Mobility2Grid - Sektorenübergreifende Energie- und Verkehrswende

Dieses Kapitel beleuchtet die Markt- und Systemintegration von E-Mobilität und zeigt, neben aktuellen Praxisanwendungen, zukünftige Ansätze zur Systemoptimierung in intelligenten Energieversorgungsnetzen auf. Die Gestaltung einer kostengünstigen, nachhaltigen und versorgungssicheren Energieversorgung inklusive Mobilität ist dabei die hauptausschlaggebende Zielsetzung. In diesem Zusammenhang werden die Anforderungen aus den regulatorischen, technischen und ökonomischen Rahmenbedingungen zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen analysiert, sowie Flexibilitäten für Lade- und Entladevorgänge identifiziert und bewertet. Die Umsetzbarkeit passiver und aktiver Lademanagementsysteme wird anhand eines realen Umfeldes vorgestellt und diskutiert. Weiterführende Anwendungsbereiche sowie Integrationslösungen werden in rechnergestützten Simulationen für Smart-Grid-Lösungen vertieft. Hierbei wird anhand des Aggregationskonzeptes eines virtuellen Kraftwerks gezeigt, wie E-Mobilität als Flexibilitätsbaustein in Smart Grids verstanden werden kann. Der sektorenübergreifende Lösungsansatz wird anhand mathematischer Formulierungen und Methoden zur Bestimmung potenzieller Systemdienstleistungen spezifiziert und in Fallstudien evaluiert. Als Ergebnis dieses Kapitels werden praxistaugliche und wissenschaftliche Realisationsmöglichkeiten für E-Mobilität in Smart Grids aufgezeigt, Handlungsempfehlungen erschlossen sowie gewonnene Erkenntnisse für die Gestaltung einer zukünftigen regenerativen Energieversorgung vermittelt.

Firmen- und Carsharing-Flotten sind von großer Bedeutung für die Markteinführung der Elektromobilität, da die Entscheidung für oder gegen ein Elektrofahrzeug im Neuwagenmarkt gefällt wird, der von gewerblichen Investoren dominiert wird. Die Elektrifizierung von Firmen- und Carsharing-Flotten kann einige Vorteile in Bezug auf Kosten, Klimaschutz, digitales Flottenmanagement und Image mit sich bringen, sie ist allerdings für deren Eigentümer und Betreiber auch mit einem erhöhten Investitions- und Organisationsaufwand und einigen Unsicherheiten verbunden.

Die Elektrifizierbarkeit einer Fahrzeugflotte hängt stark von deren Nutzung ab, weshalb eine individuelle Nutzungsanalyse der Flotte erforderlich ist. Einerseits müssen die Laufleistungen der Fahrzeuge groß genug sein, um von den geringeren Betriebs- und Verbrauchskosten zu profitieren, und andererseits müssen die Elektrofahrzeuge den Anforderungen an Mindestlaufleistung und maximale Ladezeiten der Flottenfahrzeuge genügen. Die Möglichkeit, die Fahrzeugflotte Stück für Stück zu elektrifizieren und dabei die unterschiedlichen Nutzungsprofile der Fahrzeuge zu berücksichtigen, ist dabei ein großer Vorteil. Typische Nutzungsdaten zeigen, dass meist ein großer Anteil einer gewerblichen Flotte für die Elektrifizierung problemlos geeignet ist.

Eine zentrale Herausforderung stellen die Bereitstellung und der Betrieb der Ladeinfrastruktur dar. Bezüglich der Anzahl der Ladepunkte, deren Aufstellort und Technologie, der erforderlichen Netzanschlussleistung sowie des Betriebsmodells und Lademanagements gibt es eine Vielzahl von Handlungsoptionen. Deshalb ist ein Gesamtkonzept erforderlich, das auch die künftige Dynamik der Fuhrparkelektrifizierung berücksichtigt und eine ausreichende Flexibilität in Bezug auf mögliche Änderungen der Rahmenbedingungen bietet.

Der Verkehrssektor ist noch immer verantwortlich für einen wesentlichen Anteil an den CO₂-Emissionen; in Deutschland konnte bisher keine Trendwende erreicht werden. Dies wird im öffentlichen Diskurs zwar häufig thematisiert, doch werden bisher kaum Lösungen für gewerblich genutzte Areale angeboten. Dieser Beitrag zeigt, dass einfache und konkrete städtebauliche Maßnahmen ergriffen werden können, um die Verkehrswende voranzutreiben und gleichzeitig für Mieter attraktiv zu bleiben. Dies alles ist möglich, ohne die Mobilität einzuschränken.

Die Verfahren der autoorientierten Verkehrsplanung mit einem Fokus auf die Flüssigkeit des Kfz-Verkehrs greifen für die Entwicklung moderner innerstädtischer Quartiere häufig zu kurz. Dies gilt insbesondere dann, wenn auch städtebauliche Ziele, wie z. B. eine Erhöhung der Aufenthaltsqualität oder eine Reduktion des motorisierten Verkehrs, erreicht werden sollen.

Am Beispiel des Berliner EUREF-Campus zeigt der Beitrag auf, welche Maßnahmen ergriffen werden können, um energieeffiziente und emissionsarme Verkehre zu fördern, den Flächenverbrauch zu senken und innerstädtische Gewerbegebiete für Mieter und Besucher attraktiv zu machen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt zudem auf dem Thema Elektromobilität, bei dem der EUREF-Campus eine Vorreiterrolle eingenommen hat.

Zudem wird beleuchtet, welche Maßnahmen zum Monitoring ergriffen wurden und inwiefern sich die bisher umgesetzten Maßnahmen zum jetzigen Zeitpunkt als wirksam herausgestellt haben.

Bei den Betreibern des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV), als auch bei den städtischen Ver- und Entsorgungsunternehmen, besteht ein sehr großes Interesse an innovativen Konzepten zur Einführung von emissionsarmen Fahrzeugen, um in Innenstadtbereichen Luftverschmutzung und Lärmbelastung zu reduzieren. In diesem Beitrag werden die unterschiedlichen Aspekte der Planung und Einführung von elektrifizierten Flotten im urbanen Umfeld diskutiert. Es wird zunächst das Potenzial der Emissionsvermeidung durch elektrische Flotten analysiert und durch exemplarische Betrachtungen hinterlegt. Es folgt eine Vorstellung und Bewertung von Elektrifizierungskonzepten für innerstädtische Nutzfahrzeuge. Bei der Elektrifizierung großer Flotten müssen zudem die Betriebshöfe bei der Systemplanung mitberücksichtigt werden. Veränderungen im üblichen Betriebsablauf können notwendig werden und haben überdies Auswirkungen auf das Betriebshof-Layout sowie erforderliche Netzinfrastrukturen. Durch eine Smart-Grid-Integration können Synergien für Flotten- und Netzbetreiber entstehen, was prototypisch auf dem EUREF-Campus durch eine intelligente Ladestation für E-Busse erprobt wird. Der Beitrag wird durch Umsetzungsstrategien am Beispiel Berlins sowohl für den Bus- als auch für den Entsorgungsverkehr abgerundet.

Die zunehmende Digitalisierung in den Bereichen der Mobilität und Energie verändert erheblich die Strukturen in den beiden Sektoren. Um das Potenzial zur integrierten Energie- und Mobilitätswende zu heben, müssen die unterschiedlichen Stakeholder der einzelnen Bereiche untereinander vernetzt werden, um so die Entwicklung von Elektromobilitätsinnovationen voranzutreiben. Im vorliegenden Kapitel soll an einigen Beispielen aufgezeigt werden, welche Aspekte der Digitalisierung einen unmittelbaren Einfluss auf die Elektromobilität haben können, welche Dienste an der Schnittstelle zwischen Energie- und Mobilitätssektor zukünftig benötigt werden, wie digitale Plattformen als Vernetzungsinstrument ein Mehrwert für die vielfältigen Stakeholder aus dem Bereich der Elektromobilität schaffen können, sowie wie dieses dynamische Netzwerk in den rechtlichen Rahmen eingeführt und mithilfe neuer digitaler Technologien effizient verwaltet werden kann.

Die City-Logistik ist von Zukunftstrends in Handel, Industrie und Verkehr beeinflusst und aktuell einer Vielzahl von Trends und Herausforderungen ausgesetzt. Im Zuge des steigenden Handlungsbedarfs ist eine Forschungslandschaft mit unterschiedlichen Maßnahmen und Lösungsansätzen entstanden. Eine zentrale Rolle für die nachhaltige Gestaltung und Elektrifizierung der City-Logistik spielt die Integration von Mikro-City-Hubs. Die Merkmale eines Stückgutnetzwerks stellen dabei besondere Anforderungen an die Konzeption, Implementierung und Wirtschaftlichkeit von Mikro-City-Hubs.

Dieser Beitrag präsentiert Ergebnisse aus der Akzeptanz- und Partizipationsforschung im Kontext des Reallaboransatzes. Der Berliner EUREF-Campus bildet den zentralen Ort der Wahrnehmung und Bewertung im Forschungscampus Mobility2Grid. Dort werden Demonstrationsobjekte der Sektorenkopplung gezeigt, welche die Vision der Verknüpfung von regenerativen Energien und Mobilität verkörpern. Sie wirken als Grenzobjekte bzw. „boundary objects“ auch über das EUREF-Campusgelände hinaus auf Betriebshöfen oder in den angrenzenden Stadtteil hinein. Der partizipative Charakter des Reallabors ist ferner essenzieller Bestandteil der Forschung und Umsetzung. Anhand von empirischen Ergebnissen verdeutlichen die Autorinnen und Autoren des Beitrags die Relevanz des Settings und der „boundary objects“ für einen erfolgreichen Reallaboransatz.

Transformationsprozesse prägen seit jeher das soziokulturelle und ökonomische Zusammenleben städtischer Gesellschaften. Die dabei auftretenden Spannungsfelder sind vielfältig und von nationalen und regionalen Kontexten abhängig. Sie erzeugen eine fortwährende Diskussion über Handlungserfordernisse und -potenziale, und führen zu immer wieder neuen und modifizierten Formen von vermeintlich adäquaten Lösungsansätzen. Das vorliegende Kapitel untersucht die Bedeutung von Bildungs- und Wissenstransferformaten für den derzeitigen Transformationsprozess aus der Verbindung von Energie- und Mobilitätswende in Deutschland. Als Untersuchungsrahmen hierfür dient der Forschungscampus Mobility2Grid (M2G) auf dem Berliner EUREF-Campus. Hierbei werden mittels empirischer Daten und des Reallaboransatzes unterschiedliche Weiterbildungs- und Wissenstransferformate dargestellt und auf ihre nachhaltige Transformations- und Innovationskraft hin beurteilt. Im Fokus der Analyse stehen dabei die Entwicklung, Erprobung und Evaluation von interdisziplinären MBA-Studiengängen sowie von M2G-spezifischen Weiterbildungsmodulen und Formaten der öffentlichen Informationsverbreitung zum Thema Elektromobilität. Basierend darauf liefert das Kapitel abschließend eine wissenschaftliche und praxisnahe Reflexion der Grenzen und Chancen von Wissenstransfermethoden aus der Forschung in die Gesellschaft.

In diesem Kapitel wird gezeigt, wie die verschiedenen Lösungsansätze, die im Rahmen des Forschungscampus Mobility2Grid entwickelt wurden, im Reallabor auf dem Berliner EUREF-Campus zunächst zentral evaluiert und getestet und dann auch betrieben werden. Die integrativen Lösungen ermöglichen ein hohes Maß an technischer, funktionaler und ökonomischer Flexibilität.

Die Infrastrukturen und technischen Anlagen des Micro Smart Grid werden in einem SCADA-System (Supervisory Control and Data Aquisition) verbunden, überwacht und gesteuert. Auf einer übergeordneten Managementplattform wird die Effizienz des Gesamtsystems optimiert. Energieflüsse werden planbar und Flexibilitäten können gezielt eingesetzt werden.

Neben der technologischen Integration müssen auch in den entsprechenden Regularien und in der gebauten Umwelt Räume geschaffen werden, die eine Veränderung der Mobilität ermöglichen, statt einen monomodalen Verkehr zu bevorteilen.

Dieses Kapitel befasst sich auch mit der zukünftigen Weiterentwicklung im Bereich Mobilitäts- und Energiewende und damit verbunden, den nachhaltigen, effizienten und vernetzten Systemen der Stadt von morgen.

Das Zusammenspiel von neuen, elektrifizierten Mobilitätsangeboten und den damit verbundenen Anforderungen an die Energiesysteme gehört zu diesen zukünftigen Herausforderungen. Die effiziente, wirtschaftliche und nachhaltige Integration e-mobiler Speicher- und Ladetechnologien, das automatisierte Fahren und Laden als Technologie-Enabler für urbane Flotten, die technologieoffene Erforschung multifunktionaler Mobilitätshubs sowie die Prognose und Wirkungsanalyse der Neo-Mobilität stehen ebenfalls im Fokus der zukünftigen Weiterentwicklung des Forschungscampus Mobility2Grid.

Die im Rahmen von Mobility2Grid geschaffene Blaupause für die Entwicklung urbaner Areale soll in einem nächsten Schritt in diversen Umsetzungsprojekten verwirklicht werden. Diese Transferareale dienen somit als „Proof of Concept“ für die im Forschungscampus Mobility2Grid entwickelten Lösungen, welche dort auf räumlich sowie kontextuell veränderte Rahmenbedingungen treffen.

Die Partizipationsforschung ist dabei in alle zukünftigen Forschungskerne zu integrieren, denn ohne diesen transdisziplinären Ansatz sowie die Integration aller beteiligten Akteure kann Transfer und Scaling-up nicht erfolgreich sein.