation, 02 (2022). [2] Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik (FIT): Elektromobilität im ländlichen Raum - Handlungsempfehlungen für die Gestaltung der Mobilität von Morgen. Auftrag des Naturschutzbundes Deutschland e. V. (NABU). [3] BABLE Smartcities, Gemeinde Lorch, Mahle chargeBIG: Aufladen von Elektrofahrzeugen an einem Park-and-Ride-Platz, Use Case, (2023). https: / / www. bable-smartcities.eu/ de/ entdecken/ anwendungsfaelle/ use-case/ electric-vehicle-charging-at-a-parkand-ride-location.html AUTOR Prof. Dr. Philipp Riegebauer Chief Project Officer BABLE Smart Cities Kontakt: philipp@bable-smartcities.eu