Technische Aspekte des LadeinfrastrukturAufbaus Stand der Technik und Herausforderungen für kommunale Stromversorger Elektromobilität vor Ort 4. Fachkonferenz des BMVI München 21./22. Februar 2017 Dr. Jan Fritz Rettberg
NRW Kompetenzzentrum Elektromobilität, Infrastruktur & Netze am Standort TU Dortmund Technologie und Innovationsplattform für Ladestationen Ladesysteme Abrechnungssysteme Funk und Kommunikationseinrichtungen OneStopShop für alle systemtechnischen Fragestellungen im Zusammenhang mit Elektromobilität Energieversorgungsnetz Leistungselektronik Kommunikation EMV Umwelteinflüsse Gefördert durch: Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 2
Aktueller Stand Ladeinfrastruktur Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 3
Überblick P >80 % aller Ladevorgänge laut NPE <20 % aller Ladevorgänge AC 3,7 kw / 11 kw AC 22 kw DC bis 150 kw Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 4
Ladeinfrastruktur Normstecker AC Stecker DC Stecker Typ 1 (IEC 62196) Typ 2 (IEC 621962) CCS (IEC 621963) CHAdeMO Quelle: Phönix Contact Quelle: Phönix Contact Quelle: Phönix Contact Quelle: Nissan Ladeleistung: 7,4kW (1phasig, 32A) Ladeleistung: 43kW (3phasig, 63A) Ladeleistung: 200kW (1000V DC, 200A) Ladeleistung: 100kW (500V DC, 200A) Typ 2 und CCS sind in Europa verpflichtender Mindeststandard für Ladeinfrastruktur! Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 5
Laden im privaten Umfeld Mögliche Ladeinfrastruktur: Verfügbarkeit von Ladepunkten Quelle: bmw.de AC Wall Box: Typische Ladeleistung 11 kw (22 kw) (begrenzt durch Netzanschluss) 500 1500 Ladezeit 2 bis 4 h (marktübliche EVs, abhängig vom Bordladegerät) DC Home Ladestationen: Bis zu 11 kw (22kW) Ladeleistung (begrenzt durch den Netzanschluss) 10.000 15.000 Gleichstrom Ladestationen ACWall Box CEE 7/4 Quelle: schnellladen.de Quelle: buschjaeger.de CEE 7/4: Maximale Ladeleistung 2.4 kw Ladezeit 10 bis 20 Stunden 15 Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 6
Trend: Laden im öffentlichen Umfeld Mögliche Ladeinfrastruktur: GleichstromLadestation: Typische Leistung 50kW bei ca. 400V DC 34.000 * Ladezeit (SOC=80%) kleiner 30 min (heutige EVs) Quelle: RWE Wechselstrom Ladestation: Typische Leistung 22 kw (43kW) 2 Ladepunkte 10.000 * Ladezeit ca. 1 Stunde (heutige EVs) Quelle: ebg compleo Gleichstrom High Power Ladestation: Typische Leistung >200kW bei bis zu 1000V DC??? Für Fahrzeuge mit hoher Reichweite oder Nutzfahrzeuge Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 7 *NPE Statusbericht LIS 2015
[Quelle: J. Schmutzler, Embedded Web Services Middleware for the VehicletoGrid Communication Interface] Grundlegende Ladeschnittstellen Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 8
Herausforderungen und Lösungsansätze Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 9
Aktueller Stand: EFahrzeuge und Ladeinfrastruktur (AC) Electric Cars Public AC Charging Points 70.000 60.000 59.951 50.000 49.470 40.000 37.600 30.000 20.000 10.000 0 26.006 20.450 13.548 10.401 7.497 6.138 4.356 2.241 2.821 3.819 4.386 4.454 4.720 5.553 5.571 5.683 6.287 Dec 2011 Jun 2012 Dec 2012 Jun 2013 Dec 2013 Jun 2014 Dec 2014 Jun 2015 Dec 2015 Jun 2016 Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 10 Quelle: NPE, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge in Deutschland (2015); KBA/VDA (2016); BDEW (2016)
EFahrzeuge pro Öffentlichem Ladepunkt (AC) 12,00 10,00 9,54 8,00 8,70 6,00 6,75 4,00 4,33 4,68 2,00 1,94 2,18 1,96 2,37 3,04 0,00 Dec 2011 Jun 2012 Dec 2012 Jun 2013 Dec 2013 Jun 2014 Dec 2014 Jun 2015 Dec 2015 Jun 2016 Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 11 Source: NPE, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge in Deutschland (2015); KBA/VDA (2016); BDEW (2016)
Ladeinfrastruktur: DC Szenario 2020 8000 7000 7100 6000 5000 4000 Ausbaubedarf 3000 2000 1000 1400 0 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 ProEV Scenario Total Stock Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 12 Quelle: NPE, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge in Deutschland, 2015
Spannung / V Grenzen der Netzkapazität in Verteilnetzen durch dez. Einspeiser und neue gesteuerte Stromanwendungen Steigender Anteil von DEA DEA Neue Lasten und Laststeuerung.................. neue Lasten Zeit / h Quelle: TU Dortmund RWE Deutschland AG x x Einsatz innovativer Betriebsmittel, Netz und Betriebskonzepte Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 13
Bottleneck: Netzinfrastruktur Hausanschluss 110kV Netz UA 10 kv Ortsnetzstation Hausanschlusskabel Hausanschlusskasten Hausanschlusssicherungen NH 00 mit 63 A 100 A Typische Haushaltslasten + Elektrofahrzeug ONS 0,4 kv 10 Mittelspannungsstränge 1 Ortsnetzstation, 5 Niederspannungsstränge 1 Hausanschlusskasten Leistungsreserve an Hausanschluss > 11 kw 3 phasiges Laden mit 16 A (11 kw) möglich (ca. 2 Stunden für 100 km) Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 14
Systemoptimierung Bereitstellung von Systemdienstleistungen fürs Verteilnetz Herausforderung liegt in der Anbindung zur Leittechnik (z.b. über Smart Meter Architektur) und darin Produkte zu für den Endkunden zu finden Lokale Systemoptimierung Eigenverbrauchsoptimierung Optimierungsziele sind Energie, CO ², oder Gesamtsystemischer Nutzen ist nicht garantiert Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 15
Fahrzeug und Zähler Smart Home Anwendungen Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 16
Geschäftsmodelle und regulatorischer Rahmen Eigenstromverbrauch an entfernter Steckdose Gefördert durch: Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 17
Netzdienliche Ladeinfrastruktur Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 18
Herausforderungen für Energieversorger Einbindung von (Hochleistungs) Ladeinfrastruktur Neue Planungsregeln sind notwendig Netzrückwirkungen Aufnahme der EMobilität in die NSAnschlussbedingungen Engpassmanagement Neue Lasttypen in Bestandstrukturen Unkoordiniertes Laden verursacht hohe Lastspritzen Energiebilanzierung Neuer Lasttyp benötigt neue Lastgänge Schwere Vorhersage bei optimierten Verbräuchen Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 19
Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit! Kontakt Dr. Jan Fritz Rettberg Kompetenzzentrum für Elektromobilität, Infrastruktur und Netze Technische Universität Dortmund ie³ Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft Fon: +49 231 9742 4131 Mobil: +49 1578 59 19 279 Fax: +49 231 9742 4139 email: Fritz.Rettberg@tudortmund.de www.kompetenzzentrumelektromobilitaet.de Elektromobilität vor Ort Dr. Jan Fritz Rettberg 21.02.2017 20