Das Netz ist das Backbone für Elektromobilität. Eine flächendeckende Verbreitung von Elektroautos setzt Spielregeln voraus Mit dem Stromnetz steht ein sehr zuverlässiges und allgemein verfügbares Backbone für die Ladeinfrastrukur bereits zur Verfügung Elektromobilität wird Flexibilität im Energiesystem schaffen Durch Ausbau der Elektromobilität steigt die Gleichzeitigkeit des Energiebedarfs und langfristig die Notwendigkeit an zusätzlicher Netzkapazität Zielgerichteter und effizienter Ausbau und Betrieb der Netze nur mit solidem Planungshorizont Schon heute ist dreiphasiges Laden in der privaten Garage möglich eine Elektroinstallation nach aktuellem Stand der Technik vorausgesetzt Einphasiges Laden ist quasi überall möglich, muss aber auf Einzelfälle bzw. Notfälle beschränkt werden Ladeeinrichtungen größer 12 kva sind - wie große Lasten im Haushalt auch - anmeldepflichtig Ultra-Schnellladestationen werden mindestens im MS-Netz angeschlossen. Der Netzanschluss muss dafür ausgelegt werden. Bei größerer Durchdringung ist eine Koordinierungsfunktion, die den Vorrang für netzbetriebliche Steuersignale in netzkritischen Situationen sicherstellt, unabdingbar. Wir entwickeln das Netz so, dass Elektromobilität flächendeckend möglich ist Elektromobilität wird Flexibilität im Energiesystem schaffen Großer Vorteil für die Elektromobilität ist, dass das Backbone für eine Ladeinfrastruktur bereits besteht. Mit dem Stromnetz steht in Deutschland eine sehr zuverlässige Infrastrukur, auf die jeder Haushalt zugreifen kann, bereits zur Verfügung.
Elektromobilität bedeutet zudem, dass für die Energiewende dringend benötigte zusätzliche Flexibilitäten für das Energiesystem nutzbar werden. Ladevorgänge können gesteuert und damit Last verschoben werden, bzw. sogar Energie zwischengespeichert und wieder in das Energiesystem eingespeist werden. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn dabei fossile Brennstoffe durch Strom aus Erneuerbaren Erzeugungsanlagen ersetzt werden. Durch Elektromobilität entstehen neue und mobile volatile Lasten und Einspeisungen, die - sofern sie nicht gezielt in das System integriert werden - das Netz zusätzlich belasten und weiteren Netzausbau verursachen. Neben der Energiewende und der Realisierung des europäischen Binnenmarktes ist auch die Elektromobilität ein Treiber für die Weiterentwicklung der Netze. Fördermaßnahmen müssen mit Blick auf die sichere und wirtschaftliche Integration in das Gesamtsystem an konkreten Zielen ausgerichtet werden. Konkret könnte die Elektromobilität die Umsetzung der Energiewende im Netz unterstützen: Beitrag zur Vermeidung von Engpässen: Flexibilität einsetzbar zur Netzentlastung setzt Steuerbarkeit voraus Beitrag zur Einsparung von Netzausbaubedarf (Aufbau Ladeinfrastruktur) Beitrag zu Systemdienstleistungen (z.b. Regelleistung, Frequenzhaltung) Für das Zusammenwirken von steuerbaren Erzeugern, Lasten und Speichern sind eindeutige Marktregeln erforderlich. Ausschlaggebend für Netzausbau und Netzbetrieb sind die möglichen Erzeugungs- und Lastsituationen und ggf. zusätzliche Fähigkeiten (Regelfähigkeit, Schwarzstartfähigkeit). Speicher müssen, wie Erzeugungsanlagen und Lasten allgemeine Mindestanforderungen erfüllen. Mindestanforderungen müssen zur Umsetzung der Energiewende unter Berücksichtigung des Hochfahrprozesses für Elektromobilität weiterentwickelt werden. Seite 2 von 7
Durch Ausbau der Elektromobilität steigt die Gleichzeitigkeit des Energiebedarfs und langfristig die Notwendigkeit an zusätzlicher Netzkapazität Für die Dimensionierung der Netze und Anschlüsse wird die Leistung der angeschlossenen Verbraucher betrachtet und berücksichtigt, dass nie alle Geräte gleichzeitig eingeschaltet sind. Bei Einfamilienhäuser wird davon ausgegangen, dass ca. nur 40 % der angeschlossenen Verbraucher gleichzeitig eingeschaltet sind und der Anschluss entsprechend dimensioniert. Bei der Dimensionierung der Verteilnetze wird ein Gleichzeitigkeitsfaktor angesetzt, der berücksichtigt, dass nicht alle angeschlossenen Kunden gleichzeitig maximale Leistung beziehen. Auswirkungen: Mit der Zahl der zu ladenden Fahrzeuge steigt die Wahrscheinlichkeit, dass diese gleichzeitig laden und Engpässe im Netz verursachen, z.b. abends. Besonders kritisch ist, wenn die Ladung einer großen Anzahl zentral gesteuert und zeitgleich erfolgt, z.b. weil der Strompreis gerade günstig ist, und damit eine systemrelvante Leistung erreicht wird. Wieviele gleichzeitig laden können, hängt u.a. von der Dimensionierung des lokalen Netzes und der aktuellen Belastung des Ortsnetztransformators, z.b. durch sonstige Haushaltslast ab. Ein typischer Ortsnetztransformator hat 160-400 kva, d.h. abhängig von angeschlossenen Haushalten ist nur das Laden von max. 8-20 PKWs mit 22 kw Ladeleistung in dem von diesem Trafo versorgten Netzteil gleichzeitig möglich. Zukünftig muss verhindert werden, dass zu viele Fahrzeuge in einer Straße gleichzeitig laden und das lokale Netz überlasten. Langfristig muss in netzkritischen Situationen die Steuerung der Ladevorgänge wie für alle Speicher unter Netzgesichtspunkten erfolgen, Ausgleichslösungen geschaffen (und finanziert) werden oder das Netz entsprechend ausgebaut werden. Zielgerichteter und effizienter Ausbau und Betrieb der Netze nur mit solidem Planungshorizont Die Netze werden sehr langfristig geplant. Änderungen an vorhandenen Netzen verursachen v.a. bei Kabelarbeiten entsprechend umfangreiche Seite 3 von 7
Baustellen mit Verkehrsbehinderungen und hohe Kosten. Ein großer Teil der Netzentgelte liegt sozusagen unter der Erde. Auswirkungen: Netzplanung und der Ausbau erfolgen umso effizienter und besser, je genauer die Prämissen für den Planungshorizont bekannt sind. Leistung, die bei der Dimensionierung nicht berücksichtigt wird, steht später nicht zur Verfügung. Umgekehrt verursachen pauschale Überdimensionierungen unnötige Kosten. Für einen optimierten Netzausbau muss: ein solider Planungshorizont bestehen, d.h. Planungssicherheit über Ladeeinrichtungen (Anzahl, Technik, Leistung) Eckpunkte für den zusätzlichen regionalen Netzausbaupfad definiert werden Die Anmeldung für Ladepunkte wie für andere große Geräte im Haushalt - verpflichtend sein. Heute ist dreiphasiges Laden in der privaten Garage möglich eine Elektroinstallation nach aktuellem Stand der Technik vorausgesetzt Ein Hausanschluss in Deutschland ist in der Regel für mindestens 11 kw ausgelegt. Abhängig vom Hausanschluss und der vorhandenen Sicherungen kann eine höhere Leistung möglich sein. Moderne Hausanschlüsse lassen sogar meist 30 kw zu. D.h. einzelne E-Autos können bis zu 11 kw problemlos dreiphasig geladen werden eine zeitgerechte Installation vorausgesetzt. Ein Ortsnetztransformator und die Verkabelung des Netzzweige sind typischerweise für eine Leistung von 160-400 kva ausgelegt. D.h. abhängig von der übrigen Last ist das Laden von maximal 8-20 E-Autos mit 22 kw Ladeleistung in dem von diesem Trafo versorgten Netzteil gleichzeitig möglich. Die Zahl der E-Autos, die gleichzeitig laden können, ist begrenzt und hängt u.a. von der Dimensionierung des lokalen Netzes und der aktuellen Seite 4 von 7
Belastung des Ortsnetztransformators, z.b. durch sonstige Haushaltslast ab. Wie für andere große Geräte im Haushalt auch gilt: alle Geräte mit einer Leistung ab 12 kw müssen beim Netzbetreiber angemeldet werden. Zukünftig muss verhindert werden, dass zu viele E-Autos in einer Straße gleichzeitig laden und das lokale Netz überlasten. Einphasiges Laden ist quasi überall möglich, muss aber auf Einzelfälle bzw. Notfälle beschränkt bleiben Einphasiges Laden ist überall möglich, verursacht Unsymmetrieen und muss auf Einzelfälle bzw. Notfälle beschränkt bleiben. Über den in jedem Haushalt vorhandenen sogannten Endstromkreis können an einer Phase Verbraucher bis zu 4,6 kva auch über vorhandene Steckdosen - angeschlossen werden. D.h. über eine vorhandene Haushaltssteckdose kann ein Auto in 9-10 Stunden geladen werden - eine normgemäße Installation und eine entsprechend belastbare Steckverbindung vorausgesetzt. Ein- bzw-. zweiphasige Belastungen verursachen Unsymmetrieen im lokalen Netz, die wenn sie sich nicht lokal ausgleichen, negative Auswirkungen auf die übrigen Verbraucher haben können. Das ein- bzw. zweiphasige Laden muss auf Einzelfälle bzw. Notfälle beschränkt bleiben und darf kein Standardfall sein. Ultra-Schnellladestationen werden mindestens im MS- Netz angeschlossen In Europa werden seit Oktober 2016 Ultra-Schnellladesäulen mit mehr als 350 kw aufgebaut. Die Leistung einer Ladesäule entspricht der Anschlussleistung einer Klinik (90-120 Betten) oder eines Mehrfamilienhauses mit über 50 Einheiten. Abhängig vom vorhanden Netz erfolgt der Anschluss am Mittelspannungsnetz. Damit können mehrere Ladesäulen zeitgleich beden- Seite 5 von 7
Mit zukünftig steigenden Batteriekapazitäten und Ladeleistungen steigt die Bedeutung für das Netz kenlos betrieben werden und mehrere Autos oder künftig sogar LKWs und Busse geladen werden. Ultra-Schnellladestationen werden mindestens im MS-Netz angeschlossen. Der Netzanschluss muss dafür ausgelegt werden. Koordinierungsfunktion, die den Vorrang für netzbetriebliche Steuersignale in kritischen Situationen sicherstellt, ist unabdingbar Um die Reichweiten der Fahrzeuge zu vergrößern und die Ladezeiten zu begrenzen, werden künftig Ladeleistung und Ladekapazitäten weiter steigen. Damit steigt die Bedeutung der Ladevorgänge für das Netz und die künftige Netzausbauplanung. Um Fehlinvestitionen auch bei der langfristigen Planung der Netze zu vermeiden, müssen von Anfang an die Randbedingungen für die Netzintegration definiert werden. V.a. muss die Rolle der Elektromobilität, v.a als Beitrag zur Flexibilität im Gesamtsystem konkret definiert werden. in netzkritischen Situationen ein Eingriff in die Steuerung der Ladebzw. Entladevorgänge durch den Netzbetreiber sicher möglich sein. Wir entwickeln das Netz so, dass Elektromobilität flächendeckend möglich ist Aktuell schafft FNN die Voraussetzungen für die breite Nutzung der Elektromobilität und ein effizientes Integrieren in das Gesamtsystem. Wichtigster Baustein sind dabei die Regeln für den Anschluss und Betrieb an das Netz. Zudem sollen auch folgende Fragen geklärt werden: Seite 6 von 7
Wie müssen sich Ladegeräte verhalten, damit sie netzdienlich sind und das System stützen (z.b. im Fehlerfall oder um Spannung oder Frequenz zu halten) Werden E-Autos künftig zusätzliche Dienstleistungen für das Gesamtsystem erbringen und was wäre dafür aus Netzsicht notwendig? Wie müssen Netze zukünftig ausgelegt und geplant werden, damit eine wirtschaftlich optimale Aufnahmefähigkeit erreicht wird? Voraussetzung für den weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien ist, dass mehr Flexibilitäten bereitgestellt werden. Welche Rolle soll dabei die Elektromobilität spielen, z.b. zur Beseitigung von Engpässen im bestehenden Netz durch Verschieben von Ladevorgängen oder sogar als Speicher? Was muss dazu bei der netzbetrieblichen Steuerung über das intellligente Messsystem berücksichtigt werden? VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V. Forum Netztechnik / Netzbetrieb im VDE (FNN) Bismarckstr. 33 10625 Berlin Tel.: +49 30 383868-70 E-Mail: fnn@vde.com www.vde.com/fnn Seite 7 von 7