Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge

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1 Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge Wilfried Blum und Eduard Stolz In Zusammenarbeit mit Arno Mathoy.biz Infrastruktur für Elektromobilität 1

2 Mehr EVs, mehr Infrastruktur Grundsätzliche Bemerkungen Steckdosen stehen bereits in jedem Haus zur Verfügung: Es braucht keine neue Infrastruktur wie etwa bei Gas- oder Wasserstoff-Fahrzeugen, es sind aber Anpassungen nötig. Der Umsatz pro Zeit an einer Stromtankstelle liegt seit Jahren konstant bei 0,5 bis 1 kwh pro Tag. Damit lassen sich keine hohen Investitionskosten amortisieren. Ziel: Einfache Infrastruktur, die mit geringem Aufwand in Zukunft nachgerüstet werden kann. Nur 15 bis 20% der E-Mobile-Besitzer in der Schweiz benötigen heute Park & Charge, bei den 2-Radfahrzeugen massiv weniger! Infrastruktur für Elektromobilität 2

3 Mehr EVs, mehr Infrastruktur Energiebedarf Elektro- bzw. Plug-in-Fahrzeuge (ca. 15% des Fahrzeugbestandes) benötigen etwa 1 bis 2 % des heutigen Stromverbrauchs. Leistungsbedarf Würde die Hälfte dieser Fahrzeuge mit einer durchschnittlichen Ladeleistung von 3 kw gleichzeitig ans Netz angeschlossen, so beträgt die Gesamtleistung rund 1000 MW. Das wären rund 10% der mittleren Last des heutigen Landesverbrauchs. Gesteuertes Laden wird unerlässlich! Infrastruktur für Elektromobilität 3

4 Unterschiedliche Erwartungen Automobilindustrie: Betrieb von Elektroautos möglich ähnlich wie konventionelle Fahrzeuge: Grosse Reichweiten und schnelle Tankvorgänge an vielen Ladestationen analog zu Tankstellen; Infrastruktur seitens Energiewirtschaft gestellt. Klare Regeln für Ladegeräte und Verbindungseinrichtungen zum Netz, möglichst einheitliche Stecker und Steckdosen Niedrige Produktionskosten für den gesamten elektrischen Teil Weltweiter Absatzmarkt, keine Nischenprodukte Niedrige Risiken im Garantiebereich, das Fahrzeug hat die Intelligenz und steuert jederzeit und immer alle Vorgänge Infrastruktur für Elektromobilität 4

5 Unterschiedliche Erwartungen Elektrizitätswirtschaft: Daran interessiert, über bestehendes Netz zusätzliche Verbraucher zu versorgen, wenn möglich ohne zusätzliche Lastspitzen. «Load Balancing» Netzsteuerung mittels Regelleistungssenken durch Einflussnahme auf die Betriebszeiten von grossen Verbrauchern (Beschränkung der Ladezeiten) Netzsteuerung mittels Regelleistungs-Reserven wie SPVN oder «Vehicle to Grid» Abrechnungssicherheit, elektrische Energie ist ein Produkt und will verkauft werden. (Wenn aber das Verkaufen mehr kostet als das verkaufte Gut dann wird dieser Vorgang etwas schwierig.) Niedrige Investitionskosten für Ladestationen, welche auch amortisiert werden können Niedrige Kosten bei Unterhalt und Service Hohe Betriebssicherheit Systeme, die auch in 10 Jahren noch Bestand haben Diversifizierungsmöglichkeiten Infrastruktur für Elektromobilität 5

6 Unterschiedliche Erwartungen Staat/Gemeinwesen Gewährleistung der Infrastruktur Strasse, Parkplätze Steuereinnahmen/ Mineralölsteuer und Strassenverkehrsabgaben (sind noch nicht klar bei Elektrofahrzeugen) Verkehrssicherheit/ Öffentliche Sicherheit (Risikobatterien, Ladekabel auf den Gehwegen) Verschiedene Mobilitätsbedürfnisse zu einander in Einklang bringen Infrastruktur für Elektromobilität 6

7 Unterschiedliche Erwartungen Elektromobil-Fahrer: Möchte dort, wo das Fahrzeug häufig länger steht (zu Hause, am Arbeitsort = 80 90% der Ladevorgänge) laden können; für längere Fahrten unterwegs Nachladen allenfalls beschleunigt gewünscht. Viele, möglichst gut zugängliche und leicht bedienbare Steckdosen sind ihm nützlicher als einige wenige Schnellladestationen, möglichst einheitliches System. Dies gilt erst recht für Fahrer von Plug-in-Hybridfahrzeugen, die für lange Strecken ohnehin über den Verbrennungsmotor verfügen. Infrastruktur für Elektromobilität 7

8 Ausbau der bestehenden Infrastruktur 1. Priorität Einrichtung von kontrollierten Lademöglichkeiten zu Hause, auch dort, wo nicht bereits eine Garage mit eigener Steckdose vorhanden ist («Sleep & Charge»). Mit der Option für Regelleistungssenken Steuerung, «intelligente» Steckdose. Mit steigender Anzahl Fahrzeuge wird «intelligentes» Laden zur Vermeidung von Lastspitzen wichtig. 2. Priorität Schaffung von möglichst vielen, kostengünstigen öffentlichen Ladestationen an Orten, an denen die Fahrzeuge ohnehin eine gewisse Zeit parkieren (Park & Charge) soweit erforderlich: Schnellladung an strategischen Verbindungsachsen, vorzugsweise gekoppelt mit batteriegepufferten stationären Regelleistungsreserven Infrastruktur für Elektromobilität 8

9 Gegen die babylonische Vielfalt 3L+N 64A 60 Hz 2L 64A 60 Hz 3L+N 32A L+N 32A 3L+N 32A 3L+N 16A L+N 32A 50 Hz 2L 64A 60 Hz L+N 16A 3L+N 16A 3L+N 16A 50Hz 3x32A 3L+N 32A 50 Hz Infrastruktur für Elektromobilität.biz 9

10 ist ein universeller Stecker gesucht auf Infrastrukturseite in 2 Ausbaustufen: Stufe 1: CEE+ mit Sicherheitspins (seit Jahren genormt) + Abwärtskompatibel und durchgängig zu Standardversionen für 16A + ein und dreiphasige Version + Standard weltweit eingeführt - hohe Steckkräfte - Handling - verschiedene Stecker für ein- und dreiphasig Ein möglicher einheitlicher Stecker für alle Systeme wurde kürzlich vorgestellt Stufe 2: BERLIN Stecker (noch nicht genormt!) + Berührschutz auch auf der Infrastrukturseite + Vehicle to grid tauglich + sowohl für ein- als auch für dreiphasige Anschlüsse verwendbar + ein Universal Ladekabel - Adapterkabel für normale Steckdosen unumgänglich - Standard nicht eingeführt Infrastruktur für Elektromobilität.biz 10

11 auch auf der Fahrzeugseite Phase 1: BERLIN Vehicle Inlet + Für Vehicle To Grid vorbereitet + kombinierte AC-DC Stecker denkbar auf Fahrzeugseite in 2 Phasen Phase 2: Vehicle Inlet DC plus Zapfstecker (keine Skizze) + Bestückung nur der benötigten Kontakte DC, PE + geringe Steckkräfte + Kombination von AC-DC Übertragung machbar Infrastruktur für Elektromobilität.biz 11

12 oder sieht er so aus? So sieht die Amerikanisch-Japanische Lösung aus SAE J1772 Oder ein weiterer Vorschlag zum Thema Berlin Mennekes Mode 3 Infrastruktur für Elektromobilität 12

13 oder so? Vorschlag EDF Intelligente Schuko Steckdose Stromtankstelle RWE Berlin CEE+16A 3ph Infrastruktur für Elektromobilität 13

14 Ein Limit ist die Netzleistung Gesamtkosten eines Ladekonzeptes Komponentenkosten im Fahrzeug (Ladegerät, Schnittstellen, Verkabelung) Infrastrukturkosten auf die Fahrzeuglebensdauer umgerechnet (Ladesäulen, Platz, Anschlussgebühren) Normalladen (AC-Laden) On board cost / kw [100 / kw] Infrastructure cost / kw [100 / kw] Infrastruktur für Elektromobilität.biz 14

15 Wenn es schneller gehen soll Es müssen Schnellladekonzepte definiert werden. Da stehen 2 Alternativen zur Auswahl 1. Netzanschlüsse mit hohen Leistung, hohe Grundkosten, teurer Bordlader im Fahrzeug 2. ungeregelte DC-Anschlüsse, Verwendung des Umrichters oder eines DCDC Wandlers zum Laden Gegenüberstellung AC und DC Laden bei hohen Leistungen kw Gain of 25 kwh regardless of battery size capability of energy absorption assumed Break even zum Gleichspannungs-Laden liegt zwischen 20 kw und 30 kw AC On board charger cost / kw [100 / kw] DC On board cost (with DC-inverter) / kw [100 / kw] AC Infrastructure cost / kw [100 / kw] Charging Time [h] Infrastruktur für Elektromobilität.biz 15

16 sind lokale Speicher nötig Diese Anlagen sind bereits OHNE Elektroautomobile wirtschaftlich Netz: Verbund oder Insel oder temporärerer Netzverbund (USB) 3 x 400 VAC baugleiche Elektronik zu Fahrumrichtern AC DC DCDC-Wandler : Bidirektional keine Potentialtrennung Taktfrequenz 48 khz 50 kva Solarpaneel optional MPP-Spannung um 300V 20 kwpeak AC DC DC DC AC DC AC DC Anpasstrafos: 2 x 300 kva Schaltungsart Dz5 Inselnetzfähig PEN L1 L2 L3 Netzwechselrichter: 4 x, 150 kwpeak Bidirektional Frequenz 50 Hz Taktfrequenz 24 khz plus externer Phasenfilter Zentralbatterie 10 x Na-NiCl, Z36 Unenn =370V DC Wnenn = kWh Ppeak = kw 350 V Direktauslässe: Verbindung zum Fahrzeug 2-3 Tankplätze 250 A Betriebsstrom Infrastruktur für Elektromobilität.biz 16

17 Die Elemente von Park & Charge Ladestationen Standard-Ladestationen von Park & Charge oder auch andere Ausführungen, die alle mit dem gleichen Schlüssel geöffnet werden können Schlüssel Der Stromtankstellen-Schlüssel, der den Zugang zu allen Park & Charge-Ladestationen in Europa ermöglicht, ist gegen Entrichtung eines Depots erhältlich. Vignette +Energie Die Vignette dient zur Kennzeichnung des E-Mobils und ist für das laufende Jahr gültig. Sie berechtigt zur Benützung der speziell gekennzeichneten und für E-Mobile reservierten Parkflächen und zum Bezug von Energie an allen Park & Charge-Ladestationen. Infrastruktur für Elektromobilität 17

18 Vorteile von Park & Charge Dank einfacher Technik, geringe Anschaffungs- und Installationskosten Geringer Wartungsaufwand Park&Charge ist ein Pre-paid-System, daher geringer administrativer Aufwand Geringe Gesamtkosten für die Benützer und Betreiber Betriebssicherheit (keine Elektronik) Kein Eigenstromverbrauch Lange Lebensdauer Kein Anreiz zu Einbruch Einfach in der Handhabung Anpassungsfähig für zukünftige Anforderungen Infrastruktur für Elektromobilität 18

19 Park & Charge in der Schweiz Infrastruktur für Elektromobilität 19

20 auch im Verkehrshaus Einweihung Park & Charge- Ladestation beim Verkehrshaus Luzern 2007 Infrastruktur für Elektromobilität 20

21 und in Europa Infrastruktur für Elektromobilität 21

22 Park & Charge die Zukunft Breitere Abstützung durch eine grössere Zahl Mitglieder aus der ganzen Schweiz für den allgemeinen Betrieb (Administration, techn. Betrieb, LEMnet) im Rahmen einer neuen Organisation. Engineering Entwicklungsarbeiten in den Bereichen: Sleep & Charge, intelligentes Laden, Weiterentwicklung Park & Charge, SPVN Smart Grid, Verrechnungssysteme, Normierung TC69 und Netzplanung durch Technologie-Träger-Mitglieder. Betriebsgesellschaft SPVN für Demonstrationsanlage und Aufbau der Infrastruktur Park & Charge International Zusammenarbeit mit weiteren Länderorganisationen Infrastruktur für Elektromobilität 22

23 Park & Charge die Zukunft Neue Organisation Park & Charge Schweiz Administration, Clearing Tech. Betrieb LEMnet Engineering Betriebsgesellschaft SPVN Infrastruktur für Elektromobilität 23

24 Park & Charge die unmittelbare Zukunft Workshop im Herbst mit potentiellen Interessenten bzw. Partnern Infrastruktur für Elektromobilität 24

25 Weitere Informationen: Infrastruktur für Elektromobilität 25

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