Im Folgenden werden die wichtigsten Handlungsfelder in Forschung und Entwicklung kurz vorgestellt.
Batterien, Energiespeicher
Die Entwicklung neuartiger, kostengünstiger, leistungsfähiger und zugleich zuverlässiger Energiespeicher ist realistisch. Die technologischen und wirtschaftlichen Anforderungen an Energiespeicher für Einsätze im mobilen Bereich sind außerordentlich ambitioniert. Zu ihrer Entwicklung werden in den nächsten Jahren allerdings noch erhebliche Anstrengungen erforderlich sein. Mit den laufenden Förderprogrammen ist die Bundesregierung bereits auf einem guten Weg. Diese Fördermaßnahmen werden ergänzt durch die Forschungsinitiative Lithium-Hochleistungsbatterien der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie durch neue Schwerpunktsetzungen innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.
Fahrzeugtechnik für Elektromobilität
Im Rahmen des Nationalen Entwicklungsplans Elektromobilität wird die Entwicklung von energieeffizienter elektrischer Fahrzeugtechnik in zwei Linien unterstützt: Kurzfristig werden auf der Basis bestehender Fahrzeugkonzepte elektrische Antriebe und Energiespeicher zu Plug-In-Hybriden und Elektrofahrzeugen integriert. Diese Fahrzeuge werden in kleinen Stückzahlen aufgebaut und erprobt. Sie dienen in Feldversuchen der Sammlung von Anwendererfahrung und zur Bewertung der technischen Komponenten. Die damit verbundenen Entwicklungsarbeiten und der Aufbau erster kleinerer Testflotten werden bis Ende 2011 aus bisherigen Maßnahmen und den Mitteln des Konjunkturpakets II finanziert. Es ist unstrittig, dass der Übergang zur Elektromobilität über diverse Fahrzeugklassen mit diversen elektrischen Leistungsklassen erfolgt. Aus heutiger Sicht wird der Markteinstieg über kleine Stadtfahrzeuge erfolgen. Höhere Leistungsklassen werden folgen.
Je nach Fahrzeug und Leistungsklasse ergeben sich damit künftig Anforderungen an die elektrischen Systeme, die durch eine reine Skalierung der Komponenten mit heutiger und absehbarer Technologie nicht erfüllt werden können. Bei Energiespeichern, elektrischen Antriebs- und elektronischen Kontrollsystemen werden daher langfristig FuE-Arbeiten zu Materialien, Komponenten, Schaltungsentwürfen und deren Systemintegration notwendig sein, um den Anforderungen gerecht zu werden. Die bisherigen und im Rahmen des Konjunkturpakets II begonnenen Arbeiten werden dafür eine dringend benötigte Ausgangsbasis schaffen.
Die Durchführung der Feldversuche und die Entwicklung von völlig neuen, auf den Einsatz elektrischer Energiespeicher und Antriebe abgestimmter Fahrzeugkonzepte wird sich imRahmen des Nationalen Entwicklungsplans anschließen. Dabei ist das Fahrzeugkonzept abhängig vom primären Einsatzzweck. Diese Abhängigkeit ist auf dem Weg zu besonders energieeffizienten Elektrofahrzeugen voraussichtlich größer als bei Fahrzeugen mit klassischen Antriebsaggregaten. Die Herausforderung liegt darin, das neue Fahrzeugkonzept im Hinblick auf Reichweite und Fahreigenschaften auch unter den Beschränkungen eines elektrischen Antriebes zu optimieren. Ein Mindestmaß an Vielseitigkeit ist für die Akzeptanz durch die Autokäufer von großer Bedeutung.
Um die Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz von Plug-In-Hybrid- und Elektrofahrzeugen zu verbessern, ist eine weitere, auf den automobilen Einsatz bezogene Optimierung der elektrischen, elektronischen und mechanischen Komponenten notwendig.
Technik für Infrastruktur / System- und Netzintegration
Für die Netzinfrastruktur bildet der Einsatz von Elektrofahrzeugen in der Einführungsphase Anforderungen im Bereich der Beladungs- und Abrechnungsvorgänge. Die Anwendung moderner Kommunikationstechniken ist hierfür ein wesentliches Schlüsselelement. Fortgeschrittene Elektromobilitätskonzepte hingegen, in denen die Stromversorgung der Fahrzeuge einen nennenswerten Anteil der Stromnachfrage ausmacht, Fahrzeugbatterien in größerer Zahl als Regelkomponenten des Stromnetzes zum Einsatz kommen und gleichzeitig ein deutlich höherer Beitrag erneuerbarer Energien zur Energieversorgung geleistet wird, erfordern weitergehende technische Lösungen. In dieser Phase werden interaktive Speicherbe und –entladevorrichtungen, umfassende Netzmanagementstrategien, neue Netzkomponenten und eine veränderte Netzarchitektur die Infrastruktur der Zukunft prägen.
Wichtige Schritte für die Entwicklung, Erprobung und Umsetzung der Elektromobilitätsstrategie werden mit Mitteln des Konjunkturpakets II der Bundesregierung in der Förderinitiative Stromwirtschaftliche Schlüsselelemente: Speicher, Netze, Integration des BMWi eingeleitet. Durch die Bereitstellung von Testeinrichtungen, aber auch durch die Erprobung fortgeschrittener Netzkomponenten wird die technische Basis für die zügige Entwicklung einer leistungsfähigen Netzinfrastruktur geschaffen. Künftige Fördermaßnahmen im Rahmen der Energieforschung werden sich hieran nahtlos anschließen. Diese umfassen Konzeptstudien, in denen die graduellen Auswirkungen einer zunehmenden Massenmobilität mit Elektro- und Hybridfahrzeugen untersucht werden. So gilt es, Stromerzeugung und -verteilung mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung unter besonderer Berücksichtigung erneuerbarer Energien abzubilden. Die Verpflichtungen innerhalb des internationalen UCTE-Verbunds sind dabei zu berücksichtigen. Darauf aufbauend werden die Auswirkungen auf Kraftwerkspark, Leitungsnetze und Energieverbrauch ermittelt und klimapolitisch bewertet. Ergänzende Wirtschaftlichkeits-, Machbarkeits- und Hemmnisanalysen erlauben die Identifikation technischökonomischer Randbedingungen und Restriktionen.
