E-Autos als Stromspeicher und virtuelle Kraftwerke

Ergebnisse hierzu liefert das enercity-Forschungsprojekt "Demand Response - das Auto als aktiver Speicher und virtuelles Kraftwerk" im Niedersächsischen Schaufenster Elektromobilität. Insgesamt 40 Fahrzeuge standen im Praxistest mit eigens entwickelten intelligenten Ladeboxen, davon 30 unterschiedliche Elektroautos privater und gewerblicher Herkunft sowie 10 VW e-up! aus dem enercity-Fuhrpark. Ende des Jahres 2015 war der Feldversuch beendet und bietet Grundlagen für den Ausbau der E-Mobilität.

„Unser Projekt zeigt, dass die angebotenen und erprobten Lademodelle einfach handhabbar sind, in die Alltagsabläufe passen und eine hohe Flexibilität aufweisen. Positiv zu bewerten ist, dass rund 90% des Energiebedarfs flexibel geladen wurden und so die Stromnetze stabilisiert und entlastet werden könnten. Die ersten Auswertungen bestätigen eine große Nutzerakzeptanz für netzgesteuertes Laden", bewertet Projektleiter Matthias Röhrig, der als enercity-Abteilungsleiter für die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle verantwortlich ist, die Praxistests.

Das Ladeverhalten der Testgruppe im Raum Hannover, Nienburg und Salzgitter betrachtete das Projekt unter vier verschiedenen Bedingungen. Dazu wurde in jeder Phase ein weiterer Lademodus aktiviert, zwischen denen die Nutzer wählen konnten:

• beliebiges Laden (Referenzphase 1)
• Laden zu definierten Zeitfenstern (Phase 2: Ladezeiten von 23 – 7 Uhr oder 11 – 15 Uhr) sowie
• Laden von Strom gemäß Einspeisung durch Erneuerbare (Phase 3: garantierte 3 Stunden Ladezeit zwischen 0 und 6 Uhr, zusätzliche variable Ladezeiten je nach Wetterprognose).
• stromnetzgeführtes Laden oder Ausspeisen von Strom (Phase 4: flexible Ladezeiten innerhalb der gewählten Mindestanschlusszeit von 6 h sowie Bereitschaft zum Entladen).

Die erste 18-wöchige Referenzphase zeigte, wie alle gewohnheitsmäßig luden. Die häufigsten Ladezeitpunkte lagen in der höchste Stromnachfrage des Tages, zwischen 18 und 20 Uhr. Das ungesteuerte Laden von zukünftig massenhaft eingesetzten E-Fahrzeugen würde zu noch höheren Lastspitzen, besonders in den Abendstunden führen. Die Grundidee des Projekts, das Laden von E-Autos stromnetzstabilisierend zu steuern, erwies sich deshalb als dringlich.

Bereits der erste Steuerungsansatz, die Vorgabe definierter Zeitfenster in der Phase 2, war erfolgversprechend. Bei den 40 Probanden erfolgte eine deutliche Lastverschiebung in Richtung späterer Stunden, in der sich die Gesamtlastkurve im Stromnetz wieder auf Talfahrt befindet.

Die zunächst statischen Zeitfenster berücksichtigten noch nicht das willkürliche Aufkommen von Wind- und Solarstrom. Die netzseitig vorgegebenen variablen Zeitfenster beim flexiblen Lademodus waren der nächste Schritt. Aber werden die Nutzer hier mitmachen? Akzeptieren sie die flexibel vorgegebenen Ladezeiten? Aber auch hier machten über zwei Drittel der Probanden gut mit. Über 90 % der Ladevorgänge wurden in flexible Zeiten verschoben. „Das konkrete Wahlverhalten im Projektverlauf zeigte, dass gesteuerte Ladezeiten alltagstauglich sind", so Röhrig.

Hauptmotivation, die Ladeprogramme zu nutzen, war das hohe Umweltengagement der Nutzer. Insbesondere wurde das Lademodell bevorzugt, das in Zeiten hoher Stromeinspeisung durch Erneuerbare aktiv wird. Die Ladevorgänge konnten so in diese Zeiten sowie in Nachtstunden mit geringer Stromnachfrage verlagert werden. Die meisten Teilnehmer schätzten die Ladeprogramme als sinnvoll, innovativ und zukunftsfähig ein.

Das flexible Laden war so gut möglich, weil nur ein Fünftel der Tester an Werktagen eine Akkuladung von 80% oder mehr benötigen. Die Hälfte kam für ihre Alltagswege mit der halben Akkuladung aus. Durchschnittlich wurde nur an jedem zweiten Tag geladen. Während die Akzeptanz unter der Woche sehr hoch war, dominierte am Wochenende ein höherer Wunsch nach individueller Lade-Sicherheit. Es sollten in der Freizeit alle Optionen offen bleiben, obwohl die Messergebnisse zeigen, dass der tatsächliche Bedarf geringer ist. Außerdem fiel auf, dass sich die Einstellung der Teilnehmer während des Feldversuchs veränderte. Nach dem Feldversuch herrschte insgesamt ein geringerer Kontrollwunsch über den Ladevorgang.

Am Ende des Projekts wurde getestet, wie sich Elektrofahrzeuge in virtuellen Kraftwerken nützlich machen können. Die Nutzer gaben die geplante Abfahrtszeit ein, zu der das Fahrzeug geladen sein sollte. Während der mehrere Stunden umfassenden Standzeit des Autos kann so schwankende Erzeugung oder Nachfrage durch das Laden oder Entladen ausgeglichen werden.

Detaillierte Projektergebnisse veröffentlicht enercity nach Fertigstellung des Abschlussberichts im Sommer 2016.

Ein kurzer Film zum Projekt gibt einen kompakten Überblick zum enercity-Ladeversuch:

https://youtu.be/zpZ2SsegLYo

Fotos und Grafiken zum Projekt finden Sie hier zum Download (ggfs. PIN-Code: G5MXT

https://mams.enercity.de/pinaccess/showpin.do?pinCode=G5MXT

Das Projekt "Demand Response - das Auto als aktiver Speicher und virtuelles Kraftwerk" wird im Rahmen des Schaufensters Elektromobilität von der Bundesregierung gefördert. Träger des Projekts ist die enercity Contracting GmbH. Bei dem Forschungsvorhaben untersucht die enercity zusammen mit der Leibniz Uni Hannover (Institut für Energieversorgung und Hochspannungstechnik) und dem Institut für Transportation Design aus Braunschweig die Randbedingungen und Möglichkeiten einer Integration von Elektrofahrzeugen in die bestehenden energiewirtschaftlichen Systeme. Ziel ist die Entwicklung von marktfähigen Geschäftsmodellen, die das Nutzerverhalten so steuern, dass Elektromobilität einen nennenswerten Beitrag zur Stabilisierung des energiewirtschaftlichen Gesamtsystems liefern kann. Bei insgesamt 40 Elektrofahrzeugen wird das Ladeverhalten der Nutzer untersucht. Dazu wurde eine CarConnectBox (CCB) entwickelt, mit der die Ladevorgänge aufgezeichnet und gesteuert werden können. Nachdem die an 40 Stellplätzen installiert worden war, startete der Elektroauto-Ladeversuch bei enercity am Dienstag, den 27. Mai 2014. Neben 30 unterschiedlichen Elektroautos privater und gewerblicher Herkunft nehmen auch 10 VW e-up! aus dem enercity-Fuhrpark an dem Feldversuch teil.

Das Projekt "Demand Response" ist eines von rund 30 Projekten im Schaufenster Elektromobilität der Metropolregion Hannover Braunschweig Göttingen Wolfsburg. Es wird mit rund 640.000 Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft im Rahmen der Schaufensterinitiative der Bundesregierung gefördert.

Weitere Informationen zum niedersächsischen Schaufenster Elektromobilität: www.metropolregion.de/emobil

Die Bundesregierung hat im April 2012 vier Regionen in Deutschland als "Schaufenster Elektromobilität" ausgewählt und fördert hier auf Beschluss des Deutschen Bundestags die Forschung und Entwicklung von alternativen Antrieben. Insgesamt stellt der Bund für das Schaufensterprogramm Fördermittel in Höhe von 180 Millionen Euro bereit. In den groß angelegten regionalen Demonstrations- und Pilotvorhaben wird Elektromobilität an der Schnittstelle von Energiesystem, Fahrzeug und Verkehrssystem erprobt.

Die CarConnectBox stellt als sogenannte Wallbox die Schnittstelle zwischen Elektrofahrzeug und dem Stromnetz dar. Über sie wird die Fahrzeugbatterie mit einer standardisierten Steckverbindung geladen. Darüber hinaus bindet die CarConnectBox den Fahrzeugnutzer in das Projekt ein und ermöglicht die Auswertung und Fernsteuerung der Ladevorgänge durch die Leitwarte. Dafür ist sie zum einen mit entsprechender Messtechnik und zum anderen mit einer Mobilfunkverbindung ausgerüstet, die eine Kommunikation unabhängig von der Internetanbindung der Versuchsteilnehmer ermöglicht.

Speziell für die Typ-2-Ladesteckdose enthält sie Komponenten, die einen sicheren Ablauf der Ladung gewährleisten. An diesem Anschluss der CarConnectBox ist eine Ladeleistung bis 22 kW bei geeigneter Auslegung der Hausinstallation und des Elektrofahrzeugs möglich. Über den Touchscreen wählt der Nutzer das gewünschte Ladeprogramm und erhält Informationen über den Ladevorgang. Neben der aktuellen Ladeleistung wird hier auch der Energieverbrauch des aktuellen und des letzten Ladevorgangs dargestellt.

Die CarConnectBox sowie die Leitwarte des Projekts wurden am Fachgebiet Elektrische Energieversorgung des Instituts für Energieversorgung und Hochspannungstechnik (IEH) an der Leibniz Universität Hannover in Kooperation mit den Projektpartnern entwickelt. Auch Studierende des Instituts haben hier engagiert mitgewirkt und den gesamten Vorgang von der Planung bis zur Testphase begleitet. Nach der Entwicklung des Prototypen wurden die 40 CarConnectBoxen durch Auszubildende in der Ausbildungswerkstatt von enercity gebaut.