Laut IEA gab es 2021 weltweit fast 1,8 Millionen öffentlich zugängliche Ladestationen, von denen ein Drittel Schnellladestationen waren, mit fast 500.000 installierten Ladegeräten.
Von Ujyara Saleem, Research Analyst – bei PTR Inc.
- Laut IEA gab es 2021 weltweit fast 1,8 Millionen öffentlich zugängliche Ladestationen, von denen ein Drittel Schnellladestationen waren, mit fast 500.000 installierten Ladegeräten.
- Hochleistungs-Gleichstromladegeräte bieten mehrere Vorteile, die dazu beitragen können, die Einführung von Elektrofahrzeugen (EVs) zu beschleunigen und sie für längere Fahrten praktischer zu machen, darunter schnellere Ladezeiten, geringere Reichweitenangst, bessere Zugänglichkeit und Förderung der weiteren Verbreitung von Elektrofahrzeugen.
- Zu den Herausforderungen von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten zählen die hohen Kosten für Installation und Wartung, die Netzintegration, die Kompatibilität mit verschiedenen EV-Modellen und Ladestandards, regulatorische und technische Herausforderungen sowie erhebliche Investitionen in die Infrastruktur.
I. Einleitung
Die Zahl der öffentlich zugänglichen Ladestationen weltweit belief sich im Jahr 2021 auf fast 1,8 Millionen, davon ein Drittel Schnellladestationen. Laut IEAwurden im Jahr 2021 fast 500 000 Ladegeräte installiert, was mehr ist als die Gesamtzahl der 2017 verfügbaren öffentlichen Ladegeräte. Die Zahl der öffentlich zugänglichen Ladegeräte stieg 2021 um 37 %, was unter der Wachstumsrate von 2020 (45 %) und den Rollout-Raten vor der Pandemie liegt. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate lag zwischen 2015 und 2019 bei fast 50 %. Im Jahr 2021 stieg das Schnellladen etwas stärker zu als im Jahr 2020 (48 % gegenüber 43 %), während das langsame Laden deutlich langsamer zulegte (33 % gegenüber 46 %).
Laut PTR Inc. werden Gleichstrom-Hochleistungsladegeräte als Ladegeräte mit einer Leistung von mehr als 60 kW definiert. Das öffentliche Laden entwickelt sich in Richtung Hochleistungs-Gleichstromladen, wobei die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) für öffentliches Laden in Europa bei 24 % für Gleichstrom-Hochleistungsladegeräte und bei 9 % für Gleichstrom-Niedrigleistungsladegeräte liegt. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Zahl der öffentlichen Gleichstrom-Hochleistungsladegeräte in Europa bis 2030 etwa 470.000 erreichen wird. Europa verfügt über mehr als 300.000 Langsamladegeräte und fast 50.000 Schnellladegeräte, wobei Deutschland die schnellsten Ladegeräte hat.
II. Vorteile von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten für das öffentliche Laden von Elektrofahrzeugen
Hochleistungs-Gleichstromladegeräte bieten mehrere Vorteile, die dazu beitragen können, die Einführung von Elektrofahrzeugen (EVs) zu beschleunigen und sie für längere Fahrten praktischer zu machen.
Erstens bieten leistungsstarke Gleichstromladegeräte im Vergleich zu langsameren Wechselstromladegeräten kürzere Ladezeiten. Das bedeutet, dass Fahrer von Elektrofahrzeugen ihre Batterie schnell aufladen und in kürzerer Zeit wieder auf die Straße kommen können, während ein langsameres Wechselstromladegerät mehrere Stunden benötigen kann, um die gleiche Lademenge bereitzustellen. Schnellere Ladezeiten können den Komfort von Elektrofahrzeugen erhöhen und die Wartezeit an Ladestationen verkürzen.
Zweitens können leistungsstarke Gleichstromladegeräte dazu beitragen, die Reichweitenangst zu verringern, die unter Fahrern von Elektrofahrzeugen weit verbreitet ist. Dank längerer Ladeintervalle können Fahrer größere Entfernungen zurücklegen, bevor sie wieder aufladen müssen. Dies kann die Zugänglichkeit von Elektrofahrzeugen verbessern und sie zu einer praktischeren Option für längere Fahrten machen.
Drittens kann die zunehmende Verfügbarkeit von leistungsstarken Gleichstromladegeräten Elektrofahrzeuge für einen größeren Kreis von Fahrern zugänglicher machen. Da immer mehr Ladestationen installiert werden, können Fahrer von Elektrofahrzeugen darauf vertrauen, dass sie bei Bedarf ein Ladegerät finden, wodurch die Bedenken hinsichtlich der Reichweitenbeschränkungen verringert werden.
Schließlich kann die Einführung von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten dazu beitragen, die weitere Verbreitung von Elektrofahrzeugen zu fördern. Da immer mehr Fahrer auf Elektrofahrzeuge umsteigen, wird die Nachfrage nach Ladestationen steigen, und mehr Unternehmen und Regierungen könnten in die Ladeinfrastruktur investieren, wodurch eine positive Rückkopplungsschleife entsteht, die den Übergang zu nachhaltigem Verkehr beschleunigen kann. Insgesamt verbessern Hochleistungs-Gleichstromladegeräte die Wirtschaftlichkeit öffentlicher Ladestationen für Betreiber.
III. Herausforderungen bei der Einführung von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten für das öffentliche Laden von Elektrofahrzeugen
Trotz der zahlreichen Vorteile von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten sind sie nicht ohne Herausforderungen. Die größte Herausforderung sind die hohen Installations- und Wartungskosten, die eine weitreichende Verbreitung behindern können. Diese Kosten umfassen nicht nur die Ladegeräte selbst, sondern auch die erforderliche Infrastruktur zur Unterstützung der Hochspannungsleitungen, Transformatoren und des Stromnetzes. Regelmäßige Wartungsarbeiten sind ebenfalls unerlässlich, um einen optimalen Wirkungsgrad der Ladegeräte zu gewährleisten.
Die Integration von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten in das bestehende Stromnetz kann eine Herausforderung darstellen. Der Grund dafür ist, dass Hochleistungs-Gleichstromladegeräte eine erhebliche Menge an Strom benötigen, was bei unsachgemäßer Integration zu einer Belastung des Netzes führen kann. Es muss unbedingt sichergestellt werden, dass die Netzinfrastruktur die erhöhte Last durch Hochleistungs-Gleichstromladegeräte bewältigen kann, insbesondere in Spitzenlastzeiten. Die Installation von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten erfordert erhebliche Investitionen in die Infrastruktur, einschließlich der Aufrüstung des Stromnetzes, der Transformatoren und der Hochspannungsleitungen. Darüber hinaus ist es wichtig, die Auswirkungen von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten auf die Stabilität des lokalen Stromnetzes und die Gefahr von Stromausfällen zu berücksichtigen.
Eine weitere Herausforderung bei Hochleistungs-Gleichstromladegeräten ist die Gewährleistung der Kompatibilität mit verschiedenen EV-Modellen und Ladestandards. Nicht alle EVs sind für das Laden mit Hochleistungs-Gleichstrom ausgelegt, und weltweit werden unterschiedliche Ladestandards verwendet. Um eine breite Akzeptanz von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten zu gewährleisten, müssen diese so konzipiert sein, dass sie mit mehreren EV-Modellen und Ladestandards kompatibel sind. Dies erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen EV-Herstellern, Ladestationsbetreibern und Netzbetreibern, um sicherzustellen, dass die Ladeinfrastruktur mit einer Vielzahl von EVs kompatibel ist. Darüber hinaus gibt es regulatorische und technische Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, um sicherzustellen, dass Hochleistungs-Gleichstromladegeräte interoperabel sind und miteinander sowie mit dem Netz kommunizieren können.
T&E schätzt, dass im nachfrageorientierten Szenario die Investitionen in EVCI (Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge) für Personenkraftwagen (PKW) und Nutzfahrzeuge (NFZ) etwa 185 Milliarden US-Dollar erreichen werden. Von diesen Investitionen werden rund 60 % (etwa 130 Milliarden US-Dollar) für Gleichstrom-Schnellladestationen aufgewendet werden (siehe Abb. 1). Obwohl es weniger Gleichstrom-Ladestationen als Wechselstrom-Ladestationen gibt, sind die Kosten für Hardware und Installation von Gleichstrom-Ladestationen deutlich höher. So liegen die geschätzten Investitionen pro kW bis 2030 zwischen etwa 135 USD für 11-kW-Wechselstrom und etwa 430 USD für 150-kW-Gleichstrom. Die Gesamtinvestitionskosten für Gleichstrom-Ladestationen sind ebenfalls erheblich höher als die für Wechselstrom-Ladestationen, mit geschätzten Kosten von etwa 1.000 USD pro Einheit für ein 11-kW-Wechselstrom-Ladegerät, verglichen mit etwa 110.000 USD für ein 500+ kW-Gleichstrom-Ladegerät und bis zu 280.000 USD für ein 1 MW-Gleichstrom-Ladegerät.
Abbildung 1: Kumulative Ladestationen für Pkw und Nutzfahrzeuge im Rahmen des bedarfsorientierten Ansatzes des T&E-Masterplans
Quelle: T&E-Masterplan
IV. Öffentliche Maßnahmen und Pläne zur Förderung von Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge.
Die europäischen Länder zeigen ihre Entschlossenheit, durch eine Vielzahl von Maßnahmen und Plänen auf leistungsstarken Gleichstrom umzusteigen:
- Bis 2026 sollte es mindestens eine Ladestation für Elektroautos alle 60 kmentlang der Hauptverkehrsstraßen der EU (Europäische Union) vorhanden sein. Die Ladegeräte sollen Hochleistungs-Gleichstromladegeräte sein. Das Europäische Parlament hat einen Entwurf für Vorschriften verabschiedet, die darauf abzielen, den Ausbau von Ladestationen und alternativen Tankstellen für Fahrzeuge zu fördern und die Verbreitung nachhaltiger Fahrzeuge zu unterstützen. Die Abgeordneten wollen alle 60 km entlang der Hauptverkehrsstraßen der EU Ladestationen für Elektroautos, alle 100 km Wasserstofftankstellen und weniger Emissionen von Schiffen. Die Vorschriften sind Teil des Pakets „Fit for 55 in 2030“, das darauf abzielt, die Treibhausgasemissionen bis 2030 um mindestens 55 % gegenüber dem Stand von 1990 zu senken. Die Abgeordneten haben auch nationale Ziele für den Ausbau der Infrastruktur für alternative Kraftstoffe festgelegt, die verbindlich sein werden.
- Die EU-Kommission hat der Bundesregierung die Erlaubnis erteilt, den Bau von 8.500 Schnellladestationen mit einer Summe von 1,8 Milliarden Euro zu subventionieren. Die Maßnahme sieht Ladestationen alle 15 bis 30 Fahrminuten vor. Das Deutschlandnetz wurde erstmals im August 2021 von der deutschen Regierung vorgeschlagen und sieht die Installation von Ladestationen an rund 900 Standorten in Deutschland vor. Der Schwerpunkt wird auf Gebieten liegen, in denen es keine Hochleistungsladestationen (HPC) gibt oder in denen die vorhandenen Stationen nicht ausreichen, um den erwarteten Bedarf zu decken.
- Das EXPAND-E-Konsortium unter der Leitung von IONITY und GreenWay erhält rund 70 Millionen Euro für die Einrichtung von mehr als 2.100 Ladestationen (150 kW – 350 kW) für leichte und schwere Elektrofahrzeuge an über 450 Standorten in 22 EU-Mitgliedstaaten.
- Atlante, ein Unternehmen der NHOA-Gruppe, wurde für eine Förderung in Höhe von 22,7 Millionen Euro durch die Europäische Union im Rahmen von CEF Transport ausgewählt, dem Förderprogramm zur Unterstützung der europäischen Verkehrsinfrastruktur.
- EV Stations 2.0: Das Projekt der EU zielt darauf ab, eine Reihe von Schnell- und Ultraschnellladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge entlang der Kern- und Gesamtnetze in Italien zu entwickeln. Insgesamt werden 45 Stationen eingerichtet, darunter 180 Ladepunkte für Elektrofahrzeuge, davon 90 Schnellladestationen (50 kW) und 90 Ultraschnellladestationen (von 150 kW bis zu 350 kW).
- Der Geschäftsbereich Energy Solutions von SSE hat seine erste ultraschnelle EV-Ladestation eröffnet. Dies ist Teil einer groß angelegten neuen Initiative, in deren Rahmen in den nächsten fünf Jahren 300 Ladestationen in Großbritannien und Irland entstehen sollen.
V. Chancen für Interessengruppen
Verschiedene Interessengruppen sind an der Umstellung auf nachhaltige Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EV). Stromversorger und Netzbetreiber können Hochleistungs-Gleichstromladegeräte einsetzen, um Spitzenlasten zu bewältigen und die Integration erneuerbarer Energiequellen zu erleichtern. Eigenständige EV-Ladezentren mit Solarstrom sind eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen. Öffentliche Ladeanbieter müssen ihre Netze und Geschäftsmodelle ausbauen, um schnellere und bequemere Ladedienste anbieten zu können. Um mittel- bis langfristig wirtschaftlich rentabel zu sein, ist eine durchschnittliche Netzauslastung von 15 % erforderlich, und in der EU wird erwartet, dass sich die Branche in den nächsten 5 bis 15 Jahren auf eine noch höhere Auslastung zubewegt. EV-Hersteller müssen Innovationen in der Hochleistungs-Ladetechnologie vorantreiben, um den sich wandelnden Bedürfnissen ihrer Kunden gerecht zu werden. Schließlich können Regierungen und politische Entscheidungsträger den Einsatz von Hochleistungs-Gleichstromladegeräten durch Finanzmittel, Anreize und Regulierung unterstützen.
VI. Zukunftsaussichten
Europa wird einen Boom bei der Hochleistungs-Gleichstrom-Ladeinfrastruktur erleben. Schnelle EV-Ladegeräte werden voraussichtlich 53 % der Hochleistungs-Gleichstrom-Ladegeräte im Jahr 2022 ausmachen und bis 2030 auf 77 % anwachsen. Dieses Wachstum dürfte durch potenzielle Innovationen und Fortschritte in der Hochleistungs-Gleichstrom-Ladetechnologie noch verstärkt werden, da immer mehr Ladeunternehmen wie ABB, Tritium, Alpitronic und Tesla Gleichstrom-Schnellladegeräte auf den Markt bringen. Mit steigender Nachfrage nach diesen Ladegeräten ist auch zu erwarten, dass die Preise für Gleichstrom-Schnellladegeräte in naher Zukunft durch technologische Fortschritte und Massenproduktion sinken werden.
Abbildung 2: Von T&E empfohlene Gesamtinvestition von 172 Milliarden Euro in öffentliche und private Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge bis 2030
Quelle: PTR Inc.
Schlussfolgerung
Da die Zahl der Elektrofahrzeuge (EVs) auf den Straßen zunimmt, ist es von entscheidender Bedeutung, eine Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge zu entwickeln, um der wachsenden Nachfrage gerecht zu werden. Neben der Anzahl öffentlich zugänglicher Ladegeräte ist auch die Verkürzung der Ladezeit von großer Bedeutung. Kompatible Schnellladegeräte mit Gleichstrom können die Ladezeit auf nur 15 bis 20 Minuten reduzieren. Mit der Zeit wird der Einsatz von Gleichstrom-Schnellladegeräten für das öffentliche Laden immer wichtiger, um lange Wartezeiten an Ladestationen zu vermeiden. Zahlreiche laufende Projekte und Pläne in Europa konzentrieren sich auf die Einführung oder Aufrüstung von DC-Schnellladegeräten. Bis 2030 wird erwartet, dass 77 % der DC-Ladegeräte Hochleistungs-DC-Ladegeräte sein werden, was dazu beitragen kann, die Reichweitenangst zu verringern – ein wichtiger Faktor, der Menschen vom Kauf von Elektrofahrzeugen abhält. Während langsames Laden für das Laden über Nacht und zu Hause geeignet ist, wird sich die öffentliche Ladesituation in den kommenden Jahren in Richtung Hochleistungs-DC-Laden verlagern.
Ujyara Saleem arbeitet als Forschungsanalystin bei PTR Inc. Ihre Forschungsarbeit konzentriert sich auf die Elektrifizierung des Fahrzeugsektors, wobei der Schwerpunkt auf EVSE liegt. Ujyara verfügt über umfassende Kenntnisse in den Bereichen Primär- und Sekundärforschung, Datenanalyse und Marktprognosen. Sie nutzt ihr Fachwissen in diesen Bereichen, um neue Trends und Chancen auf dem E-Mobilitätsmarkt zu identifizieren. Als leitende Analystin für die EMEA-Region hat Ujyara an maßgeschneiderten Projekten für große Unternehmen auf der ganzen Welt sowie an Standarddienstleistungen gearbeitet. Mit einem BS in Elektrotechnik vom Pakistan Institute of Engineering and Applied Sciences (PIEAS) und einem MS in Engineering Management von der Universität Debrecen verfügt sie sowohl über technische als auch über Managementfähigkeiten, die sie für strategische Analysen im Bereich der Elektromobilität einsetzt.
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