FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR SOLARE ENERGIESYSTEME ISE

Transkript

1 FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR SOLARE ENERGIESYSTEME ISE Überblick Elektromobilität Dr. Robert Kohrs Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Tag der offenen Tür ISE Freiburg,

2 Elektromobilität Lösung für all unsere Probleme? Was versteht man unter Elektromobilität? Umweltbilanz wo kommt der Strom her? Be- und Entladen der Batterie Aktuelle Forschungsprojekte am ISE

3 Gründe für ein Umsteuern im Verkehr Klimawandel CO 2 -Emissionen im Verkehr 20% davon Individualverkehr 80% Luftverschmutzung in den Ballungszentren Verkehrsaufkommen steigt Limitierte fossile En Vorräte

4 Vorteile von Elektrofahrzeugen 3-4 mal effizienter als Diesel und Benziner prinzipiell sind extrem niedrige CO 2 - Emissionen möglich keine lokalen Emissionen Zugang für Erneuerbare Energien in den Verkehrsbereich Elektro- Fahrzeug Diesel / Benziner Nutzenergie Verluste Energie in %

5 Plug-In Hybrid als Brückentechnologie Rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge (BEV) Batterie E.-Mot. Plug-In- Hybridfahrzeuge (PHEV) V-Mot. Tank Batterie E.-Mot. besitzen ausschließlich batteriegestützten Elektroantrieb Reichweite derzeit ( km) können dennoch großes Marktsegment abdecken (an über 80% der Tage eines Jahres werden weniger als 40 km zurückgelegt) besitzen Elektroantrieb und eine Verbrennungsmaschine haben ebenfalls eine große Batterie, die am Stromnetz geladen wird Extremfall als Range Extender -Version erlauben damit auch hohe Reichweiten ideal als angstfreie Übergangslösung

6 Varianten zur Batterieladung (BEV) Kabelgebunden Abhängig von der Spannung und Leistung (Schuko oder Mennekes) Induktionsladung Berührungslose Energieübertragung z.b. im Bodentank (Verluste bei Übertragung >5%) Batteriewechselkonzepte Daher maschinelle Batterieladung (ohne Umwandlung direkt DC; Schnellladung)

7 Aktuelle Fahrzeuge BMW Nissan Mitsubishi Toyota Daimler 1 Million E-Fahrzeuge in Deutschland bis 2020 ca. 10 Millionen E-Fahrzeuge bis 2030 Fahrzeuge sollen emissionsfrei betrieben werden -> (bilanziell) aus EE

8 Umweltbilanz Vergleich bisheriger CO 2 -Emissionen und - Emissionsziele mit dem CO 2 -Ausstoß von Elektrofahrzeugen abhängig vom elektrischen Kraftwerkspark. Elektroautos müssen mit Erneuerbaren Energien geladen werden!

9 Strombedarf von EV 1 Elektrofahrzeug: Verbrauch ca. 0,2 kwh/km Fahrleistung ca km/a Strombedarf ca kwh/a (entspricht ca. Drei-Personen-Haushalt) 1 Mio. EV (2020) ca. 3 TWh/a (entspricht ca. 0,5% Strombedarf D 2008) 100% Jahresstrombedarf 1Mio. EV Jahresstrombedarf D Auch eine starkte Durchdringung mit Elektroautos wird nur zu einem geringen Anstieg des Strombedarfs führen!

10 Wechsel im Energiemix 2008: Deutschland 2008 CO 2 Emissionen Strom/EV: 616 g CO 2 /kwh 123 g CO 2 /km (0,2 kwh/km) 2050: Deutschland 2050 CO 2 Emissionen Strom/EV: 55 g CO 2 /kwh 11 g CO 2 /km (0,2 kwh/km) Quelle: BDEW/ AGEB 2009, Nitsch 2008

11 Herausforderungen Netz Wachsender Anteil Erneuerbarer Energien (schwankende Einspeisung) Energienachfrage an Energieproduktion anpassen Echt-Zeit-Kommunikation ist notwendig Notwendige Energiespeicherung Dezentrale, lokale Energieproduktion (z.b. BHKW) Bidirektionale, ausgebaute Netz-Infrastruktur Lokales Energie-Management- System Kürzere Übertragungswege, (zeitweise) geringere Netzauslastung Anpassung der Bedarfszeiten an die Energieproduktion 110/220/380 Nutzung kv der Batterien um Energieüberschuss aufzunehmen (z.b. Windspitzen) 10/20 kv 400 V Aufgabe von Elektrofahrzeugen in diesem Zusammenhang: Import/Export Storage Ein großer Strukturwandel ist ohne Smart Metering und einer intelli-genten Kommunikationsstruktur im Netz (Smart Grid) nicht denkbar Elektrofahrzeuge passen perfekt zum Ausbau Erneuerbarer Energien im Netz und einer verstärkten dezentralen Erzeugungsstruktur

12 Strombedarf 35 abgefragte Leistung (EVs) [GW] Netzlast + abgefragte Leistung (EVs) [GW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag vertikale Netzlast EVs EVs (ungesteuert) 0 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag vertikale Netzlast Theoretischer Bedarf EV

13 Gesteuertes Laden Gesteuertes Laden heißt: Laden beginnt (meist) nicht sofort nach dem Einstecken des EV Ladezeit und leistung hängen ab von: Aktuelle Netzlast Aktuelle CO2-Emmission gemäß Energiemix (Anteil EE) Gesteuertes Laden hat Vorteile: Reduktion zusätzlicher Netzlasten durch EV während Peak-Time. Ökologische Aspekte können berücksichtigt werden Kundenanforderungen und zufriedenheit können und müssen berücksichtigt werden Gesteuert nach variablen Tarifen: Tarifbasiertes Laden kann verwendet werden für: Harte Steuerung von Einheiten (gemäß Preisen) Weiche Steuerung durch Kundenbeeinflussung (mit Visualisierung von Preisen)

14 Lokale Nutzung dezentral erzeugten Stroms Direkte Ladung von E-Fahrzeugen beispielsweise aus PV-Anlagen 20 m 2 Solarmodulfläche reichen für etwa km Jahresfahrleistung Durch Eigenstromnutzung in EEG- Novelle sehr attraktiv, auch für Anlagen bis 500 kw Ermöglicht heute schon 100% EE im Verkehr

15 Home Energy Gateways Optimierung der Energieflüsse Optimierung thermischer und elektrischer Energieflüsse Steuerung von Verbrauchern und Erzeugern Bidirektionale Kommunikation Transparenter Energieverbrauch und Kosten Multi-Metering und Mehrwertdienste Kundenspezifische Tarife Intelligente Geräte und Anlagen Integration von dezentralen Erzeugern ins Netzmanagement

16 Aktuelle Projekte

17 Effiziente Mobilität Überblick Aufgabe: Einbindung von Elektrofahrzeugen in den Fuhrpark der Badenova (600 Diesel-, Benzin-, Hybrid- u. Erdgas-Fahrzeuge) Untersuchung der Eignung von Elektro- Fahrzeugen für den Fuhrparkbetrieb Optimierung des Fahrzugeinsatzes unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten Partner: Badenova, ISE Laufzeit: 2 Jahre Förderung durch Badenova Innovationsfonds

18 Effiziente Mobilität Ziele

19 Flottenversuch Elektromobilität Überblick Entwicklung eines Plug-In-Hybrid-Fahrzeugs (Golf Twin Drive) Entwicklung der Ladeinfrastruktur am ISE Feldtest mit 20 Fahrzeugen durch VW, E.ON und weiterer Partner Fahrzeugentwicklung Bidirektionale Nutzung der Fahrzeug- Netzschnittstelle Stromnetze und Infrastruktur Flottenversuch und Auswertung Laufzeit 4 Jahre, Projektvolumen 32 Mio EUR Förderung durch das BMU

20 Flottenversuch Elektromobilität ISE-Verantwortlichkeit Schnittstellenkonzept Netzintegration Authentifizierung (Mobiles) Metering Tarifinformation Optimierung Kommunikation On-board Lademanager, Optimierer (Dispatcher) Kommunikationsgateway, Smart Meter für Schnellladegerät Intelligente Steckdose Server, Datenbankstruktur

21 Flottenversuch Elektromobilität Fahrzeug-Netz-Schnittstelle

22 Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität Übersicht Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung Projektlaufzeit: 6/2009 6/2011 Budget: > 30 Mio Partner: 34 Fraunhofer-Institute in Deutschland

23 Arbeitsschwerpunkte Lade- / Entladesituationen, Speichermanagement Fahrzeug im Verteilnetz (Smart Grids) Bidirektionale Ladestationen Abrechnung, Metering, Kommunikation, Demand Side Management Dezentr. Energieerzeugung / lokale Nutzung Energiewirtschaftliche Aspekte/Geschäftsmodelle Energieerzeugung Verbindung Fahrzeug/Netz

24 Forschungsfelder des Fraunhofer ISE Leistungselektronik - Hocheffiziente bidirektionale Ladegeräte - Intelligente Netzregelung Batteriesystemtechnik - Batteriemanagement - Zustandsbestimmung Wasserstofftechnologie Netzintegration - Energiemanagementsysteme für Ladestation, Privatgebäude, Elektrofahrzeuge - Smart Metering auch für mobile Verbraucher - Kommunikationstechnologien im intelligenten Stromnetz der Zukunft

25 Zusammenfassung Es gibt eine weltweite Motivation hin zur Elektromobilität aus Politik, Wirtschaft und zunehmend anderen Interessensgruppen Elektromobilität wird kommen! 5 Jahre verstärkt Hybridfahrzeuge; 10 Jahre zunehmend batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) Die Stromnachfrage (durch Elektrofahrzeuge) wird sich nach 2015 verändern Elektroautos tragen zu einer geringen Steigerung des Stromverbrauchs bei kontinentalüberregional regional lokal Elektroautos können bei ungesteuerter Beladung (Einstecken = Laden) durch Gleichzeitigkeitsmomente zu extremen Lastspitzen fürhen -> intelligentes Laden ist notwendig

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Dr. Robert Kohrs