Der Lebenszyklus einer Antriebsbatterie endet nicht zwangsläufig nach dem Betrieb in einem Fahrzeug. Dies beweist das Pilotprojekt GUW+ der Üstra Hannoversche Verkehrsbetriebe AG, an dem Daimler Buses als Partner beteiligt ist. In dem 2021 angekündigten Projekt erhalten Batteriesysteme aus Mercedes-Benz eCitaro Stadtbussen ein zweites Leben als stationärer Energiespeicher. Die innovative Energiespeicher-Lösung ist von der Mercedes-Benz Energy GmbH entwickelt und umgesetzt worden. Das Speichersystem im Gleichrichter-Unterwerk der Üstra, das jetzt in Hannover in Betrieb gegangen ist, ermöglicht die gemeinsame, zeitgleiche Energieversorgung der eCitaro Elektrobusse und Stadtbahnen des ÖPNV-Unternehmens.
Die stationäre Speicherlösung in diesem Pilotprojekt ist nicht nur rückspeisefähig und regelbar, sie kann auch individuell an andere Anwendungsbereiche angepasst und entsprechend skaliert werden. Weitere Pluspunkte: Die Weiternutzung der Batterien im Second-Life-Betrieb als stationärer Energiespeicher reduziert die Lebenszykluskosten des eCitaro. Zugleich wirkt sich bei der Üstra die Nutzung der bestehenden Infrastruktur aus Gebäude, Netzanschluss und Leistungselektronik positiv auf die Investitionskosten aus und ermöglicht weitere Amortisationswege.
Der stationäre Stromspeicher verfügt über eine Gesamtkapazität von mehr als 500 kWh. Er besteht aus 28 Second-Life-Batteriesystemen aus dem Mercedes-Benz eCitaro. Jeder eCitaro Stadtbus verfügt über leistungsstarke NMC-Akkupakete, die nun erstmals beim Erreichen ihrer fahrzeugspezifischen Reichweitengrenze im Pilotprojekt GUW+ in Hannover ein zweites Leben in einem stationären Energiespeicher erhalten.
Stationärer Batteriespeicher sichert zweites Leben für E-Bus-Batterien
Daimler Buses betrachtet im Rahmen seines Nachhaltigkeitsverständnisses den Lebenszyklus von Omnibussen und ihrer Batteriesysteme ganzheitlich. Hat eine elektrische NMC-Antriebsbatterie im vollelektrisch angetriebenen, lokal emissionsfrei und leise fahrenden Stadtbus Mercedes-Benz eCitaro nach rund fünf bis sechs Einsatzjahren etwa 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität erreicht, erfordert dies in der Regel einen Austausch, um die notwendige Reichweite der Stadtbusse zu gewährleisten.
Im stationären Betrieb, bei dem Kapazitätsverluste nur eine untergeordnete Rolle spielen, sind die Akkus jedoch noch bis zu zehn Jahre lang voll einsatzfähig. Die Weiterverwendung der Batterien in einer Second-Life-Applikation als stationäre Energiespeicher-Module erweitert damit ihren wirtschaftlichen Nutzen und unterstützt die Umweltbilanz des eCitaro.
Die Batterien im stationären Batteriespeicher-Pilotprojekt der Üstra stammen derzeit noch aus eCitaro Stadtbussen, die von Daimler Buses über tausende Kilometer für Erprobungsfahrten eingesetzt wurden. In Zukunft kann der stationäre Energiespeicher mit ausgetauschten Batterien aus den aktuell 49 vollelektrisch angetriebenen eCitaro Solo- und Gelenkbussen der Üstra erweitert werden.
Kreislauf von lokaler Stromspeicherung und Stromabgabe in Hannover
Das Gleichrichter-Unterwerk in Hannover versorgt die Stadtbahnen ebenso wie die Elektrobusse der Üstra und ist an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Der Energiespeicher dient dabei als Puffer zur effizienten Nutzung der anfallenden Rekuperationsenergie im Rahmen des Stadtbahnbetriebs. Die dabei gespeicherte Energie ermöglicht den Ausgleich von Lastspitzen und einen reibungslosen Weiterbetrieb bei Netzausfällen.
Darüber hinaus steht bei der Üstra auch die Versorgung der öffentlichen Ladeinfrastruktur und die Einspeisung von Überkapazitäten ins öffentliche Stromnetz im Fokus. In Zeiten, in denen zu viel Strom produziert und ein erhöhter Bedarf im öffentlichen Netz festgestellt wird, sollen diese Spitzen abgefangen, das Stromnetz entlastet und Blackout-Szenarien in der Energieversorgung beherrschbar gemacht werden. Für die Aufladung der eigenen Elektrobusse über den Speicher des Gleichrichter-Unterwerks hat die Üstra eine speziell dafür ausgelegte Ladestation auf ihrem Betriebsgelände eingerichtet.
Seit 2021 befand sich das Pilotprojekt zur erstmaligen Integration von gebrauchten E-Bus-Batterien aus Vorserienfahrzeugen des eCitaro in der Umsetzungsphase, die nun mit der vollumfänglichen Integration des Batteriespeichers abgeschlossen wurde und den regulären störungsfreien Betrieb sicher und dauerhaft gewährleistet. Neben intensiven Testläufen erfolgte in der Erprobungs- und Identifikationsphase die Einbindung in das gesamte technische Umfeld und die elektrotechnischen Steueranlagen des Stadtbahn-Stromnetzes der Üstra sowie die Finalisierung des Brandschutzkonzepts.
Vom Batteriespeicher-Pilotprojekt zur skalierbaren Serienlösung
Das Konzept des stationären Batteriespeicher-Pilotprojekts GUW+ dient in erster Linie der Validierung für eine mögliche Bestückung mit Batterien aus dem regulären eCitaro Busbestand der Üstra, nachdem diese ihre Kapazitätsgrenze erreicht haben. Seit 2020 hat die Üstra 49 eCitaro Elektro-Stadtbusse sukzessive in ihren Betrieb aufgenommen, deren 490 Batterien voraussichtlich ab 2026 schrittweise in die Second-Life-Speicherlösung integriert werden können. Dies würde die Üstra in die Lage versetzen, ihren Energiebedarf dann komplett mit eigenen Batterien im stationären Second-Life-Einsatz abzudecken und die Wirtschaftlichkeit zu steigern.
Das Projekt zur verlängerten Nutzungsdauer von E-Bus-Batterien ist grundsätzlich in Größe und Umfang skalierbar. Dadurch eignet es sich als Basis für die Weiterentwicklung des Konzepts und die künftige Umsetzung als wirtschaftlich effiziente Serienlösung, die den eCitaro Fahrzeugbatterien ein zweites Leben schenkt.
Potenziale von stationären Energiespeichern für ÖPNV-Unternehmen
Der stationäre Energiespeicher kann bei der Üstra wie auch bei anderen ÖPNV-Unternehmen beliebig ausgebaut und individuell an deren Bedarf angepasst werden. Angestrebt wird beispielsweise eine Containerlösung, die nicht auf bereits vorhandene Räumlichkeiten auf dem Betriebsgelände angewiesen ist und sich stattdessen flexibel in unterschiedliche Umgebungsbedingungen integrieren lässt.
Eine weitere Perspektive ist die Einbindung der Stromversorgung für weitere Elektrofahrzeuge wie Kommunalfahrzeuge oder die Pkw der Mitarbeiter in die Ladeinfrastruktur; doch auch die Speicherung der Energie zur Nutzung in der eigenen Werkstatt oder den Administrationsbereichen der betriebseigenen Verwaltung führt zu einer beträchtlichen Steigerung des wirtschaftlichen Nutzens dieser Investition des Betreibers in ein zweites Batterieleben durch Austausch und stationäre Weiternutzung.
Eine interessante Lösung ist ebenfalls die Kombination mit Photovoltaikanlagen, die auf Dächern, Produktionshallen und Stellflächen des Betriebsgeländes installiert werden. Die Zwischenspeicherung des Solarstroms in den weiterverwendeten Second-Life-Batteriesystemen aus dem eCitaro und die lokale Nutzung des selbst erzeugten Stroms zum Beispiel in den Nachtstunden zur Fahrzeugaufladung entspricht dem Wunsch einer Vielzahl von ÖPNV-Betreibern und Servicebetrieben, die eine Steigerung der Rentabilität ihrer Elektrobus-Flotten im Rahmen der Gesamtkosten-Kalkulation anstreben.
Last but not least dient das Pilotprojekt GUW+ für Daimler Buses auch zur Evaluierung der Nutzungsmöglichkeit des stationären Energiespeichers als Ersatzteilspeicher: Neue Batterien für den eCitaro, die von Daimler Buses oder von Servicebetrieben bevorratet werden und zur Verwendung als Tauschaggregate bei plötzlichen Batterieausfällen in den Fahrzeugen bestimmt sind, können bis zu ihrem Einsatz in Elektrobussen in stationäre Speichersysteme mit niedriger Last integriert werden. Auf diese Weise lassen sich die Batterien bis zum vorgesehenen Einsatz im Elektrobus fit halten, und einem vorzeitigen Alterungsprozess wird effizient vorgebeugt.
Entwicklung und Realisierung des Energiespeichers – das Projekt GUW+
Das Projekt GUW+ wird im Rahmen der Förderrichtlinie Elektromobilität durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) gefördert. Neben dem Konsortialführer Alstom Transport Deutschland GmbH aus Salzgitter gehören dem Konsortium die Firmen Elpro GmbH aus Berlin sowie das Unternehmen Motion Control and Power Electronics GmbH, das Fraunhofer IVI in Dresden und die TU Dresden an. Daimler Buses unterstützt das Projekt als assoziierter Partner.
Die auf Anwendungen aus den Bereichen „Second Life“ und „Ersatzteilspeicher“ spezialisierte Mercedes-Benz Energy GmbH ist als Tochtergesellschaft der Mercedes-Benz AG im Auftrag des Fraunhofer IVI für die Entwicklung und Umsetzung des Energiespeichers im Projekt GUW+ verantwortlich.
Daimler Buses stellte die Batterien zur Verfügung und unterstützte bei der Entwicklung der Software- und Steuerungskomponenten. Die neu gegründete Daimler Buses Solutions GmbH wird zukünftige Second-Life-Applikationen auf Basis von Batterien aus dem Mercedes-Benz eCitaro im Rahmen von schlüsselfertigen Elektrobus-Infrastrukturlösungen für ÖPNV-Unternehmen umsetzen.
(Info: Daimler Truck AG)
