Ist der E-Lkw bereit für alle Stufen der Mobilität – bis hin zum Fernverkehr? Und wie können im Depot auch mehr Fahrzeuge geladen werden, ohne dass sprichwörtlich das Licht ausgeht oder teure Lastspitzen entstehen? Das Öko-Institut (Berlin) hat in zwei Fallstudien untersucht, welche Voraussetzungen es für den Einsatz batterieelektrischer Lkw im Fernverkehr und für die umfassende Elektrifizierung großer Fuhrparks braucht – von der Organisation der Prozesse bis hin zu den Depots.
Wissenschaftliche Begleitforschung zum Einsatz batterieelektrischer schwerer Nutzfahrzeuge
Beide Analysen entstanden im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitforschung des Projekts ELV-Live zum regulären Einsatz von batterieelektrischen schweren Nutzfahrzeugen in der Praxis, gefördert durch das Bundesministerium für Umwelt, Klimaschutz, Naturschutz und nukleare Sicherheit im Rahmen des Programms "erneuerbar mobil". Beteiligt waren die Praxispartner Rigterink Logistikgruppe mit Sitz in Nordhorn und der Kemptener Logistikdienstleister Dachser. Laut Florian Hacker, Projektleiter am Öko-Institut, waren sowohl reale Tourenprofile als auch modellierte Einsatzszenarien und Daten aus der Logistikpraxis die Basis für die Studien.Das Fazit: "Unternehmen benötigen realistische Planungsgrundlagen, deutlich veränderte betriebliche Prozesse, Kostentransparenz und eine enge Zusammenarbeit mit Netzbetreibern sowie die Unterstützung weiterer zentraler Akteure bei der Transformation", so der Projektleiter. "Wenn diese Bausteine zusammenkommen, kann dieser tiefgreifende Wandel gelingen."
Was beim Einsatz von E-Lkw im Fernverkehr zu beachten ist
Die Fernverkehrsstudie etwa basiert laut Florian Hacker auf 23 realen Tagestouren der Rigterink Logistikgruppe, aus denen drei für eine detaillierte Analyse ausgewählt wurden. Die besondere Herausforderung ist laut Hacker hier, dass Rigterink die Touren der Fahrzeuge im nationalen Fernverkehr meist sehr kurzfristig disponiert und die Touren insgesamt sehr variabel sind – ein sehr anspruchsvoller Einsatz also auch für E-Lkw.
Untersuchung von drei Routen und den Ladeoptionen auf dem Weg
Eine "typische" Beispieltour war demnach 633 Kilometer lang – von Thüringen über Nordrhein-Westfalen mit Ziel in Rheinland-Pfalz; ohne dass der Lkw an einem der zehn deutschlandweiten Rigterink-Depots vorbeikommt. Die Autoren fanden zwei gute Optionen für das Zwischenladen und drei Nachtladeoptionen. Tagsüber müssen 52 kWh nachgeladen werden. Die zweite Beispieltour war mit fast 769 Kilometer deutlich länger und führte vom südlichen Bayern über Ostdeutschland in den Großraum Hamburg; auch hier konnte kein Depot angefahren werden. Der Fahrer absolvierte 13 Arbeitsstunden inklusive Pausen und 9:40 Stunden Lenkzeit. Auf dem Weg wurden fünf Stopps eingelegt, es ergaben sich drei gute Zwischen- und drei Nachtladeoptionen. Während des Zwischenladestopps mussten mindestens 180 kWh geladen werden. Ein Stopp am Depot – in dem Fall sogar mehrfach – war bei der dritten Tour (knapp 600 Kilometer lang) gegeben, auch, weil ein Teil der Tour von Nordrhein-Westfalen dreimal befahren wurde (hin, zurück und wieder hin), bevor die Tour nach 12:30 Stunden Arbeitszeit in Süddeutschland zu Ende war. Vier längere Stopps hatten Zeit zum Laden gegeben, wobei nur 25 kWh Zwischenladung notwendig gewesen wäre. Drei gute Zwischenladeoptionen und eine Nachtladeoption fanden die Autoren entlang der Route.
Ergebnis: Zwischenladen muss sein, Nachtladen noch schwierig
Ein Ergebnis: Mit den aktuell verfügbaren E-Lkw mit einer Batteriekapazität von rund 600 Kilowattstunden lassen sich laut Hacker Reichweiten von 500 bis 600 Kilometern erzielen, viele Fernverkehrstouren könnten bereits ohne Zwischenladen bewältigt werden. Aber: Rund 40 Prozent der untersuchten Fahrten benötigen unterwegs zusätzliche Energie, jedoch meist nur in geringer Menge. Dieses Zwischenladen, so die Studie, kann in der Regel gut in die gesetzlich vorgeschriebenen Pausen integriert werden, sofern geeignete Lkw-taugliche Ladepunkte zur Verfügung stehen. Als schwieriger erwies sich demnach in den untersuchten Fällen das Nachtladen: 87 Prozent der Rigterink-Fahrzeuge erreichen nachts, am Ende der Tagestour, kein Unternehmensdepot.
Problem: Lenkzeit reicht nicht für lange Umwege zum nächsten verfügbaren Ladepunkt aus
Eine Lösung wäre zwar, noch in Autobahnnähe mit Hochleistungsladen die Batterien voll zu bekommen – das könnte aber im Hinblick auf die Lenk- und Ruhezeiten problematisch werden. Auch ein Problem ist, wenn der Zielort weiter weg von der Autobahn und damit auch von öffentliche Ladepunkten ist. "Oft reicht die Lenkzeit nicht für lange Umwege zum nächsten verfügbaren Ladepunkt am Ende des Tages aus". Laut Hacker braucht es also für einen zuverlässigen Einsatz im Fernverkehr eine deutlich breiter verfügbare Lkw-taugliche Ladeinfrastruktur. Eine Lösung hat Rigterink der Studie zufolge schon parat: Kooperationen mit weiteren Logistikunternehmen, deren Depots und Ladeinfrastruktur perspektivisch für Zwischen- und Nachtladen genutzt werden können.
Herausforderungen bei der Vollelektrifizierung großer Depots
Die zweite Fallstudie untersuchte die technische Herausforderung bei der Vollelektrifizierung großer Depots, konkret anhand des Beispiels einer Dachser-Niederlassung mit rund 250 Fahrzeugen. Darunter 40-Tonner, die einmal am Tag eine Fernverkehrstour fahren, Doppelschichtfahrzeuge, die sowohl eine Fernverkehrs- als auch eine Nahverkehrstour fahren sowie kleinere Fahrzeuge bis 18 Tonnen, die einmal am Tag eine Nahverkehrstour fahren.
Der untersuchte Standort besteht aus zwei benachbarten Depots, die teilweise elektrifiziert sind und aktuell über vier Ladesäulen mit insgesamt 720 kW verfügen; eine Halle ist eine Kühlhalle und hat daher einen erhöhten Energiebedarf. Ein Ausbau der Ladeinfrastruktur und die Erweiterung des Netzanschlusses sind demnach in Planung.
Aktivitätsmuster für Fahrzeuge erstellt: Wann stehen die Fahrzeuge zum Laden im Depot?
Für ihre Einschätzung bereiteten die Autoren die gegebenen Daten zu einem typischen Tag auf und leiteten für jedes Fahrzeug ein Aktivitätsmuster ab, ergänzt durch einen hypothetischen Energiebedarf bei einer Elektrifizierung des Fahrzeugs und den Standzeiten im Depot. Festgehalten wurde auch, zu welchen Zeitpunkten die Fahrzeuge im Depot stehen und potenziell Energie laden können. Daraus wurden unterschiedliche Ladestrategien abgeleitet, die wiederum einzeln betrachtet wurden; die notwendige Ladeleistung des gesamten Fuhrparks über den Tag hinweg wurde berechnet und die maximale Ladeleistung abgeleitet. Schließlich wurden potenzielle Hürden und Potenziale abgeleitet, und letztlich alle Ergebnisse überarbeitet, so dass Szenarien miteinander verglichen und ein Fazit gezogen werden konnte.
Wenn alle laden, entstehen riesige Lastspitzen
Ein kritischer Faktor: Zwischen 3:30 und 6 Uhr ist der gesamte Fuhrpark im Depot. Ohne Lademanagement können dann beim gleichzeitigen Laden der Fahrzeuge Lastspitzen von 22 bis 27 Megawatt (MW) auftreten, so die Studie. Das entspräche einem Vielfachen der am Standort geplanten Netzanschlussleistung. Auch am Nachmittag, wenn alle Nahverkehrsfahrzeuge zurückkommen, sind kurzzeitig alle Fahrzeuge des Fuhrparks im Depot. Und gerade Fahrzeuge im Zweischichtbetrieb haben dann wenig Zeit zum Laden, benötigen also eine hohe Ladeleistung.
Die Lösung: Durch zeitversetztes und standzeitbasiertes Laden könnte der Spitzenbedarf auf 4,3 MW reduziert werden. Durch den Einsatz eines Batteriespeichers, der Energie bei niedriger Netzlast aufnimmt, sinkt der Bedarf weiter auf 3,8 MW. Und: Durch Optimierung der Ladeleistung pro Ladepunkt reduziert sich die Zahle der benötigten Ladepunkte, was Baukosten und Platzbedarf reduziert.
Nicht alle müssen im Depot laden
Laut der Studie können betrieblich-organisatorische Anpassungen den Leistungsbedarf weiter senken, etwa wenn Fernverkehrsfahrzeuge zumindest einen Teil des Energiebedarfs über das öffentliche Laden holen oder die kleinen Einschicht-Nahverkehrsfahrzeuge bei den Subunternehmen geladen werden. Oder der Nahverkehr wird nicht nachts im Depot geladen, so erhöht der ankommende Fernverkehr die Netzbelastung nicht, sondern nutzt die freiwerdenden Kapazitäten effizient aus.
Laut Hacker ist das Depotladen auch bei größeren Flotten also technisch gut möglich. Es bedarf aber zahlreichen Anpassungen, darunter häufigeres Umparken, neue Abläufe, Priorisierungslogiken und die Integration in IT-Systeme. Diese Anpassungen müssten im Praxischeck im Detail bewertet werden; die technische und organisatorische Umsetzbarkeit einzelner Maßnahmen hänge zudem stark vom jeweiligen Standort ab. Die vollständige Elektrifizierung großer Depotflotten ist laut dem stellvertretenden Leiter des Bereichs Ressourcen & Mobilität also grundsätzlich technisch möglich, jedoch nicht "nebenbei", sondern unter Voraussetzung einer intelligenten Steuerung aller Ladevorgänge.
