Schritt 1 - Wie ermittle ich den Ladeleistungsbedarf für den Betriebshof?

2. Planung, Aufbau & Betrieb der Ladeinfrastruktur

Schritt 1: Wie ermittle ich den Ladeleistungsbedarf für den Betriebshof?

Um den Gesamtladeleistungsbedarf der Flotte am Standort zu ermitteln, empfiehlt sich eine individuelle Betrachtung jedes E-Nutzfahrzeuges. Das bedeutet, dass zunächst jedes aktuelle und künftige elektrische Nutzfahrzeug hinsichtlich seines Ladeleistungsbedarfs untersucht wird (siehe im Folgenden Berechnung des individuellen Ladeleistungsbedarfs pro E-Nutzfahrzeug). Dieses Vorgehen ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Fahrleistungen (und damit die Energiebedarfe) der E-Nutzfahrzeuge innerhalb der Flotte stark variieren, wenn z. B. unterschiedliche Verkehre (Verteiler-, Regional- und Fernverkehr) bedient werden. Als Hilfestellung werden vier typische Einsatzszenarien in der Logistik hinsichtlich der täglichen Reichweite und der Standzeiten der Fahrzeuge und die dazu passenden Ladeleistungsklassen beschrieben. Anschließend werden die individuellen Bedarfe zu einem Gesamtladeleistungsbedarf zusammengefasst (siehe Berechnung des gesamten Ladeleistungsbedarfs der Flotte).

Berechnung des individuellen Ladeleistungsbedarfs pro E-Nutzfahrzeug

Für die Ermittlung des Ladebedarfs pro E-Nutzfahrzeug spielen die folgenden Parameter eine wesentliche Rolle:

Die notwendige Energiemenge (gemessen in kWh), mit der das E-Nutzfahrzeug täglich geladen werden muss, um die spezifische Tagesfahrleistung des Fahrzeugeinsatzes zu ermöglichen (erforderliche Energiemenge für Fahrzeugeinsatz)
Die für das Laden der E-Nutzfahrzeuge zur Verfügung stehende Zeit (Ladezeit ¹⁷, gemessen in Stunden)

Falls bei der exakten Berechnung der notwendigen Ladeleistung Unsicherheiten bestehen oder im Unternehmen kein entsprechendes Fachpersonal vorhanden ist, sollte eine externe Beratung hinzugezogen werden. Insbesondere bei Großprojekten mit vielen Ladepunkten ist dies sinnvoll. Eine solche Beratung wird etwa durch Ladeinfrastrukturdienstleister, E-Nutzfahrzeug-Hersteller oder unabhängige Fachleute angeboten.

Basierend auf den beiden obigen Parametern ergeben sich vier typische Einsatzszenarien (siehe Abbildung 8), welche wiederum unterschiedliche Anforderungen an Ladeleistungen zur Aufladung der E-Nutzfahrzeuge aufweisen. Diese Szenarien leiten sich aus den Diskussionen mit Unternehmen der Logistikbranche sowie Fachverbänden ab und beziehen sich auf Verteiler- und Regionalverkehre. Den hier festgelegten Einsatzszenarien lassen sich die jeweils erforderlichen Ladeleistungen zuordnen. Diese Ladeleistungen orientieren sich an den im Kapitel 1.1 beschriebenen Ladeleistungsklassen.

Die Einsatzszenarien unterscheiden zwischen sehr langen und sehr kurzen Standzeiten bzw. sehr hohen und geringen Ladebedarfen. Ziel dieser Darstellung in vier unterschiedlichen Konstellationen ist es, eine Orientierungshilfe für die Ermittlung des Ladebedarfs zu bieten. Durch diese Einordnung lassen sich nicht alle Anwendungsfälle abbilden. Sofern das Einsatzprofil Ihres Fuhrparks nicht eindeutig in einen der genannten Bereiche einzuordnen ist, wird empfohlen, sich an dem jeweils anspruchsvolleren Szenario zu orientieren (kurze Standzeit und/oder hoher Energiebedarf).

ABBILDUNG 8: EINSATZSZENARIEN ELEKTRISCHER NUTZFAHRZEUGE UND DER ENTSPRECHENDEN LADELEISTUNGSKLASSE¹⁸

Einsatzszenario I

Das E-Nutzfahrzeug benötigt pro Tag eine geringe Energiemenge und verfügt über ein langes Ladezeitfenster pro Tag:

Für die Ladung des E-Nutzfahrzeugs stehen pro Tag mehr als acht Stunden am Stück zur Verfügung. Um den täglichen Fahrzeugeinsatz zu gewährleisten, benötigt das E-Nutzfahrzeug eine Energiemenge von nicht mehr als 100 kWh (dies entspricht in etwa einer Reichweite von rund 70 km bei einem 40-Tonnen-E-Lkw¹⁹ bzw. rund 125 km bei einem 12-Tonnen-E-Lkw²⁰). Auf Basis dieser beiden Parameter ist die Aufladung des E-Nutzfahrzeuges mit einer Leistung von bis zu 22 kW ausreichend (Normalladen).

Einsatzszenario II

Das E-Nutzfahrzeug benötigt pro Tag eine hohe Energiemenge und verfügt über ein langes Ladezeitfenster pro Tag:

Für die Ladung des E-Nutzfahrzeuges stehen pro Tag mehr als acht Stunden am Stück zur Verfügung. Um den täglichen Fahrzeugeinsatz zu gewährleisten, benötigt das E-Nutzfahrzeug eine Energiemenge von mehr als 400 kWh (dies entspricht in etwa einer Reichweite von ca. 250–300 km bei einem 40-Tonnen-E-Lkw bzw. ca. 450–500 km bei einem 12-Tonnen-E-Lkw). Auf Basis dieser beiden Parameter ist die Aufladung des E-Nutzfahrzeuges mit einer Leistung von bis zu 50 kW ausreichend (Schnellladen).

Einsatzszenario III

Das E-Nutzfahrzeug benötigt pro Tag eine geringe Energiemenge und verfügt über ein kurzes Ladezeitfenster pro Tag:

Für die Ladung des E-Nutzfahrzeuges stehen pro Tag weniger als zwei Stunden am Stück zur Verfügung. Um den täglichen Fahrzeugeinsatz zu gewährleisten, benötigt das E-Nutzfahrzeug eine Energiemenge von weniger als 100 kWh (dies entspricht in etwa einer Reichweite von rund 70 km bei einem 40-Tonnen-E-Lkw bzw. rund 125 km bei einem 12-Tonnen-E-Lkw). Auf Basis dieser beiden Parameter ist die Aufladung des E-Nutzfahrzeuges mit einer Leistung von mindestens 75 kW notwendig (Schnellladen).

Einsatzszenario IV

Das E-Nutzfahrzeug benötigt pro Tag eine hohe Energiemenge und verfügt über ein kurzes Ladezeitfenster pro Tag:

Für die Ladung des E-Nutzfahrzeuges stehen pro Tag weniger als zwei Stunden am Stück zur Verfügung. Um den täglichen Fahrzeugeinsatz zu gewährleisten, benötigt das E-Nutzfahrzeug eine Energiemenge von mehr als 400 kWh (dies entspricht in etwa einer Reichweite von ca. 250–300 km bei einem 40-Tonnen-E-Lkw bzw. ca. 450–500 km bei einem 12-Tonnen-E-Lkw). Auf Basis dieser beiden Parameter ist die Aufladung des E-Nutzfahrzeuges mit einer Leistung von mindestens 300 kW notwendig (Hochgeschwindigkeitsladen – HPC).

Berechnung des gesamten Ladeleistungsbedarfs der Flotte

Im letzten Schritt wird der Ladebedarf der einzelnen E-Nutzfahrzeuge zu einem Flottengesamtbedarf (notwendige Gesamtladeleistung) addiert. Hierbei sollten insbesondere drei Dinge berücksichtigt werden:

Ladepunktauslastung: Benötigt jedes E-Nutzfahrzeug einen eigenen Ladepunkt oder können sich zwei bzw. mehrere E-Lkw aufgrund unterschiedlicher Ladezeitpunkte einen Ladepunkt teilen? Durch eine gute Planung der Ladezeiten lassen sich die benötigte Anschlussleistung und die Anzahl der Ladepunkte möglicherweise reduzieren und somit Kosten senken. Alternativ können Ladezeiten durch eine höhere Ladeleistung verkürzt werden, sodass beispielsweise statt eines Schnellladepunkts je E-Nutzfahrzeug ein HPC-Ladepunkt für mehrere E-Lkw zur Verfügung steht.
Gleichzeitigkeit der Ladevorgänge: Müssen alle Ladepunkte bei der Ladung der E-Nutzfahrzeuge gleichzeitig mit voller Leistung betrieben werden? Wie bereits in dem Abschnitt Softwarelösungen beschrieben, können über ein Last- und Lademanagement die Ladeleistungen bzw. die Ladezeitpunkte der Ladepunkte gesteuert und angepasst werden. Ist ein solches Last- und Lademanagementsystem vorhanden, wird bei der Berechnung der Gesamtladeleistung am Betriebshof ein sogenannter Gleichzeitigkeitsfaktor angenommen. Dieser bildet ab, wie viele der Verbraucher gleichzeitig mit voller Leistung betrieben werden. Ein Gleichzeitigkeitsfaktor von „1“ bedeutet, dass alle Verbraucher (bspw. Ladepunkte) am Betriebshof mit voller Leistung gleichzeitig genutzt werden. Davon ist jedoch nicht als Regelfall auszugehen. In vielen Anwendungsfällen ist der Gleichzeitigkeitsfaktor kleiner als 1, sodass die tatsächliche Gesamtladeleistung nicht der einfachen Addition der individuellen Ladeleistungsbedarfe der E-Nutzfahrzeuge entspricht. Mit einer zunehmenden Zahl von Ladepunkten sinkt in der Regel der Gleichzeitigkeitsfaktor, da bei einer hohen Zahl von Ladepunkten die Wahrscheinlichkeit sinkt, dass alle Ladepunkte zur gleichen Zeit mit voller Ladeleistung laden. Der Gleichzeitigkeitsfaktor ist für jeden Betriebshof individuell zu ermitteln. Mit Kenntnis des Gleichzeitigkeitsfaktors und der installierten Gesamtladeleistung kann die tatsächlich benötigte Leistung für die Ladeinfrastruktur am Netzanschluss bestimmt werden.

Zukunftsperspektive

Wurde bei der Kalkulation der Ladebedarfe die perspektivische Elektrifizierung der Flotte mitbetrachtet? Die strategische Planung der Elektrifizierung der kompletten Flotte kann die Kosten für den Netzanschluss und die damit verbundenen Kosten (bspw. für Trafostation und Erdarbeiten) signifikant senken.

Die Berücksichtigung der drei Punkte Ladepunktauslastung, Gleichzeitigkeit der Ladevorgänge und Zukunftsperspektive bildet die Voraussetzung für die Berechnung eines energetisch optimierten Gesamtladeleistungsbedarfs am Betriebshof. Dieser ist Grundlage für eine Kosten-/Nutzenoptimierte Dimensionierung des Netzanschlusses.

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