Elektromobilität und die Herausforderung "Tankstelle"

Transkript

1 Elektromobilität und die Herausforderung "Tankstelle" Tomi Engel Wien

2 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Elektromobilität - Das Smart Grid Vehicle

3 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Elektromobilität - Das Smart Grid Vehicle Stichwort Smart! Grid Vehicle Strategie Kurzzeitspeicher: Batterie

4 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Elektromobilität - Das Smart Grid Vehicle Stichwort Smart! Grid Vehicle Strategie Smart Charging Smart Billing Smart Grid Services

5 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Elektromobilität - Das Smart Grid Vehicle Stichwort Smart! Grid Vehicle Strategie Smart Charging Smart Billing Smart Grid Services

6 Smart Charging... in der fossilen Welt Steinkohle Braunkohle Uran Fossile E-Autos in der Nacht aufzuladen ist eine... gute Idee

7 Smart Charging... in der fossilen Welt Std. Fossile E-Autos in der Nacht aufzuladen ist eine... gute Idee... schlechte Idee... würde aber passieren, wenn es den Strom in der Arbeit umsonst gibt.

8 Smart Charging... im Solarzeitalter Biogas Sonne Im Sommer E-Autos in der Nacht aufladen ist eine... schlechte Idee Wind

9 Smart Charging... im Solarzeitalter Std. Im Sommer E-Autos in der Nacht aufladen ist eine... schlechte Idee... gute Idee Solarautos laden immer dann, wenn es reichlich Erneuerbare Energie gibt!

10 Smart Charging... gestern und morgen Std.... jedes Elektroauto, dass heute verkauft wird, muss diese Veränderung mitmachen!

11 Smart Charging... gestern und morgen an einem typischen Arbeitstag Std. am Wohnort unterwegs in der Arbeit unterwegs vor dem Kino am Wohnort am Wohnort unterwegs in der Arbeit unterwegs vor dem Kino

12 Smart Charging... Winter und Sommer an einem typischen Arbeitstag am Wohnort * unterwegs in der Arbeit unterwegs vor dem Kino am Wohnort Std. * natürlich sind nie alle PKW gleichzeitig von 6 bis 9 Uhr "unterwegs". Die verfügbaren Ladezeiten schrumpfen in diesem Fall jedoch -> für schnelle Reaktion sind höhere Ladeleistungen erforderlich! am Wohnort unterwegs in der Arbeit unterwegs vor dem Kino

13 Elektroautos... Bolloré BlueCar Personen:! 4 Geschwindigkeit:! 130 km/h Reichweite:! 250 km Antrieb:! Elektro Vermarktung:!? Status:! Prototyp Quelle: Bollore - Pinninferina

14 Elektroautos kwh (300 kg, 45 kwpeak, 410 V) Bolloré BlueCar Personen:! 4 Geschwindigkeit:! 130 km/h Reichweite:! 250 km Antrieb:! Elektro Vermarktung:!? Status:! Prototyp

15 Elektroautos kwh (300 kg, 45 kwpeak, 410 V) = 10 kwh "fahren" (80 km)

16 Elektroautos kwh (300 kg, 45 kwpeak, 410 V) = kwh "fahren" (80 km) "tanken" (für morgen)

17 Elektroautos kwh (300 kg, 45 kwpeak, 410 V) 250 km = kwh "fahren" (80 km) "tanken" (für morgen) "reserve" (für???)

18 Elektroautos... als rollende Pumpspeicher 45 Mio. PKW 30 kwh = kwh Ladeleistung: (300 kg, 45 kwpeak, 4101 V) phasig 3 phasig "reserve" 2 kw 20 kw 10 kw

19 Elektroautos... als rollende Pumpspeicher 30 kwh = kwh Ladeleistung: (300 kg, 45 kwpeak, 4101 V) phasig 3 phasig 45 Mio. PKW * 10 kw = 450 GWpeak (potentielle Regelenergieleistung) "reserve" 2 kw 20 kw 10 kw

20 Elektroautos... als rollende Pumpspeicher 30 kwh Ladeleistung: (300 kg, 45 kwpeak, 4101 V) phasig 3 phasig 45 Mio. PKW * 10 kw = 450 GWpeak (potentielle Regelenergieleistung) 45 Mio. PKW * 10 kwh = 450 GWhpeak (potentielle Speicherkapazität) 2 kw 20 kw 10 kw

21 Elektroautos... als rollende Pumpspeicher max. 80 GW täglich ca GWh 450 GWpeak (potentielle Regelenergieleistung) 450 GWhpeak (potentielle Speicherkapazität) Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw

22 Elektroautos... als rollende Pumpspeicher max. 80 GW täglich ca GWh 450 GWpeak (potentielle Regelenergieleistung) 450 GWhpeak (potentielle Speicherkapazität) Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw

23 Smart Grid Vehicles können... das Stromnetz stabilisieren... sofern die Fahrzeuge ihren Ladevorgang intelligent auf das Stromangebot abstimmen. Smart Charging Std.

24 Smart Grid Vehicles können... das Stromnetz stabilisieren... sofern das Fahrzeug seinen Ladevorgang intelligent auf das Stromangebot abstimmt. Smart Charging Std. Energieüberschüsse "verschieben"... und reduzieren somit den Bedarf an Bioenergie im Stromsektor. Smart Grid Services

25 Die "Infrasturktur" Frage

26 Infrastruktur und Betankung vs Die Rahmenbedingungen haben sich verändert... Erneuerbare Energien bringen hohe dezentrale Stromproduktion im Niederspannungsnetz Lithium-Batterietechnik ist serienreif Wireless Internet (UMTS, WLAN,...) ist Normalität für x-millionen Bürger GPS-Positionsbestimmung und Navigation ist allgegenwärtig Netzrückspeisung (Vehicle-to-Grid) ist "Tagesthema"

27 Infrastruktur und Betankung vs Die Rahmenbedingungen haben sich verändert Brüssel: Internationale Konferenz für Elektromobilität... aber die Stromtankstellen sind immer noch "Murks"

28 Drei Lösungen für ein Problem 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 1%

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

30 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

31 Grundsatzfragen der Netzintegration Ergonomie Wie einfach ist es, dass Auto anzuschliessen? (mit einer Hand?, Zeit?,...) Wie lange dauert es, um 100 km Reichweite "nachzutanken"? Ökonomie Was kostet die notwendige Infrastruktur? (Aufbau und Wartung) Was wird verkauft? (Energie, Mobilität, Blindleistung,...?) Wie wird die "Ware" und wie werden die Steuern bezahlt? Wo liegt eigentlich der Anreiz, um sein Auto ans Netz zu stecken? Sicherheit Wie sicher ist das System für den Nutzer? (Gesundheit, Privatsphäre,...) Wie sicher ist es für die Betreiber? (Geldverlust, Rechtssicherheit,...) Haben wir eine individuelle, nationale oder internationale Lösung?

32 Mit Kabel oder Ohne Kabel?

33 Ohne Kabel?

34 Ohne Kabel? Solarzellen... eine erprobte Sache! Ein Solarautodach macht 5 bis 100 km pro Sommertag möglich.

35 Lasertechnik + Solarmodule?... vieles ist denkbar!... aber unsere Enkel sollen auch noch Spass am Erfinden haben. Ohne Kabel?

36 Induktiv oder Konduktiv (Wire or Wireless) Induktion... in Industrie und ÖPNV Wirkungsgrad = bis ca. 95% Leistung bis xx kw Quelle: Wampfler

37 Tanksäule "Induktion USA" Sicher und Einfach... die Handhabung Strom (AC) Induktiv bis 50 kw Quelle: Darell - Teuer und Kompliziert... die Infrastruktur

38 Tanksäule "Induktion USA" Strom (AC) Induktiv 50 kw

39 Der "mobile Adapter" für unterwegs... Induktion = "Ladegerät" Gewicht = 40 kg x.000 Euro/kW Faktor 100 Quelle: Darell - Konduktion = Steckeradapter Gewicht = 0,x kg x0 Euro/kW

40 Der "mobile Adapter" für unterwegs... Induktion = Wechselrichter Gewicht = 40 kg x.000 Euro/kW Quelle: Darell -

41 Induktion... führt zu höheren Tankverlusten... EMV-Problematik ist komplex... ist auf Reisen sehr umständlich... ist als Infrastruktur zu teuer... wird bei Netzrückspeisung noch teuerer... ist eine Luxus- oder Langstreckenlösung

42 Merke! Die Energieübertragung wird mit einem Kabel erfolgen!

43 Die "Ergonomie" Frage

44 Regenfänger Stolperfalle 7m Kabelgewirr Dreckfänger

45 Platzierung des Ladekabels???????

46 Platzierung des Ladekabels Audi Duo, GM EV1, Toyota RAV (ind.), Volvo ReCharge, Subaru G4e,... Think City, GM Saturn Vue,... Mitsubishi iev (DC), Subaru R1e (DC), VW Space Up Blue,... "Prius PHEV Conversions",... Toyota RAV (cond.), Citroen Saxo, SVE Cleanova, Renault Electroad, Daimler PHEV Sprinter,... Mitsubishi iev (AC), Subaru R1e (AC), Toyota Prius PHEV,...

47 Platzierung des Ladekabels vs. Parkraum

48 Platzierung des Ladekabels vs. Parkraum unterschiedliche Kabelführungen und -längen

49 Platzierung des Ladekabels vs. Parkraum Kabelführung kritisch!

50 Platzierung des Ladekabels vs. Parkraum Warum fokussiert man sich so sehr auf die Laternenparker?? Dies sind die unnötigsten und teuersten Orte für Stromtankstellen!

51 Platzierung des Ladekabels vs. Parkraum Stellplätze Stromtankstellen gehören vor die von Parkhäusern, Tiefgaragen, Großparkplätzen, privaten Garagen, Firmenparkplätzen, Park-n-Ride Knotenpunkten,... Da parkt man überall vorwärts ein!

52 Ladekabel... heute... Ergonomie, Unfälle, Vandalismus?

53 Ladekabel... heute Die Praktiker in Alaska wissen, was geht... und was nicht geht.

54 Ladekabel... damals Kabelfach muss nur 30 cm höher Vor 15 Jahren gab es mal eine Firma, die auf dem richtigen Weg war. Foto: Dr. Martin Schulz, 2007

55 Ladekabel... morgen Manche "Neulinge" sind wieder auf dem richtigen Weg!

56 Platzierung des Ladekabels + Kurzer Weg für den Fahrer - Parksituation + gute Ergonomie (Höhe) -- Parksituation ++ Parksituation, - evt. zu niedrig (=unergonomisch) + Nähe zu "Kofferraumbatterien" + gute Ergonomie (Höhe) + Parksituation + gute Ergonomie (Höhe)

57 Platzierung des Ladekabels ++ Parksituation Position "im Kühlergrill" ist die mit Abstand beste Idee! Einfach nur die Tanköffnung durch eine Ladebuchse zu ersetzen ist keine gute Idee!

58 Platzierung des Ladekabels 10 kw (AC) 50 kw (DC) Position "im Kühlergrill" ist die mit Abstand beste Idee! Für eine optionale Schnellladebuchse ist diese Postion durchaus eine sinnvolle Idee! (Die Alternative sind Batteriewechselsysteme)

59 Der "kleine" Unterschied kw (AC) Ladekabel (fest) Ladebuchse (optional) 50 kw (DC) Netzintegration Strom tanken

60 Merke! Netzintegration erfolgt am Auto vorne!

61 Elektroautomerkmale

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

63 Kenndaten für Elektroautos Motorleistung (kw) PKW Energieverbrauch (kwh/100km) Fahrweg (km/d) Ladeleistung Wichtig... (kw) Tankstelle Tankzeit (Stunden) Umsatz (Euro/d bei 20 Cent/kWh) ,00 4 geringe! , ,5 3 Kosten ,25 0, ,45 0, ,75 0,3 1-3 Stunden wird die typische Tankzeit betragen 1 (-4) Euro Umsatz pro Tag... Steckdose muss billig sein!

64 Kenndaten für Elektroautos Motorleistung (kw) PKW Energieverbrauch (kwh/100km) Fahrweg (km/d) Ladeleistung (kw) Tankstelle Tankzeit (Stunden) Umsatz (Euro/d bei 20 Cent/kWh) , , , ,25 0, ,45 0, ,75 0,3 Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw

65 Kenndaten für Elektroautos Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw

66 Kenndaten für Elektroautos 2 kw... für mehr als 50% aller Tankoperationen ausreichend Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw

67 Kenndaten für Elektroautos über 2 kw... einen neuen Stecker? Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw

68 Eine Frage der Ergonomie

69 Eine Frage der Ergonomie

70 Die Einladung zum Vandalismus

71 Kenndaten für Elektroautos über 2 kw... einen neuen Stecker? Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw

72 Kenndaten für Elektroautos über 2 kw... einen neuen Stecker?... können wir hiervon lernen?

73 Ladestecker mit "Sollbruchstelle"?... können wir hiervon lernen?

74 Merke! Infrastruktur muss günstig und langlebig sein!

75 Infrastruktur

76 Kenndaten für Elektroautos Case A Ladekabel am Auto Mode daheim Case B loses Ladekabel mit zwei Steckern Mode 3 an spezieller (öffentlicher) Station Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw IEC Case C Ladekabel an der Station Mode 4 an einer Schnellladestation

77 Case A Ladekabel am Auto Mode daheim Case B loses Ladekabel mit zwei Steckern Mode 3 Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw unter an spezieller (öffentlicher) Station 20 kw über Case C Ladekabel an der Station Mode 4 an einer Schnellladestation

78 Case A Ladekabel am Auto Mode daheim Case B Mode 3 Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw unter loses Ladekabel mit zwei Steckern an spezieller (öffentlicher) Station 20 kw über Case C Ladekabel an der Station Mode 4 an einer Schnellladestation

79 Case A Ladekabel am Auto Mode daheim Case B loses Ladekabel mit zwei Steckern Mode 3 Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw unter an spezieller (öffentlicher) Station 20 kw über Case C Ladekabel an der Station Mode 4 an einer Schnellladestation

80 Case A Ladekabel am Auto Mode daheim Mode 3 Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw unter an spezieller (öffentlicher) Station 20 kw über Case C Ladekabel an der Station Mode 4 an einer Schnellladestation

81 Case A Ergonomie Ladekabel am Auto Mode daheim Mode 3 an spezieller (öffentlicher) Station Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw unter Schnellladung (AC oder DC) Normalladung (1 Phase) Normalladung (3 Phasen) 20 kw über Case C Ladekabel an der Station Mode 4 an einer Schnellladestation

82 Case A Ergonomie Ladekabel am Auto Mode daheim Mode 3 Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw unter Schnellladung (AC oder DC) Normalladung (1 Phase) Normalladung (3 Phasen) an spezieller (öffentlicher) Station 20 kw über Case C Ladekabel an der Station Mode 4 an einer Schnellladestation

83 Netzintegration Case A lange Lade- bzw Standzeit... Ladekabel am Auto Mode = ohne Aufsicht daheim Mode 3 an spezieller (öffentlicher) Station Ladeleistung: 2 kw 1 phasig 3 phasig 20 kw 10 kw Strom tanken Case C kurze Ladezeit... Ladekabel an der Station Mode 4 = mit Aufsicht an einer Schnellladestation

84 gar nicht gut

85 gar nicht gut

86 gar nicht gut besser... aber auch nicht optimal

87 gar nicht gut besser... aber auch nicht optimal

88 Merke! Die Infrastruktur sollte nahezu unsichtbar sein!

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

90 Abrechnung und Management

91 k W h Energy Meter

92 Wir behandeln Elektroautos wie Bügeleisen k W h Energy Meter

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

94 k W h Energy Meter

95 Auch kompatibel mit Zukunftsvisionen wie Induktionstechnik für Langstreckenlösungen. k W h Energy Meter k W h Energy Meter

96 Auch kompatibel mit Zukunftsvisionen wie Netzrückspeisung (Vehicle to Grid). k W h Energy Meter

97 k W h Energy Meter k W h Energy Meter

98 Öffentliche Stromstellen sind stromlos k W h k W h Energy Meter Energy Meter

99 Öffentliche Stromstellen sind stromlos k W h Energy Meter Die müssen miteinander reden! k W h Energy Meter

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

101 Die Vorstellungen der Autoindustrie

102 Die Vorstellungen der Autoindustrie

103 Die Vorstellungen der Autoindustrie "Doomed to Fail"!

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

105 Management Fahrstromversorger Stromstellenbetreiber k W h Energy Meter Steuerung Verhandlung, Abrechnung k Lademanagement W h Energy Meter

106 Management Fahrstromversorger Stromstellenbetreiber k W h Energy Meter Steuerung Verhandlung, Abrechnung "Heart beat" k Lademanagement W h Energy Meter

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

108 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

109 Muss: Kann: Ein einfacher und offener Standard 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

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

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

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

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

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

115 Management Fahrstromversorger Stromstellenbetreiber k W h Energy Meter Steuerung Verhandlung, Abrechnung "Heart beat" k Lademanagement W h Energy Meter + Batteriehersteller??

116 Merke! Der Stromzähler gehört ins Auto!

117 Merke! Wir brauchen Bandbreitenmanagement auf Niederspannungsebene!

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

119 Tomi Engel