Promotion mit Power: Elektromobilität im Stromnetz der Zukunft

(Natalie Schalk)

In Bayerns akademischer Welt ist es ein bedeutender Moment: Am gemeinsamen Promotionszentrum NISys der Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt, der Hochschule Coburg und der Technischen Hochschule Aschaffenburg wurde erstmals eine Promotion erfolgreich abgeschlossen. Gleichzeitig setzt sie ein entscheidendes Signal für die Energiewende. Als Dr. Timo Hertlein in der Disputation seine Forschungsergebnisse vorstellt, geht es um eine hochaktuelle Frage: Wie schaffen wir es, Elektroautos so zu laden, dass sie das Stromnetz nicht belasten – sondern es sogar entlasten?

Die Prüfungskommission hat entschieden. Familie, Freunde und Forschende dürfen wieder in den Raum und Timo Hertlein – offiziell in diesem Moment noch ohne Doktortitel – lächelt jetzt entspannt. Im IT- und Medienzentrum der Hochschule Coburg hat er vorher vor Professorinnen und Professoren und einer Reihe interessierter Gäste über Ladeinfrastruktur referiert, Daten erklärt, Modelle beschrieben und Zukunftsszenarien durchgespielt. Er hat sich einer intensiven Diskussion gestellt, sein Thema verteidigt. Es war die erste Disputation am Promotionszentrum „Nachhaltige und Intelligente Systeme” (NISys). So ein als wissenschaftliches Streitgespräch angelegtes Format gehört traditionell zu den Prüfungen zur Erlangung der Doktorwürde – früher ausschließlich an Universitäten möglich. Nach einer Änderung im bayerischen Hochschulrecht wurde erstmals auch Hochschulen für angewandte Wissenschaften und Technischen Hochschulen in besonders forschungsstarken Bereichen das Promotionsrecht verliehen. Hertlein ist jetzt einer von nur einer Handvoll Menschen, die bisher in Bayern von Hochschulen für angewandte Wissenschaften und Technischen Hochschulen promoviert wurden.

NISys: drei Hochschulen, ein Ziel

Ermöglicht wurde das im Promotionszentrum NISys, das die Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt, die Hochschule Coburg und die Technische Hochschule Aschaffenburg gemeinsam betreiben. Im Mittelpunkt stehen ingenieurswissenschaftliche Anwendungen rund um Energie- und Infrastruktursysteme, Mobilität sowie Produktion und Materialien.

So funktioniert intelligentes Laden

Timo Hertleins Doktorarbeit trägt den Titel „Entwicklung, Modellierung und Bewertung intelligenter Ladeinfrastrukturen für Elektromobilität und deren netzorientierte Integration“. Anhand einer realen Untersuchungsnetzregion zeigte er, wie clusterbasierte und anreizorientierte Verfahren eine intelligente, netzorientierte Steuerung des Ladens von E-Autos ermöglichen. Das Stromnetz liefert live aktuelle Daten; ein Bewertungssystem analysiert diese. „Mit realen Netzdaten können wir die Netzauslastung simulieren, wirtschaftlich bewerten und monetäre Anreize ableiten“, erklärt Hertlein. Das Demand-Side-Management lenkt, wer wann, mit welcher Ladeleistung und welchem finanziellen Anreiz lädt. So sorgt das intelligente Steuerungssystem dafür, dass E-Autos bevorzugt dann geladen werden, wenn besonders viel erneuerbare Energie verfügbar ist. „Das Ergebnis: intelligenteres Laden und ein stabileres Stromnetz“, sagt Hertlein.

Sein Doktorvater Prof. Dr. Christian Weindl vom Institut für Hochspannungstechnik, Energiesystem- und Anlagendiagnose (IHEA) der Hochschule Coburg weist auf die doppelte Belastung der Netze hin: einmal durch Spitzenlasten – wie am kältesten Wintertag – zum anderen durch die schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien. Hertleins Arbeit ist ein Beitrag, die Ladekapazitäten im bestehenden Stromnetz zu erhöhen. Weindl erklärt: „Gleichzeitig sinkt die Netzauslastung in Starklastzeiten, wodurch sich die Lebensdauer der Netze verlängern und der Ausbau in Teilen des Netzes reduziert werden kann.“ Die entwickelten Verfahren ermöglichen es somit, neben den technischen Vorteilen der Vermeidung hoher Netzauslastungen und einer geringeren Volatilität der Lastflüsse auch ökonomische Vorteile durch verlängerte Lebensdauern der Betriebsmittel und vermiedenen Netzausbau zu etablieren. Zweitbetreuer war Prof. Dr. Michael Rossner, ebenfalls vom IHEA der Hochschule Coburg.

Stimmen aus der Fachwelt

Prof. Dr. Markus H. Zink, Vorsitzender der Prüfungskommission an der TH Würzburg-Schweinfurt, leitete die Disputation. Er lobte die fachlich hoch anspruchsvolle Forschung. „Ein weiteres Beispiel dafür, wie exzellent und zukunftsweisend Hochschulforschung sein kann“, betonte Zink. Prof. Dr. Jürgen Hartmann, Leiter des gemeinsamen Promotionszentrums NISys und ebenfalls von der THWS, betonte die gesellschaftliche Relevanz der Arbeit. „Als Physiker beeindruckt mich, wie konsequent hier wissenschaftliche Theorie mit ökonomischer Logik verknüpft wurde. Technisch lässt sich vieles lösen – entscheidend ist, ob Menschen mitmachen. Dass man als Elektroauto-Besitzer ein bisschen Geld verdienen kann, indem man Ladekapazität zur Verfügung stellt, ist ein vielversprechender Ansatz. Die Arbeit zeigt, dass man Verhalten simulieren, beeinflussen und so Netze entlasten kann.“

Auch Prof. Dr. Marco Denk von der Hochschule Coburg verfolgte die Disputation voll Interesse: Zum einen gehört Elektromobilität auch zu seinen Forschungsthemen, zum anderen betreut er ebenfalls Promovierende am NISys: „Es war spannend, zu sehen, wie die Disputation abläuft. Tiefgreifend! Das hat mir sehr gefallen“, sagt er. Dabei habe die Diskussion auch gezeigt, wie vielseitig die Elektromobilität ist. „Es gibt extrem spannende Fragestellungen in sehr unterschiedlichen Fachgebieten, so dass in Zukunft noch viele Promovierende am Erfolg der Elektromobilität mitwirken können“, prophezeit er. „Diese Disputation war ein Meilenstein – fachlich und strukturell.“

Coburg schreibt erneut Promotionsgeschichte

In Bayern gab es bislang erst eine Handvoll solcher HAW-Promotionen. Eine davon – die allererste – wurde ebenfalls in Coburg abgeschlossen: Die Promotion von Dr. Laura Wester am eigenständigen  Promotionszentrum Analytics4Health der Hochschule Coburg machte vor einem Jahr Schlagzeilen. Jetzt hat Coburg erneut Grund zum Feiern. Prof. Dr. Martin Synold, Vizepräsident für Forschung und digitale Transformation an der Hochschule Coburg, unterstreicht die Stärke und das Potenzial der angewandten Forschung: „Die enorme Resonanz auf die Einrichtung der Promotionszentren und die hohe Bewerbungszahl Promotionsinteressierter zeigt, dass der eingeschlagene Weg die Hochschule noch schneller in die Zukunft führt”, sagt Synold. „Wir sind stolz auf unsere ersten Promovierten, die mit der angewandten Forschung offene Lücken der Grundlagenforschung schließen konnten.“

Für Timo Hertlein endet der aufregende Vormittag mit einem traditionsreichen Ritual: Nach der Disputation bekommt er einen Talar – und einen von den Kolleginnen und Kollegen liebevoll verzierten Doktorhut.

Weitere Informationen: Promotionen HS Coburg