Netzintegration von Smart Grid Vehicles

Transkript

1 Netzintegration von Smart Grid Vehicles Tomi Engel Berlin

2 30 Jahre technischer Fortschritt

3 30 Jahre technischer Fortschritt 64 kb RAM 16 Farben 3 MHz CPU-Takt x = kb RAM Farben 1 GHz CPU-Takt

4 30 Jahre technischer Fortschritt x = x 1 =

5 Fossile Struktur... 3 Sektoren 50-70% Verlust durch Abwärme 50-70% Verlust durch Abwärme Strom Wärme Verkehr

6 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke

7 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Stichwort Smart! Grid Vehicle Strategie Kurzzeitspeicher: Batterie

8 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Stichwort Smart! Grid Vehicle Strategie Smart Charging Smart Billing Smart Grid Services

9 Merke! Nur Autos die am Netz hängen können das Netz stabilisieren!"

10 Netzintegration kontra Strom tanken

11 Drei Lösungen für ein Problem 1% Normalladung meist über 60 Minuten Parkdauer 3 bis 20 kw peak Das (dünne) Kabel ist Teil des Fahrzeuges. Der Vorgang gleicht unbeaufsichtigtem Parken. 95% 4% Schnellladung bis ca.15 Minute Aufenthalt 10 bis 100 kw peak Das (dicke) Kabel ist Teil der Infrastruktur. Der Vorgang gleicht dem "Benzin tanken" unter Aufsicht. Batteriewechsel ca. 1 Minute Aufenthalt weit über "1.000" kw peak Kein Kabel erforderlich. Braucht einheitliche Akkus. Ist die Konkurrenz zur Schnellladung

12 Drei Lösungen für ein Problem 1% 95% 4% Normalladung Schnellladung Batteriewechsel Netzintegration Strom tanken

13 Netzanbindung des Fahrzeuges

14 Regenfänger Stolperfalle 7m Kabelgewirr Dreckfänger

15 Designmerkmale... Netzintegration 10 kw (AC) Ladekabel (fest) Ladebuchse (optional) 50 kw (DC) Netzintegration Strom tanken Das (dünne) Kabel ist Teil des Fahrzeuges. Der Vorgang gleicht unbeaufsichtigtem Parken. Das (dicke) Kabel ist Teil der Infrastruktur. Der Vorgang gleicht dem "Benzin tanken" unter Aufsicht.

16 Designmerkmale... Netzintegration 10 kw (AC) Ladekabel (fest) Netzintegration

17 Designmerkmale... Netzintegration

18 Designmerkmale... Strom tanken Ladebuchse (optional) 50 kw (DC) Strom tanken

19 Designmerkmale... Strom tanken

20 Merke! Das Kabel gehört direkt in das Auto integriert!

21 Merke! Netzintegration erfolgt am Auto vorne!

22 Infrastruktur

23 Kabel... sollte (schräg) nach unten hängen (Regenablauf, Kabelknickschutz etc.) Klappe? Display?... besser ohne, denn was nicht da ist, das kann auch nicht kaputt gehen! 180 cm... sollte so kurz wie möglich sein und nicht am Boden (im Dreck) liegen Regenablauf, Schneeschutz... der Wasserablauf bzw. der Schneeschutz sollten der "Gravitation" Rechnung tragen Bauhöhe 120 cm... zwischen 80 und 120 cm ist typisch... unter 60 cm wird die Bedienung eher unergonomisch... Spritzwasser von der Straße ist zu beachten... ein Display zwingt meist zu mehr Höhe... der "falsche Stecker" zwingt zu mehr Höhe... je höher desto störender im Straßenbild

24 Kabel... sollte (schräg) nach unten hängen (Regenablauf, Kabelknickschutz etc.) Klappe? Display?... besser ohne, denn was nicht da ist, das kann auch nicht kaputt gehen! 180 cm... sollte so kurz wie möglich sein und nicht am Boden (im Dreck) liegen Regenablauf, Schneeschutz... der Wasserablauf bzw. der Schneeschutz sollten der "Gravitation" Rechnung tragen Bauhöhe 120 cm... zwischen 80 und 120 cm ist typisch... unter 60 cm wird die Bedienung eher unergonomisch... Spritzwasser von der Straße ist zu beachten... ein Display zwingt meist zu mehr Höhe... der "falsche Stecker" zwingt zu mehr Höhe... je höher desto störender im Straßenbild

25 Die unterschiedlichen Konzepte Steckdosen Stromautomat Abschließbare Steckdosen Stromtankstellen Batteriewechselstationen

26 Die unterschiedlichen Konzepte 30! Steckdosen 3.000! Stromautomat 300! Abschließbare Steckdosen ! Stromtankstellen Stromstellen ! Batteriewechselstationen

27 Die unterschiedlichen Konzepte Steckdosen Stromautomat Abschließbare Steckdosen Stromtankstellen Stromstellen Batteriewechselstationen Netzintegration Strom tanken

28 Kenndaten für Elektroautos PKW Tankstelle Motorleistung (kw) Energieverbrauch (kwh/100km) Fahrweg (km/d) Ladeleistung (kw) Tankzeit (Stunden) Umsatz (Euro/d bei 20 Cent/kWh) ,00 4, ,00 1, ,50 3, ,25 0, ,45 0, ,75 0,30

29 Kenndaten für Elektroautos PKW "Tankstelle" Motorleistung (kw) Energieverbrauch (kwh/100km) Fahrweg (km/d) Ladeleistung (kw) Tankzeit (Stunden) Umsatz (Euro/d bei 20 Cent/kWh) ,00 4, ,00 1, ,50 3, ,25 0, ,45 0, ,75 0,30 Extrem geringe Umsätze machen der Verkauf von "kwh" wirtschaftlich unmöglich.

30 Merke! Es gibt (bisher) kein Geschäftsmodell für den reinen Betrieb von Stromtankstellen!

31 Das Smart Grid Vehicle im Solarzeitalter kw kwh km

32 Die technische Netzintegration

33 Drei Probleme suchen eine Lösung Privater Parkplatz Öffentlicher Parkplatz Großparkplatz 1 bis 3 Fahrzeuge 10 bis 100 Fahrzeuge 100 bis Fahrzeuge 3 bis 60 kw peak 30 bis kw peak bis kw peak

34 Drei Probleme suchen eine Lösung Privater Parkplatz Zwang zum... Öffentlicher Parkplatz kw! Großparkplatz 1 bis 3 Fahrzeuge 10 bis 100 Fahrzeuge 100 bis Fahrzeuge 3 bis 60 kw peak 30 bis kw peak bis kw peak Management

35 d : h : m : s Tage Stunden Minuten Sekunden

36 d : h : m : s Tage Stunden Minuten Sekunden Std. Prognose... des Energieangebots und Vorausplanung der gepoolten "Batterieaktivitäten" durch am Markt agierende Fahrstromhändler.

37 d : h : m : s Tage Stunden Minuten Sekunden Power Level (kw in) (kw out) Bandbreitenmanagement... auf Niederspannungsebene zur Vermeidung von lokalen Netzüberlastungen und zur besseren Planbarkeit der E-Auto-Ladevorgänge. Power Level Limit Time Power Level Limit

38 d : h : m : s Tage Stunden Minuten (+) Sekunden G2V (+) 8 kw Ladeleistung 50 Hz 230 V Dynamische Netzstützung... durch eine Netzinteraktion der E-Fahrzeuge nach einem parametrisierbaren und vor allem wohl definierten Verhalten, das Ladeleistung (und Flußrichtung) dem Netz anpaßt. 5 kw 2 kw (-) -5 kw Netz Freq./Spannung V2G (-)

39 d : h : m : s Tage Stunden Minuten Sekunden Dynamische Netzstützung... durch eine Netzinteraktion der E-Fahrzeuge nach einem parametrisierbaren und vor allem wohl definierten Verhalten, das Ladeleistung (und Flußrichtung) dem Netz anpaßt.

40 d : h : m : s Tage Stunden Minuten (+) Sekunden 50 Hz 230 V Dynamische Netzstützung... durch eine Netzinteraktion der E-Fahrzeuge nach einem parametrisierbaren und vor allem wohl definierten Verhalten, das Ladeleistung (und Flußrichtung) dem Netz anpaßt. (-) Netz Freq./Spannung

41 d : h : m : s Tage Stunden Minuten (+) Sekunden G2V (+) Ladeleistung 50 Hz 230 V Dynamische Netzstützung... durch eine Netzinteraktion der E-Fahrzeuge nach einem parametrisierbaren und vor allem wohl definierten Verhalten, das Ladeleistung (und Flußrichtung) dem Netz anpaßt. (-) Netz Freq./Spannung V2G (-)

42 d : h : m : s Tage Stunden Minuten (+) Sekunden G2V (+) Ladeleistung 50 Hz 230 V Dynamische Netzstützung... durch eine Netzinteraktion der E-Fahrzeuge nach einem parametrisierbaren und vor allem wohl definierten Verhalten, das Ladeleistung (und Flußrichtung) dem Netz anpaßt. 5 kw (-) Netz Freq./Spannung V2G (-)

43 d : h : m : s Tage Stunden Minuten (+) Sekunden G2V (+) 8 kw Ladeleistung 50 Hz 230 V Dynamische Netzstützung... durch eine Netzinteraktion der E-Fahrzeuge nach einem parametrisierbaren und vor allem wohl definierten Verhalten, das Ladeleistung (und Flußrichtung) dem Netz anpaßt. 5 kw 2 kw (-) -5 kw Netz Freq./Spannung V2G (-)

44 d : h : m : s Tage Stunden Minuten (+) Sekunden G2V (+) 8 kw Ladeleistung 50 Hz 230 V Dynamische Netzstützung... durch eine Netzinteraktion der E-Fahrzeuge nach einem parametrisierbaren und vor allem wohl definierten Verhalten, das Ladeleistung (und Flußrichtung) dem Netz anpaßt. 5 kw 2 kw (-) -5 kw Netz Freq./Spannung V2G (-)

45 d : h : m : s Tage Stunden Minuten (+) Sekunden G2V (+) 8 kw Ladeleistung 50 Hz 230 V Dynamische Netzstützung... durch eine Netzinteraktion der E-Fahrzeuge nach einem parametrisierbaren und vor allem wohl definierten Verhalten, das Ladeleistung (und Flußrichtung) dem Netz anpaßt. 5 kw 2 kw (-) -5 kw Netz Freq./Spannung V2G (-)

46 d : h : m : s Tage Stunden Minuten Sekunden Std. Prognose & Planung Power Level (kw in) (kw out) Bandbreitenmanagement G2V (+) 8 kw Ladeleistung 5 kw 2 kw (+) 50 Hz 230 V Netz Freq./Spannung Dynamische Netzstützung (-) -5 kw V2G (-)

47 Abrechnung und Management

48 k W h

49 k W h

50 k W h

51 Wir behandeln Elektroautos wie Bügeleisen k W h

52 Doch es sind eigentlich Häuser mit Rädern k W h rund 20 kw und 2 MWh/a... die bisher noch keinen Stromzähler haben. bis 20 kw und 2 MWh/a k W h

53 Erlaubt eine deutliche Vereinfachung der Stromstelleninfrastruktur. k W h

54 Auch kompatibel mit Zukunftsvisionen wie Induktionstechnik für Langstreckenlösungen. k W h k W h

55 Auch kompatibel mit Zukunftsvisionen wie Netzrückspeisung (Vehicle to Grid). k W h

56 k W h k W h

57 Öffentliche Stromstellen sind stromlos k W h k W h

58 Öffentliche Stromstellen sind stromlos bis geklärt ist, wer die Rechnung bezahlt! k W h k W h

59 Öffentliche Stromstellen sind stromlos bis geklärt ist, wer die Rechnung bezahlt! k W h Die müssen miteinander reden! k W h

60 Öffentliche Stromstellen sind stromlos bis geklärt ist, wer die Rechnung bezahlt! k W h Die müssen miteinander reden! k W h

61 Die Vorstellungen der Autoindustrie

62 Die Vorstellungen der Autoindustrie

63 Die Vorstellungen der Autoindustrie "Doomed to Fail"!

64 Öffentliche Stromstellen sind stromlos bis geklärt ist wer die Rechnung bezahlt k W h Die müssen miteinander reden! k W h

65 Stromstellenbetreiber Verhandlung, Abrechnung Fahrstromversorger Management k W h Steuerung Lademanagement k W h

66 Management Fahrstromversorger Stromstellenbetreiber k W h Lebensdauer: Steuerung Verhandlung, Abrechnung k Lademanagement W h 50 Jahre 5 Jahre

67 Stromstellenbetreiber Verhandlung, Abrechnung Fahrstromversorger Management k W h Steuerung Lademanagement k W h

68 Stromstellenbetreiber Verhandlung, Abrechnung Fahrstromversorger Management k W h Steuerung "Heart beat" Lademanagement k W h

69 Fahrstromversorger Stromstellenbetreiber Sicher Verhandlung, Abrechnung Management Sicher k W h Sicher Steuerung "Heart beat" Unsicher Sicher Lademanagement k W h

70 Ein einfacher und offener Standard... zur Erkennung der elektrischen Kompatibilität... zur Überwachung der elektrischen Sicherheit... zur Zuteilung der verfügbaren Leitungskapazitäten... zur Identifizierung der Stromstelle "Heart beat" Unsicher

71 Ein einfacher und offener Standard Muss: Kann: 1. Austausch der EIC-IDs (Stromstelle und Fahrstromdienstleister plus Ticket-ID ) 2. Heart-Beat für physikalische Limits (Voltage, min-max Ampere je Phase,...) 3. optionale Name plate -Infos als XML Datenblock z.b. für IPv6 Zugang "Heart beat" Unsicher 4. Datentunnel für IPv6 (IPsec) payload via PLC

72 Rechtssicherheit ist die Voraussetzung für alle Geschäftsmodelle Fahrstromversorger... die zur Erschliessung der technischen Potentiale der Smart Grid Vehicles erforderlich sind. Hersteller können hier eigene, neue Innovationen schneller einführen. Sicher Lademanagement k W h

73 Fahrstromversorger Stromstellenbetreiber Sicher Verhandlung, Abrechnung Relativ rasche und einfache Standardisierung... (komplexer) internationaler Kommunikation- und Geschäftsprozesse zwischen wenigen Akteuren ist möglich.... weil größtenteils bereits vorhanden!

74 Management Stromstellenbetreiber Sicher k W h Sicher Steuerung Erlaubt einen fairen Wettbewerb... unterschiedlicher Systeme, ohne die Betriebssicherheit zu gefährden, da es keine Inkompatibilitäten geben kann.

75 Fahrstromversorger Stromstellenbetreiber Sicher Verhandlung, Abrechnung Management Sicher k W h Sicher Steuerung "Heart beat" Unsicher Sicher Lademanagement k W h

76 Fahrstromversorger Stromstellenbetreiber Verhandlung, Abrechnung Management IEC k W h Steuerung "Heart beat" IEC Lademanagement? (IEC 61850?) k W h

77 (kw in) Power Level Limit Power Level Time (kw out) k W h Power Level Limit

78 (kw in) Power Level Limit Power Level (kw out) 15 min Das Bandbreitenangebot der Infrastruktur definiert die physikalischen Grenzen k W h Time Power Level Limit

79 (kw in) Power Level Limit Power Level (kw out) 15 min Die gebuchte Bandbreite gibt beiden Seiten die notwendige Planungssicherheit k W h Time Power Level Limit

80 (kw in) Power Level Limit Power Level (kw out) EV Charging Die gebuchte Bandbreite gibt beiden Seiten die notwendige Planungssicherheit Grid Services k W h Time Power Level Limit

81 (kw in) Power Level Limit Power Level Time (kw out) Das reale Ladeverhalten bewegt sich immer im gebuchten Band. k W h Power Level Limit

82 (kw in) Power Level Limit Power Level Time (kw out) +/- x% für Das reale Ladeverhalten Netzstützung bewegt sich immer im gebuchten Band. k W h Power Level Limit

83 Stromstellenbetreiber Verhandlung, Abrechnung Fahrstromversorger Management k W h Steuerung "Heart beat" Lademanagement k W h

84 d : h : m : s Tage Stunden Minuten Sekunden Std. Prognose & Planung Power Level (kw in) (kw out) Bandbreitenmanagement G2V (+) 8 kw Ladeleistung 5 kw 2 kw (+) 50 Hz 230 V Netz Freq./Spannung Dynamische Netzstützung (-) -5 kw V2G (-)

85 Merke! Wir brauchen Bandbreitenmanagement auf Niederspannungsebene!

86 Merke! Der Stromzähler gehört ins Auto!

87 Merke! Wir müssen weg von der Stromtankstelle und hin zur Stromstelle!

88 Tomi Engel