Hannover, 23. Januar 2015

Ungesteuertes Laden von E-Autos erhöht Lastspitzen im Stromnetz

Das Ziel: Elektroautos systemstabilisierend ins Stromnetz einbinden. Was tatsächlich realisierbar ist, hängt vor allem vom Ladeverhalten ab. Ergebnisse hierzu soll das enercity-Forschungsprojekt "Demand Response - das Auto als aktiver Speicher und virtuelles Kraftwerk" liefern. Insgesamt 40 "Testfahrer" beteiligen sich an dem Praxistest. Diese Woche wurde die zweite der vier Versuchsphasen abgeschlossen und erste Erkenntnisse liegen vor.

Das Ladeverhalten der Testgruppe im Raum Hannover, Nienburg und Salzgitter betrachtet enercity in dem Projekt unter vier verschiedenen Bedingungen. Dazu wird in jeder Phase ein weiterer Lademodus aktiviert, zwischen denen die Nutzer wählen können:

  • beliebiges Laden (Referenzphase 1)
  • Laden zu definierten Zeitfenstern (Phase 2) sowie
  • Laden oder gar Ausspeisen von Strom gemäß Bedarf des Netzbetriebs in den beiden letzten Phasen.

Die zweite Phase, in der die Testgruppe - mit einer täglichen kleinen Prämie angereizt - in bestimmten Zeitfenstern lädt, zeigte, dass das Projekt auf dem richtigen Weg ist.

Ladespitzen besonders in den Abendstunden

Die erste 18-wöchige Projektphase lieferte zunächst Referenzwerte für alle weiteren Szenarien in anschließenden Projektphasen. Während dieses Referenzzeitraums luden alle, wann sie üblicherweise wollten. Die häufigsten Ladezeitpunkte lagen in der klassischen Primetime der täglichen Strom-Lastkurve, zwischen 18 und 20 Uhr. Das Laden fand also vermehrt in dem Zeitraum statt, zu dem ohnehin schon die höchste Stromnachfrage des Tages herrschte. "Das Laden von zukünftig massenhaft eingesetzten E-Fahrzeugen darf nicht dem freien Spiel der Kräfte überlassen werden. Der ungeregelte Ladebeginn würde zu noch höheren Lastspitzen, besonders in den Abendstunden führen", so Projektleiter Matthias Röhrig, der als enercity-Abteilungsleiter für die überregionale Versorgung mit Strom und Gas verantwortlich ist. (Download: Abbildung zur Referenzphase 1).

Netzstabilisierendes Laden tut not

Die Grundidee des Projekts, das Laden von E-Autos netz-/lastverlaufsstabilisierend zu steuern, erweist sich damit als dringlich. Bereits der erste Steuerungsansatz, die Vorgabe definierter Zeitfenster in der Phase 2, ist erfolgversprechend. Das Laden soll hierbei vorwiegend in lastarmen Zeiten sowie Zeiten mit hoher Wind- oder Solareinspeisung vorgenommen werden. Deshalb gibt es die festgelegten Ladezeiträume 11 - 15 Uhr und 22 - 6 Uhr  -  die Auswahl zwischen Laden innerhalb dieser Ladezeiträume und dem sofortigen Ladebeginn zu beliebiger Zeit ist möglich. Bei den 40 Probanden erfolgte in der Phase 2 eine deutliche Lastverschiebung in Richtung späterer Stunden, in der sich die Gesamtlastkurve im Netz wieder auf Talfahrt befindet. Phase 2 zeigte, dass flexibel zu ladende Fahrzeuge schwankende Einspeisung und Last durch steuerbaren Ladebeginn und Ladestopp ausgleichen können (Download: Abbildung Phase 2).

"Als Vorteile der Ladezeitverschiebung in der Phase 2 sehen wir, dass die frühabendlichen Lade-Lastspitzen aus der Referenzphase vermieden werden und die Nachfrage in lastarme und kostengünstige Zeiträume verschoben werden kann", so Röhrig. "Die bessere Lastverteilung ermöglicht einen konstanteren, ressourcenschonenderen Kraftwerkseinsatz, aber die Nutzung der fluktuierenden erneuerbaren Energien bleibt dabei noch suboptimal, da die statischen Ladezeitfenster nicht auf Windflauten oder bewölkten Himmel am Mittag reagieren".

Lastverschiebung durch kleine finanzielle Anreize

Das Projekt bietet in der Phase 2 einen kleinen finanziellen Anreiz für das Laden in den festgelegten Zeiträumen an. Die Nutzer zeigten sich mehrheitlich bereit, sich unter Gewährung der Prämie an die festgelegten Ladezeiten zu halten. Der Ladebeginn erst einige Stunden nach der Ankunft ist für Privatpersonen abends meist unproblematisch, da die Ladedauer geringer als die Standzeit der Fahrzeuge über Nacht ist. Zuhause finden laut der begleitenden Nutzerbefragungen durch das Institut für Transportation Design (Hochschule für Bildende Künste Braunschweig) auch über 60 Prozent der Ladevorgänge einer normalen Woche statt. Nutzer müssen dabei den Ladeprozess innerhalb des festgelegten Ladezeitraums nicht aktiv starten und beenden, sondern können vorher den gewünschten Lademodus wählen. Alles Weitere erledigen die für das Projekt eigens entwickelten Ladeboxen (CarConnectBox) automatisch.

In der nun startenden Phase (3) sollen die Ladezeiten variabel gestaltet werden. Dafür wird ein weiterer Lademodus eingeführt, bei dem innerhalb der lastarmen Zeiten im Zeitraum 0 bis 6 Uhr drei Ladestunden garantiert werden. Hinzu können in Abhängigkeit der Wind- und Solareinspeisung weitere Ladezeiträume durch enercity aktiviert werden, die für die Nutzer am Vortag einsehbar sind. In der letzten Phase (4) wird ein weiterer Modus aktiviert, bei dem die Ladezeiten zuvor nicht mehr bekannt gegeben werden, sodass eine komplett flexible Ladung vorgenommen werden kann. Die anderen Lademodi bleiben jeweils aktiviert, sodass die Nutzer zwischen diesen wählen können und getestet werden kann, welche Einschränkungen akzeptiert werden.

Bildmaterial:

Das Bildmaterial darf für Berichterstattung über enercity frei verwendet werden (darüber hinausgehende Verwendung nur mit Freigabe von enercity). Download-Link zu Fotomaterial (CarConnectBox) und Abbildungen zum Lastverlauf (ggfs. PIN-Code: G5MXT erforderlich): https://mams.enercity.de/pindownload/login.do?pin=G5MXT

Personen auf dem Foto (v.l.n.r): Am Dienstag, 27. Mai 2014, stellten enercity-Projektleiter Matthias Röhrig und Corinna Kleimann, Geschäftsführerin der enercity Contracting GmbH, zum Teststart die neue und eigens entwickelte CarConnectBox (CCB) in Hannover vor. Mit der CCB wird jeder Ladevorgang dokumentiert und kann das gesteuerte Laden der Elektrofahrzeug-Testgruppe organisiert werden. Stellvertretend für die Testgruppe führt Prof. Dr. Lars Baumann aus Hannover-Bothfeld mit seinem BMWi3 das Laden an der CCB und dessen Funktionalität vor.

Abbildung 1: Lastdaten zu Phase 1 (mit ausschließlich sofortigem Ladebeginn). Gemittelter Wochenlastgang für die gesamten teilnehmenden Elektrofahrzeuge in der Referenzphase und Standardlastprofil von Haushaltskunden (jeweils normiert auf eine durchschnittliche Leistung von 1000 W)

Abbildung 2: Lastdaten zu Phase 2 (mit Wahlmöglichkeit zwischen dem sofort startendem Ladevorgang und dem Laden in festgelegten Zeiträumen). Gemittelter Wochenlastgang für die gesamten Autos in Phase 2 und Standardlastprofil von Haushaltskunden (jeweils normiert auf eine durchschnittliche Leistung von 1000 W)

Hintergrundinformationen zur CarConnectBox (CCB)

Die CarConnectBox stellt als sogenannte Wallbox die Schnittstelle zwischen Elektrofahrzeug und dem Stromnetz dar. Über sie wird die Fahrzeugbatterie mit einer standardisierten Steckverbindung geladen. Darüber hinaus bindet die CarConnectBox den Fahrzeugnutzer in das Projekt ein und ermöglicht die Auswertung und Fernsteuerung der Ladevorgänge durch die Leitwarte. Dafür ist sie zum einen mit entsprechender Messtechnik und zum anderen mit einer Mobilfunkverbindung ausgerüstet, die eine Kommunikation unabhängig von der Internetanbindung der Versuchsteilnehmer ermöglicht.

Speziell für die Typ-2-Ladesteckdose enthält sie Komponenten, die einen sicheren Ablauf der Ladung gewährleisten. An diesem Anschluss der CarConnectBox ist eine Ladeleistung bis 22 kW bei geeigneter Auslegung der Hausinstallation und des Elektrofahrzeugs möglich. Über den Touchscreen wählt der Nutzer das gewünschte Ladeprogramm und erhält Informationen über den Ladevorgang. Neben der aktuellen Ladeleistung wird hier auch der Energieverbrauch des aktuellen und des letzten Ladevorgangs dargestellt.

Die CarConnectBox sowie die Leitwarte des Projekts wurden am Fachgebiet Elektrische Energieversorgung des Instituts für Energieversorgung und Hochspannungstechnik (IEH) an der Leibniz Universität Hannover in Kooperation mit den Projektpartnern entwickelt. Auch Studierende des Instituts haben hier engagiert mitgewirkt und den gesamten Vorgang von der Planung bis zur Testphase begleitet. Nach der Entwicklung des Prototypen wurden die 40 CarConnectBoxen durch Auszubildende in der Ausbildungswerkstatt von enercity gebaut.

Hintergrundinformationen zum Projekt "Demand Response"

Das Projekt "Demand Response - das Auto als aktiver Speicher und virtuelles Kraftwerk" wird im Rahmen des Schaufensters Elektromobilität von der Bundesregierung gefördert. Träger des Projekts ist die enercity Contracting GmbH. Ziel ist die Entwicklung von marktfähigen Geschäftsmodellen, die das Nutzerverhalten so steuern, dass Elektromobilität einen nennenswerten Beitrag zur Stabilisierung des energiewirtschaftlichen Gesamtsystems liefern kann. Bei insgesamt 40 Elektrofahrzeugen wird das Ladeverhalten der Nutzer untersucht. Dazu wurde eine CarConnectBox (CCB) entwickelt, mit der die Ladevorgänge aufgezeichnet und gesteuert werden können. Nachdem die an 40 Stellplätzen installiert worden war, startete der Elektroauto-Ladeversuch bei enercity am Dienstag, den 27. Mai 2014. Neben 30 unterschiedlichen Elektroautos privater und gewerblicher Herkunft nehmen auch 10 VW e-up! aus dem enercity-Fuhrpark an dem Feldversuch teil.

Das Projekt "Demand Response" ist eines von rund 30 Projekten im Schaufenster Elektromobilität der Metropolregion Hannover Braunschweig Göttingen Wolfsburg. Es wird mit rund 640.000 Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft im Rahmen der Schaufensterinitiative der Bundesregierung gefördert.

Weitere Informationen zum niedersächsischen Schaufenster Elektromobilität: www.metropolregion.de/emobil

Die Bundesregierung hat im April 2012 vier Regionen in Deutschland als "Schaufenster Elektromobilität" ausgewählt und fördert hier auf Beschluss des Deutschen Bundestags die Forschung und Entwicklung von alternativen Antrieben. Insgesamt stellt der Bund für das Schaufensterprogramm Fördermittel in Höhe von 180 Millionen Euro bereit. In den groß angelegten regionalen Demonstrations- und Pilotvorhaben wird Elekt-romobilität an der Schnittstelle von Energiesystem, Fahrzeug und Verkehrssystem erprobt.

Weitere Informationen unter: www.schaufenster-elektromobilitaet.org