Induktives Laden: Laden wie von Geisterhand

Im Rahmen des Projekts „Talako“ soll in Mülheim an der Ruhr und Köln die Möglichkeit induktiven Ladens von Taxis in der Warteschlange 
erprobt werden. Von Claus Bünnagel

 Künftig soll die Warte-als Ladezeit genutzt werden. Bild: LEVC
Künftig soll die Warte-als Ladezeit genutzt werden. Bild: LEVC
Claus Bünnagel

Eine Simulation der TU Berlin hat festgestellt, das Taxis im Schnitt weniger als 150 Kilometer unterwegs sind. Darum könnten beim Einsatz von Hybrid- oder Elektrofahrzeugen die Akkugrößen aufgrund der Einsatzprofile deutlich kleiner ausfallen als bei vielen Privatautos. Das würde den Fahrzeugpreis senken und intelligente Ladekonzepte fördern.

Denn viele Taxistände arbeiten im Warteschlangenbetrieb. Diese Warte- wäre als Ladezeit nutzbar. Und statt die Fahrzeuge mit hohen C-Raten in einem einzigen Ladeprozess mit Energie zu versorgen, könnte man mit häufigen Nachladevorgängen zudem die Batterielebensdauer deutlich verlängern. Allerdings scheidet die kabelgebundene Ladung an Säulen wegen des Vorrückprinzips an öffentlichen Plätzen wie etwa Bahnhöfen oder Flughäfen von vornherein aus.

Dicke Luft in Köln

An dieser Stelle setzt das im Oktober 2019 gestartete Projekt „Taxi-Lade-Konzept für den öffentlichen Raum“ – kurz Talako – an. Es läuft bis 2022 und wird unter anderem vom Bundeswirtschaftsministerium mit zwei Millionen Euro gefördert. Ziel ist der Aufbau mindestens einer Pilotanlage für induktives Laden in der Warteschlange. Nicht umsonst wurde Köln ausgewählt: Zum einen gehört es mit einer NO2-Belastung von 63 μg/m3 zu den am stärksten von Luftverschmutzung betroffenen Metropolen in Deutschland. Zum anderen fand sich im rheinischen Raum eine exklusive Schar an Projektpartnern zusammen.

Mit dabei ist die RheinEnergie AG, die Stadt Köln, die Uni Wuppertal und federführend die Uni Duisburg-Essen. Im Boot sind auch zwei privatwirtschaftliche Technikunternehmen: die Intis GmbH aus Hamburg, die ihre induktive Ladetechnik für Taxianwendungen optimieren und nach Mühlheim an der Ruhr und nach Köln liefern wird, und der britische Fahrzeughersteller LEVC. Betrieben werden sollen die Hybridfahrzeuge vom Typ TX von der Kölner Taxi-Genossenschaft TaxiRuf.

Würden alle 1.189 Kölner Taxis (Stand 2018) auf elektrische Antriebe umgestellt, könnten in der Rheinmetropole im Jahr rund eine Million Tonnen CO2 und 490 Tonnen NO2 pro Jahr gespart werden. Bislang liegt der Elektroanteil bei den Taxen deutlich unter einem Prozent. Es dominiert der Diesel (85 Prozent) mit weitem Abstand vor Hybrid- (9 Prozent) und Benzin- bzw. Gasfahrzeugen (5 Prozent). Alle zusammen legen im Jahr rund 65 Millionen Kilometer zurück, also knapp 55.000 Kilometer pro Fahrzeug und rund 150 Kilometer pro Tag – was die Berechnungen der TU Berlin bestätigt.

Ein Hauch von London an Rhein und Ruhr

Derzeit befindet sich die Prototypenanlage für induktives Laden bei Taxi Stephany in Mülheim an der Ruhr in der Planungsphase, den Aufbau soll Intis im Laufe des Frühjahrs 2021 durchführen. Das Taxiunternehmen um Geschäftsführer Randolf Stephany betreibt von hier aus bereits seit Herbst 2018 ein LEVC TX – für dieses Modell wurde die Prototypenanlage konstruiert. Das vorhandene Taxi soll von Intis für induktives Laden umgerüstet werden.

Randolf Stephany schwärmt vom „Black Cab“: „Ich bin sehr überzeugt vom Konzept London-Taxi. Es bietet hervorragende Raumverhältnisse, hohe Sitzqualität und eine Trennscheibe zwischen Cockpit und Fonds.“ Er sieht daher auch klare Vorteile gegenüber vielleicht reichweitenstärkeren, im Taxigewerbe bereits eingesetzten E-Autos wie dem Tesla Model S. Für die schnelle Energieversorgung solcher Fahrzeuge mit hohen Batteriekapazitäten fehle es zudem den meisten Taxiunternehmen an passenden Lademöglichkeiten.

Der TX dagegen ist flexibler einzusetzen. Er besitzt einen 31-kWh-Akku für eine elektrische Reichweite von bis zu 125 Kilometer bei 23,4 kWh/100 km Stromverbrauch nach WLTP. Der 1,5-l-Volvo-Dreizylinder mit 67 kW/91 PS als Range Extender kann die Reichweite um rund 500 Kilometer erhöhen, was auch längere Taxifahrten möglich macht. Dabei treibt der Benzinmotor nicht die Achse an, sondern versorgt als Generator die Batterie mit Strom. Das vermeidet Lastspitzen und sorgt für eine optimierte Abgasnachbehandlung.

Stephany erklärt dazu: „Mein Ziel war es, 70 Prozent der Tagesumläufe rein elektrisch zu absolvieren. Mittlerweile bin ich bei ca. 95 Prozent angekommen. Das hat neben dem Umweltaspekt auch wirtschaftliche Gründe, denn die Plug-in-Stromversorgung ist erheblich günstiger als der Range-Extender-Betrieb“. Rund 70.000 Euro netto muss man für das TX-Taxi inklusive Einbauten rechnen. Mittlerweile gibt es eine BAFA-Förderung von 3.750 Euro. Stephany wünscht sich für zukünftige Mobilitätskonzepte im Taxibereich die Priorisierung elektrischer Taxis in der Warteschlange, um die Elektrifizierung in der Branche voranzutreiben. Das könnte auch ein Ergebnis des Talako-Projekts sein, denn eine induktive Ladezone ließe sich in der Warteschlange einrichten. Für letztere werden derzeit Standorte sondiert. In Frage kämen z.B. der Hauptbahnhof, die Kölnmesse oder der Flughafen Köln-Bonn. Die Installation soll bis Anfang 2022 erfolgen.

Das Netz wird nicht über Gebühr belastet

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Wie soll die Pilotanlage konzipiert sein? Geplant sind drei Ladeeinheiten, an denen bis zu sechs Fahrzeuge mit Energie versorgt werden können. Eine mechanische Spurführung der Taxis ist dabei ebenso denkbar wie die Nutzung des bereits vorhandenen Intis-Positionierungsassistenten. Die Anlage wird dabei auf ca. 20 kW pro Fahrzeug ausgelegt, was inklusive Übertragungsverlusten eine dauerhafte Einspeisung von max. 22 kW pro Fahrzeug bedingt. Denn der Wirkungsgrad Netz–Fahrzeugbatterie der induktiven Ladetechnik beträgt mehr als 90 Prozent. Mit sechs Fahrzeugen auf der Ladestraße wird das Netz also maximal 132 kW dauerhaft erbringen müssen – eine überschaubare Größe, nimmt man gängige 450-kW-Pantografenmasten für Elektrobusse als Relation. Im Projekt sind 50.000 Euro pro 20-kW-Ladespot eingeplant.

Die Ladestationsseite benötigt einen dreiphasigen Stromanschluss. Die genaue Auslegung ist noch nicht festgelegt, aber ein zentraler Netzanschluss mit einer DC-Verteilung zu den Ladepunkten ist wahrscheinlich. Hierzu müssen Strom- und Kommunikationskabel zu jedem Ladepunkt verlegt werden. Diese brauchen ein Fundament, was Erdarbeiten erfordert. Dazu kommt eine Erhöhung des Netzanschlusses, der Aufbau einer Stromzähleinrichtung, ein Anfahrschutz und die Abstimmung der Anlage für den Straßenräumdienst, um sie sauber und frei von Blättern oder Schnee zu halten. Fahrzeugseitig werden lediglich eine Spule und eine Elektronikbox integriert.

Geladen werden die Taxis während der Warte- und Nachrückzeit. Stichprobenartige Standzeitmessungen am Hauptbahnhof und am Flughafen mit 199 bzw. 123 Taxis haben ergeben, dass am Bahnhof die durchschnittliche Wartezeit 39 Minuten, am Flughafen 80 Minuten beträgt. Diese Zeiträume variieren aber stark zwischen zwei und 100 Minuten am ersten und zwischen sechs und 160 Minuten am zweiten Standort. Auch hinsichtlich der Tageszeit gibt es dabei Schwankungen. Am Hauptbahnhof sind die durchschnittlichen Standzeiten mit ca. 59 Minuten zwischen 11 und 13 Uhr am längsten, mit etwa 13 Minuten zwischen 7 und 9 Uhr am niedrigsten. Am Flughafen warten die Taxis zwischen 10 und 12 Uhr im Schnitt rund 142 Minuten, von 8 bis 10 Uhr ca. 47 Minuten.

Wartezeiten zum Laden umnutzen

Es ist also im Prinzip fast immer ausreichend Zeit fürs Nachladen, ohne dass der Range Extender zu oft zum Einsatz kommen muss. Simuliert haben die Projektteilnehmer beispielsweise den Aufbau einer Pilotanlage an der Kölnmesse. Hier wäre genügend infrastruktureller Raum von 52 Meter für eine Warteschlange mit einer Weglänge für bis zu zehn Taxen. Errichtete man hier gar zehn Ladepunkte, wären statt der 220 kW nur 140 kW Ladeleistung nötig. Denn nicht alle Autos müssen immer mit 20 kW geladen werden. Zwar würde ein Taxi nach einer langen Fahrt und beispielsweise nur noch 30 Prozent Akkustand mit 20 kW Leistung versorgt werden, um nach einer durchschnittlichen Wartezeit von 45 Minuten wieder mit annähernd vollen Batterien zu starten. Doch andere Fahrzeuge wären in derselben Zeit mit nur 13 kW bereits wieder nahe am Akkumaximum. Damit geht man auch technischen Schwierigkeiten in Zusammenhang mit Netzanschluss und Leistungsauslegung aus dem Weg, die bereits einige E-Bus-Projekte mit induktiven Ladesystemen in Deutschland ausgebremst haben. „Wir setzen auf eine andere Ladephilosophie. Wir wollen nicht schnell laden, sondern die relativ lange Standzeit optimal ausnutzen“, begründet Daniel Jaspers von der Universität Duisburg-Essen.

Zusätzlich läuft auch das Projekt „Smata“. Hier wird die Machbarkeit einer intelligenten Ladeplattform für die datengetriebene Vernetzung von Taxi- und Ladebetrieb untersucht. Die Verbindung von induktivem Laden und datengetriebener Vernetzung wird nach Überzeugung von Intis-Geschäftsführer Dr. Ralf Effenberger dazu beitragen, die Laufleistung von Elektrotaxis zu erhöhen, ohne die Fahrzeugbatterien immer größer werden zu lassen.

Auf den Punkt

Es ist … das erste größere Projekt zu induktivem Laden in Deutschland.

Ideal für … alle Fahrzeuge, die im Tagesverlauf immer wieder längere Wartezeiten haben.

Schön, dass … man damit endlich in die Praxis geht.

Schade, dass … induktives Laden bisher kaum weitergetrieben wird.

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Seite 74 bis 76 | Rubrik infrastruktur