Intelligentes Laden - Perspektiven für die optimale Integration von Elektrofahrzeugen
Definition intelligenter Ladevorgänge
Intelligentes Laden ist ein weitgefasster Begriff, der Methoden zur Anpassung des Ladevorgangs für Elektrofahrzeuge an Netz- und Marktbedingungen umfasst. Davon sind alle Ladepunkte betroffen, unabhängig davon, ob sie sich an öffentlichen oder privaten Standorten befinden.
Für den Begriff „intelligentes Laden“ gibt es zahlreiche Definitionen und Konzepte. Ein Vorschlag stammt von IRENA[1] und definiert 5 Ladeoptionen, die Flexibilitätsdienste bieten sollen.
Die Debatte über die hierarchische Position von V2G im Vergleich zu intelligentem Laden hält weiter an: Ist V2G eine spezielle, eigene Ladeanwendung oder einfach eine Option im gesamten Konzept des intelligenten Ladens? Die oben wiedergegebene Sicht neigt dazu, V2G als Teil des intelligenten Ladens anzusehen.
Erweitertes intelligentes Laden: Option V1G, V2x
Während die meisten Hausladestationen über eine einfache Ein-/Aus-Steuerung verfügen, bieten erweiterte Ladestationen anspruchsvollere Steuerungen, die Vorteile für viele Beteiligte haben.
V1G regelt die Leistung schrittweise auf unidirektionale Weise.
V2x (einschließlich V2G) bietet sowohl beim Laden als auch beim Entladen das gleiche Prinzip wie V1G.
Obwohl V1G in den Medien nicht so populär ist wie V2G, bietet es bereits einen interessanten Mehrwert für Netz- und Gebäudeakteure. Es unterliegt auch nicht den Hindernissen in Bezug auf Vorschriften sowie Netz- und Systemregeln, die für das disruptivere V2G-Konzept gelten.
V2x: die am meisten erweiterte Form
Vehicle-to-Everything (V2X) ist ein Sammelbegriff, der die Verwendung von Batterien von Elektrofahrzeugen für die Bereitstellung von Energiediensten und die Rückspeisung von Energie aus der Batterieanlage während Zeiten des Nichtgebrauchs erklärt.
V2X-Dienste zielen darauf ab, durch die Regelung von dynamischen oder bidirektionalen Ladevorgängen Gewinne aus der Batterieanlage zu generieren, um Vorteile für das Stromnetz zu erzielen oder den Spitzenenergieverbrauch von Gebäuden und Haushalten zu reduzieren/abzuflachen/zu verschieben.
Farbige Verbindungen zeigen Wechselwirkungen innerhalb der Topologie an, während schwarze Verbindungen Verbindungen/Wechselwirkungen mit anderen Netzelementen anzeigen.
Wir stellen den Verteilnetzbetreiber (VNB) aufgrund der einzigartigen Rolle des Verteilnetzes bei der Ermöglichung eines Großteils der V2X-Fähigkeiten in den Mittelpunkt.
V2X kann in die folgenden Betriebsarten unterteilt werden:
Vehicle-to-Grid (V2G): Verwendung einer E-Auto-Batterie für die Wechselwirkung mit dem Stromnetz und die Rückspeisung von Energie an das Stromnetz (Frequenzregelung ...) Vehicle-to-Building (V2B): Betrieb von E-Auto-Batterien zur Optimierung des Energieverbrauchs von Gebäuden Vehicle-to-Home (V2H): Optimierung des Hausenergieverbrauchs oder Verwendung von Elektrofahrzeugen als Reserveleistung in Notfällen Vehicle-to-Load (V2L): Jeder andere Fall einer E-Auto-Batterie, die eine Last mit Energie versorgt
Elektrofahrzeuge, die in Haushalten und Gebäuden „hinter dem Zähler“ installiert sind, bieten einen doppelten Nutzen: Sie optimieren ihren eigenen Energieverbrauch und interagieren mit dem Stromnetz.
V2G wird von Netzbetreibern als eine Art Allheilmittel angesehen, da die E-Auto-Batterie die gleiche Funktionalität wie eine stationäre Batterie für ergänzende Services, wie z. B. die Frequenzregelung, aufweist.
Mehrwert intelligenter Ladevorgänge
Frühe Formen intelligenter Ladevorgänge mit tageszeitabhängigem Strompreis bieten begrenzte Vorteile bei der Verringerung der Spitzenlast der Versorgungsunternehmen.
Erweiterte Formen (V1G, V2x) lassen einen viel stärkeren Mehrwert für alle Netzakteure erkennen.
Für Betreiber von Verteilnetzen der Versorgungsunternehmen: mehr Hosting-Kapazität, schnellere Umsetzung, geringere Kosten
- Abweichen oder Vermeiden von Netzverstärkungen zu Kosten, die sich auf 10 % der Gesamtkosten für die Verstärkung des Netzes belaufen
- Ermöglichen einer viel größeren Hosting-Kapazität von Elektrofahrzeugen auf lokaler Ebene ohne Verstärkungen des Verteilnetzes
Für Betreiber von Übertragungssystemen der Versorgungsunternehmen:
Begrenzung der Anlagenspitzenlast, Vermeiden des Aufbaus von Erzeugungskapazitäten (Peaker-Anlagen)
Für Gebäudemanager: Die Flexibilität von Elektrofahrzeugen ist eine ideale Ergänzung zu anderen Energiequellen, wie PV-Dachanlagen, KWK, stationäre Batterien und flexible Lasten, um die Energiekosten von Gebäuden zu optimieren und aus der Flexibilität im Rahmen von Laststeuerungsprogrammen der Versorgungsunternehmen einen Gewinn zu generieren.
- Optimierung von tageszeitabhängigen Stromtarifen: Verschieben des Gebäudeverbrauchs hin zu Niedertarifzeiten
- Einsatz/Optimierung von Photovoltaikanlagen, Maximierung des Eigenverbrauchs
- Nachfragelastmanagement und Nachfragebeschränkung
- Lastausgleich, Senkung von Anschlussgebühren
Große Hindernisse für intelligentes Laden
Obwohl viele neuere Studien auf regionaler oder nationaler Ebene deutliche Vorteile bei der Hosting-Kapazität von Elektrofahrzeugen und der Senkung der Systemkosten aufzeigen, stößt das Konzept auf verschiedenen Ebenen immer noch auf zahlreiche Hindernisse.
Die in den Studien erfassten Einschränkungen sind u.a. folgende:
- Zunächst einmal: Ist der Fahrer des Elektrofahrzeugs bereit, die Steuerung über seinen kritischen Ladevorgang zuzulassen?
- Viele regulatorische und gesetzliche Hindernisse
- Eine dynamische Preisgestaltung erfordert intelligente Zähler und spezielle Tarife für das Laden von Elektrofahrzeugen
- Keine Verpflichtung für intelligente Ladestationen wegen der Kostenbelastung: Viele neue Ladestationen sind immer noch „dumm“.
- Fehlende Standards: hauptsächlich bei Kommunikationsinfrastruktur, Abrechnung/Roaming, Datensemantik...
- Einhaltung der Richtlinien für Cybersicherheit
- Datenschutz in manchen Bereichen
- Für V2G geltende Entgelte („Doppelbelastung“), Beschränkungen bei Netz- und Systemregeln
- Hohe Kosten für bidirektionale Ladestationen bei V2G
- Raum für Portaldienste, die Flotten von Elektrofahrzeugen verwalten, und die Möglichkeit, Einnahmen aus der Flexibilität von Elektrofahrzeugen zu vervielfachen
Schließlich geht es beim intelligenten Laden um eine unglaublich komplexe Wechselwirkung zwischen Beteiligten aus verschiedenen Branchen: Netzakteure (etablierte Versorgungsunternehmen, neue Portaldienste ...), IT/Kommunikation, Service-Provider, Automobilhersteller, jeweils mit eigener Kultur und eigenen Interessen.
Beim intelligenten Laden wird es um eine systemweite Koordinierung dieses Ökosystems und um klare Regeln sowie Zuständigkeiten für jeden Beteiligten gehen.
Wann werden wir intelligentes Laden erleben?
Alles hängt von den politischen Vorgaben auf staatlicher oder nationaler Ebene ab, die eine breite Einführung von Elektrofahrzeugen ermöglichen.
Zum Beispiel betonen einige politische Entscheidungsträger in Europa die Notwendigkeit, die Einführung von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen, um die Dekarbonisierungsziele zu erreichen, und verhängen Verbote für konventionelle Fahrzeuge mit einem eher kurzfristigen Zeithorizont: ursprünglich 2040 in vielen Mitgliedsstaaten, manchmal 2035 oder sogar noch früher.
Da der politische Druck zunimmt, wächst auch das Interesse an der Festlegung eines lokalen Rahmenwerks für intelligentes Laden. Es geht darum, einen Maßstab für die richtige Infrastruktur zum richtigen Zeitpunkt und zu den richtigen Kosten festzulegen, damit die Fahrer von Elektrofahrzeugen mit den Erfahrungen aus ihrer neuen E-Mobilität zufrieden sein können.
Eine große Herausforderung für das gesamte Ökosystem der Elektrofahrzeuge, das auch Gebäudemanager einschließt.
