Elektromobilität und Erneuerbare Energien. Stuttgart, den Dr. David Dallinger, Fraunhofer ISI
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1 Elektromobilität und Erneuerbare Energien Stuttgart, den Dr. David Dallinger, Fraunhofer ISI
2 Agenda Zielsetzungen Optimiertes Laden in izeus Fraunhofer Entwicklungen Zusammenfassung
3 Herausforderungen durch fluktuierende Erzeugung: Szenario Szenario: Leitstudie (Nitsch et al., 2010) A 2030, Installierte Leistung [GW]: Wind onshore 37.8; Wind offshore 25; Photovoltaik 63. Lastsituationen mit sehr geringer Residuallast (= geringer Anteil an regelbaren Erzeugern am Netz) Erzeugungsüberschüsse bzw. negative Residuallast Sehr starke Lastrampen von mehreren GW pro Stunde Sehr hohe Gleichzeitigkeit der Photovoltaik Erzeugung
4 Strategien zum optimierten Laden Strategie Energieversorger OEM Nutzer Vorteile Nachteile Direkte Kontrolle Gibt den Ladeplan vor Gibt Daten zum Fahrzeugzustand an den Energieversorger Gibt Daten zum geplanten Fahrverhalten an den Energieversorger Perfekte Steuerung Akzeptanz der Nutzer/OEMs fraglich + Kosten Infrastruktur Indirekte Kontrolle Wettbewerber Gibt Signale (Tarife) an den Fahrzeugnutzer weiter Ladeplan wird im Fahrzeug erstellt Mehr Wettbewerb im Elektrizitätsmarkt Nachfrageschätzung erforderlich; evtl. neue Gleichzeitigkeiten Autonom - - Ladeplan wird im Fahrzeug erstellt Keine komplexe Infrastruktur/ Kommunikation notwendig Kosten zur Netzüberwachung fallen im Fahrzeug an
5 Optimiertes Laden im Flottenversuch
6 Flottenversuch in izeus Kenngrößen Vito Smart Toyota Prius Batterie 36 kwh 17.6 kwh Verbrauch kwh/km kwh/km Fahrzeuge 6 46 IDs El. Reichweite/ MaxTrip 110 km/ 93 km 110 km/ 93 km Ø Weg Dauer/Reichweite 2:16/ 20.1 km 0:11/ 6,5 km 5.2 kwh kwh/km 5 18 km/ 240 km 0:16/ 15,6 km Quelle: Daimler Quelle: Daimler Quelle:Toyota 1 Eigene Berechnung 2 Vorserienfahrzeug
7 Im Rahmen von izeus erfasste Fahrdaten Fahrzeug ID Fahrleistung [km] Jahresfahrleistung 1 [km] Anzahl an Fahrten Durchsch. Weglänge [km] Verbrauch [l/km] Elektrischer Fahranteil Prius % Prius % Prius % Ø Vito % Ø Smart % 1 Hochrechnung der erfassten Wege auf ein Jahr
8 Ungesteuertes Ladeverhalten Leichte Erhöhung der Nachfrage Nachfragespitze bei der Ankunft Zuhause Nachfragespitze bei der Ankunft am Arbeitsplatz
9 Autonomes Laden Tarifbasiertes Laden Optimiertes Laden mit izeus-wegedaten Trafo- Auslastung Spannung [p.u.] Ungesteuertes Laden Laden mit Blindleistungseinspeisung Verwendung von in izeus erfassten Wegedaten und EnBW- Netzdaten Autonomes Laden: Anpassung von Wirk- und Blindleistung in Abhängigkeit der Spannung in Verteilnetzen Spannungsbandverletzung Blindleistungsbereitstellung vermeidet Engpässe bei geringer Reduktion der Wirkleistung Tarifbasiertes Laden: Optimierung des Ladeverhaltens in Abhängigkeit von Preissignalen (Szenario 2030) Berücksichtigung der preisreduzierenden Wirkung von Erneuerbaren Energien und dadurch hohe Wirkung zur Integration von Erneuerbaren Energien
10 Erlöse am Strommarkt Szenario 2030 Erlöse durch intelligentes Laden sind linear abhängig von der verbrauchten Energiemenge Und liegen bei einem Energieverbrauch von 1500 kwh/a in einer Größenordnung von 60 Euro/a Für V2G ist die Batteriegröße u.a. wegen der Batteriealterung von Bedeutung Erlöse liegen zwischen 50 und 370 Euro/a für Fahrzeugbatterien mit nutzbaren Energiemengen zwischen 2.5 und 36 kwh
11 Konsumenten-Befragung Tarifmodelle für intelligentes Laden Befragung von 1000 Personen 1 : Automatisch Laden (AL): automatische Ladesteuerung, 40 km Mobilitätspuffer, deutscher Strommix, 100 Ersparnis/Jahr Automatisch-Komfort (AL-Kom): automatische Ladesteuerung, 70 km Mobilitätspuffer, deutscher Strommix, 85 Ersparnis/Jahr Automatisch-Ökostrom (AL-Öko): automatische Ladesteuerung, 40 km Mobilitätspuffer, Ökostrom, 85 Ersparnis/Jahr Manuelles Laden (ML): Mehrere Preiszonen, Ladung nur manuell gesteuert, bis 150 Ersparnis/Jahr (verhaltensabhängig) V2G-Automatisch (V2G): automatische Ladesteuerung, Rückspeisung, 40 km Mobilitätspuffer, deutscher Strommix, 130 Ersparnis/Jahr Kein Tarif AL AL-KOM AL-ÖKO ML AL-V2G Attraktivität der Tarife 17,9 % 12,6 % 14,1 % 14,7 % 17,8 % 22,9 % 0% 5% 10% 15% 20% 25% Mehr als 80% der Befragten entscheiden sich für eine spezielles Tarifmodell. Fast zwei Drittel der Befragten wählen einen Tarif mit automatisierter Ladesteuerung (Komfort). Komfort und Preis als wichtige Motive (= hohe Preissensitivität). 1 repräsentativ für Deutschland; durchgeführt 2013
12 Fraunhofer Entwicklungen
13 On-board Ladesystem Grid Controller Netzüberwachung Steuerung des Ladeprozesses ISO Kommunikation On-board Ladegerät Bereitstellung von Wirk- und Blindleistung CAN-Kommunikation Sicherheitskonzept für trafoloses Ladegerät Vehicle interface Backend system CAN / Smart charging station communication / PLC System complies with ISO energy communication Smart grid controller On-board charger Battery management OEM Fraunhofer Optional extension
14 Grid Controller Umsetzung der Ladestrategien: Autonomes Laden Tarifbasiertes Laden Netzüberwachung durch Spannungsmessung Echtzeitverarbeitung des Netzstatus und Ladestrategie- Anpassung
15 Bidirektionales On-Board Ladegerät Wirkungsgrad /% 0-22kW / 3~ On-board Ladegerät Bidirektionaler Betrieb Bereitstellung von Wirk- und Blindleistung Wirkungsgrade bis zu 98,3 % Volumen/Gewicht optimiert Wassergekühlt Mit Anbindung an CAN- Kommunikation von Fahrzeugen Wirkungsgrad "Laden" Leistung /kw 500V 400V 300V 250V
16 Zusammenfassung Autonomes und tarifbasiertes Laden vermeiden kritische Situationen im Netz und tragen aktiv dazu bei, Erneuerbare Energien in das Elektrizitätssystem zu integrieren Das Eingreifen des Netzbetreibers ist nur in Ausnahmefällen notwendig Die Erlöse am Strommarkt sind relativ gering und erlauben keinen Aufbau von teuren Systemen zur Steuerung von Elektrofahrzeugen Erfolgreiche Geschäftsmodelle sollten daher die Kosten für erforderliche Infrastruktur gering halten, um Anreize an die Kunden weitergeben zu können Das gelingt, indem Controller und Kommunikationssysteme nicht doppelt im Fahrzeug und der Ladestation verbaut werden Direkte Kommunikation zwischen Fahrzeug und Backend-System sowie die mobile Abrechnung bieten die Möglichkeit Infrastruktur wesentlich zu vereinfachen Fahrzeugnutzer zeigen eine prinzipielle Bereitschaft für das tarifbasierte Laden Ein bidirektionales Ladesystem,welches die betrachteten Ladestrategien realisieren kann, wurde entwickelt, zur Fahrzeugintegration vorbereitet und im Labor getestet
17 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Projekt-Team: Kilian Dallmer-Zerbe Elisabeth Dütschke Joachim Globisch Benriah Goeldi Simon Marwitz Michael Mierau Stefan Reichert Stefan Schönberger Julius Wesche Martin Wietschel Kontakt ISI: Dr. Ing. David Dallinger Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung Telefon Kontakt ISE: Dr. Robert Kohrs Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme Telefon:
18 Partner
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