Die Rolle des Speichers bei der Netzintegration von Elektrofahrzeugen

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1 Die Rolle des Speichers bei der Netzintegration von Elektrofahrzeugen Dr. Christof Wittwer Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE FVEE-Workshop Elektrochemische Energiespeicher und Elektromobilität Ulm,

2 Geschäftsfelder Fraunhofer ISE Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik Angewandte Optik und funktionale Oberflächen Solarthermie Silicium-Photovoltaik Alternative Photovoltaik-Technologien Regenerative Stromerzeugung Wasserstofftechnologie

3 Geschäftsfeld Regenerative Stromerzeugung Autarke Stromversorgungen und Inselnetze Dezentrale, netzgekoppelte Energiesysteme Qualitätssicherung von PV-Modulen und Systemen Leistungselektronik und Regelungstechnik Elektrische Speichersysteme Elektromobilität Solare Kraftwerke Dezentrale Wasseraufbereitung

4 ISE-Kompetenzen im Bereich Elektromobilität Erneuerbare Energien, Energiekonzepte und -szenarien Energiemanagement dezentraler Erzeuger Metering, Billing und Kommunikationslösungen Batteriesystemtechnik Brennstoffzellentechnik Leistungselektronik Ladestationen für Stromund Wasserstoffspeicher

5 Wechsel im Energiemix 28: 616 g CO 2 /kwh 123 g CO 2 /km (,2 kwh/km) Anpassung von Angebot und Nachfrage: Steuerung von Angebot 25: 55 g CO 2 /kwh 11 g CO 2 /km (,2 kwh/km) Anpassung von Angebot und Nachfrage: Steuerung von Nachfrage Quelle: BDEW/ AGEB 29, Nitsch 28

6 Warum V2G: Mobiler Speicher V2G Speicher Potential Grafik an Darstellungen von D.U. Sauer RTWH Aachen angelehnt 1 kwh 1 kwh 1 kwh 1 kwh 1 kwh AC DC AC DC AC DC AC DC AC DC 4 V ~5 kw 4 V ~5 kw 4 V ~5 kw 4 V ~5 kw 4 V ~5 kw ~1 kv- 2 kv Ist stark abhängig vom Konzept der bidirektionalen Netzanbindung, der Batterieeigenschaften, den Anreizen für den Kunden rückzuspeisen: theo. Potential bei 4,6 Mio. Fahrzeugen (~1%): Annahme je Fahrzeug: 2 h/d verfügbar (4h/d Nutzung) 1 kwh Speicher 3,5 kw Leistung (16A bei 23V) Speicherleistung: 13.4 GW Kapazität: 38.3 GWh

7 V2G Vergleich mit Pumpspeicherkraftwerken V2G bei 4.6 Mio Fahrzeugen (1%) Speicherleistung: 13.4 GW Kapazität: 38.3 GWh AC 4 V 1 kwh DC ~5 kw Pumpspeicher Goldisthal: Speicherleistung: ~1 GW Kapazität: ~8.8 GWh In D. Installierte Pumpspeicherwerke: Speicherleistung: ~5 GW Kapazität: ~35 GWh Grafik an Darstellungen von D.U. Sauer RTWH Aachen angelehnt 1 kwh 1 kwh 1 kwh 1 kwh AC DC AC DC AC DC AC DC 4 V ~5 kw 4 V ~5 kw 4 V ~5 kw 4 V ~5 kw ~1 kv- 2 kv Pumpspeicherwerk Goldisthal

8 Beispiel Nachfrage und Energieangebot Quelle: VDE

9 Beispiel Nachfrage und Energieangebot Elektrofahrzeuge in Deutschland 134 GW 383 GWh Quelle: VDE, eigene Berechnungen

10 Zusätzliche Last durch Elektrofahrzeuge 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 Theoretischer Bedarf EV Theoretisch abgefragte Leistung Basierend auf MID Daten 1 % Elektrofahrzeuge in Deutschland Batteriegröße 4 kwh Ladeleistung 3,3 kw Verbrauch,2 kwh/km Jährlicher Energieverbrauch: EVs: 17 TWh/a 26: 612 TWh/a 17%

11 Zusätzliche Last durch Elektrofahrzeuge 35 abgefragte Leistung (EVs) [GW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag [GW] Netzlast + abgefragte Leistung (EVs) [GW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag vertikale Netzlast EVs EVs (ungesteuert) Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag vertikale Netzlast Theoretischer Bedarf EV

12 Beispiel Freiburg Veränderung des Wochenlastgangs Veränderung des Wochenlastganges durch ungesteuertes Laden (Ladebeginn nach letzter Fahrt) 6 5 Leistung [MW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit Data Badenova E-Mob an 3,5 kw

13 Beispiel Freiburg Leistungsbegrenzung auf Höchstlast 28 Veränderung des Wochenlastganges durch Leistungsbegrenzung auf Höchstlast Leistung [MW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit Lastprofil Freiburg verändertes Lastprofil (E-Mob gest) entkoppeltes Lastprofil E-Mob

14 Beispiel Freiburg Verschiebung um 6 Stunden Veränderung des Wochenlastganges durch Verschiebung der Energieanforderung durch Elektromobilität um 6h 6 5 Leistung [MW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit Lastprofil Freiburg verändertes Lastprofil (E-Mob gest) entkoppeltes Lastprofil E-Mob

15 Beispiel Freiburg Tarifgesteuertes Laden Veränderung des Wochenlastganges durch einfaches tarifgeführte Beladung der Elektroflotte Leistung [MW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit Lastprofil Freiburg E-Mob an 3,5 kw E-Mob an 1kW Tarif 1,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Tarif [ ]

16 Beispiel Freiburg Tarifgesteuertes Laden 2 Veränderung des Wochenlastganges durch tarifgeführtes Laden Leistung [MW] Tariff [ct /kwh] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit Lastprofil Freiburg Entkoppeltes Lastprofil E-Mob verändertes Lastprofil (E-Mob gest) Tarif

17 Beispiel Freiburg Einfluss von erneuerbaren Energien Veränderung des Lastprofils durch 3-stufigen Tarif, der Erzeugung von volatilen Energie und dem Verbrauch folgend 6 5 Leistung [MW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit Erzeugung Wind/Sonne exempl Woche 4 (1fach) Lastprofil Freiburg

18 Beispiel Freiburg Einfluss von erneuerbaren Energien 2 Veränderung des Lastprofils durch 3-stufigen Tarif, der Erzeugung von fluktuierender Energie und dem Verbrauch folgend Leistung [MW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit Tarif [c /kwh] Erzeugung Wind/Sonne exempl Woche 4 (1fach) Lastprofil Freiburg Tarif

19 Beispiel Freiburg Einfluss von erneuerbaren Energien 3 Veränderung des Lastprofils durch 3-stufigen Tarif, der Erzeugung von fluktuierender Energie und dem Verbrauch folgend Leistung [MW] Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit Tarif [c /kwh] Erzeugung Wind/Sonne exempl Woche 4 (1fach) Lastprofil Freiburg verändertes Lastprofil (E-Mob gest) Tarif

20 Beispiel Freiburg Einfluss des Ladens auf Netzauslegung Anschlussleistung der Fahrzeuge: 3,5 kw

21 Beispiel Freiburg Einfluss des Ladens auf Netzauslegung

22 Beispiel Freiburg Einfluss des Ladens auf Netzauslegung

23 Beispiel Freiburg Einfluss des Ladens auf Netzauslegung Anschlussleistung der Fahrzeuge: 1 kw

24 Ladeoptimierung

25 Ladeoptimierung Funktionsweise Parameters Average Consumption.2 kwh/km Battery Capacity 2 kwh Connection 3.5 kw Avoid Discharging under 7 %

26 Ladeoptimierung Funktionsweise Parameters Average Consumption.2 kwh/km Battery Capacity 2 kwh Connection 3.5 kw Avoid Discharging under 7 %

27 Ladeoptimierung Plannungshorizont Planning One Trip ahead Planning Two Days ahead

28 Ladeoptimierung bidirektionale Ladestation Planning One Trip ahead Planning Two Days ahead

29 Ungesteuertes Laden Donnerstag 1 9 Freitag 5 km 1 km 5 km 15 km : 6: 12: 18: : 6: [%] 12: 6 [ct/kwh] 4 2 SoC [%] EEX Spot Market [ct/kwh] Fahrt Laden

30 Ladeoptimierung Kosten Energiefluss Unidirektional Bidirektional Planungshorizont Ungesteuert Nächste Fahrt 2 Tage Nächste Fahrt 2 Tage Kosten [ -ct] 64,46 49,94 26,64 18,4-21,89 EEX Spotmarkt Kosten [ -ct] 159,89 123,86 66,7 44,74-54,29 Verbraucherpreis

31 Ladeoptimierung Kosten Energiefluss Unidirektional Bidirektional Planungshorizont Ungesteuert Nächste Fahrt 2 Tage Nächste Fahrt 2 Tage Kosten [ -ct] 64,46 49,94 26,64 18,4-21,89 EEX Spotmarkt Kosten [ -ct] 239,85 185,79 99,11 67,1-81,43 Verbraucherpreis

32 Realisierung On Board: Metering Communication Authentication Tariff Handling Data Logging Optimization

33 Mögliche Infrastruktur

34 Danke für die Aufmerksamkeit