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29.01.2015 | Automobil + Motoren | Nachricht | Onlineartikel

Forscher steuern und analysieren Ladevorgänge von E-Autos

Autor:
Angelina Hofacker
6 Min. Lesedauer

Wie man Elektroautos systemstabilisierend ins Stromnetz einbinden kann, das erforschen die Partner im Projekt "Demand Response". Hierfür untersuchen sie in einem Feldversuch das Ladeverhalten von insgesamt 40 Elektroautofahrern. Diese Woche wurde die zweite Versuchsphase der vier Versuchsphasen abgeschlossen. Erste Erkenntnisse liegen vor.

Ziel des Projekts "Demand Response - das Auto als aktiver Speicher und virtuelles Kraftwerk" ist die Entwicklung von marktfähigen Geschäftsmodellen, die das Nutzerverhalten so steuern, dass Elektromobilität einen nennenswerten Beitrag zur Stabilisierung des energiewirtschaftlichen Gesamtsystems liefern kann. Die Projektpartner untersuchen dafür bei insgesamt 40 Elektrofahrzeugen das Ladeverhalten der Nutzer. Diese Woche hat der Träger des Projekts, das Wärmeversorgungs- und Contractingunternehmen Enercity, erste Ergebnisse veröffentlicht. Diese belegen, dass schon durch kleine finanzielle Anreize das Ladeverhalten der Elektroautofahrer gesteuert werden kann.

Feldversuch mit vier Phasen

Um die Ladevorgänge aufzeichnen und steuern zu können, wurde an der Leibniz Universität Hannover in Kooperation mit den Projektpartnern eine Wallbox entwickelt. Diese wird von den Entwicklern als CarConnectBox (CCB) bezeichnet. Nachdem die Box an 40 Stellplätzen installiert worden war, startete der Elektroauto-Ladeversuch im Mai 2014. Insgesamt 40 Testfahrer beteiligen sich im Raum Hannover, Nienburg und Salzgitter an dem Praxistest, berichten die Projektpartner. Neben 30 unterschiedlichen Elektroautos privater und gewerblicher Herkunft nehmen auch zehn VW e-Up aus dem Enercity-Fuhrpark an dem Feldversuch teil.

Das Ladeverhalten der Testgruppe betrachten die Forscher unter vier verschiedenen Bedingungen. Dazu wird in jeder Phase des Feldversuchs ein weiterer Lademodus aktiviert, zwischen denen die Nutzer wählen können. In der ersten Phase laden die Fahrer, wann es Ihnen beliebt. In der zweiten Phase werden die Fahrer dazu angeregt, die Batterie in definierten Zeitfenstern aufzuladen. Und in den Phasen 3 und 4 soll das Laden oder gar Ausspeisen von Strom gemäß Bedarf des Netzbetriebs erfolgen.

Ladespitzen besonders in den Abendstunden

Die erste 18-wöchige Projektphase lieferte zunächst Referenzwerte für die folgenden Projektphasen, berichten die Projektpartner. Während dieses Referenzzeitraums luden die beteiligten Testfahrer, wann sie üblicherweise wollten. Die häufigsten Ladezeitpunkte, so die Erkenntnisse der Forscher, lagen in der klassischen Primetime der täglichen Strom-Lastkurve, zwischen 18 und 20 Uhr. Das Laden fand also vermehrt in dem Zeitraum statt, zu dem ohnehin schon die höchste Stromnachfrage des Tages herrschte. "Das Laden von zukünftig massenhaft eingesetzten E-Fahrzeugen darf nicht dem freien Spiel der Kräfte überlassen werden. Der ungeregelte Ladebeginn würde zu noch höheren Lastspitzen, besonders in den Abendstunden führen", erklärt Projektleiter Matthias Röhrig, der als Enercity-Abteilungsleiter für die überregionale Versorgung mit Strom und Gas verantwortlich ist.

Erfahren Sie mehr über die zweite Versuchsphase des Projekts auf Seite 2.

Lastverschiebung durch kleine finanzielle Anreize

In dieser Woche wurde die zweite der vier Versuchsphasen abgeschlossen. Mithilfe einer täglichen Prämie wurde die Testgruppe in der zweite Phase angeregt, in bestimmten Zeitfenstern zu laden. Diese Zeitfenster wurden im Test auf 11 bis 15 Uhr und 22 bis 6 Uhr festgelegt. Die Auswahl zwischen Laden innerhalb dieser Ladezeiträume und dem sofortigen Ladebeginn zu beliebiger Zeit sei möglich gewesen. Die Nutzer müssen dabei den Ladeprozess innerhalb des festgelegten Ladezeitraums nicht aktiv starten und beenden, sondern können vorher den gewünschten Lademodus wählen. Alles Weitere sollen die für das Projekt eigens entwickelten Ladeboxen (CarConnectBox) automatisch erledigen.

Laut den Ergebnissen der zweiten Phase, waren die Nutzer mehrheitlich bereit, sich unter Gewährung der Prämie an die festgelegten Ladezeiten zu halten. Der Ladebeginn erst einige Stunden nach der Ankunft sei für Privatpersonen abends meist unproblematisch, da die Ladedauer geringer als die Standzeit der Fahrzeuge über Nacht ist. Zuhause finden auch über 60 Prozent der Ladevorgänge einer normalen Woche statt. Dies belegt die begleitende Nutzerbefragung durch das Institut für Transportation Design der Hochschule für Bildende Künste in Braunschweig.

Bedeutung des netzstabilisierenden Ladens bestätigt

Die Grundidee des Projekts, das Laden von E-Autos netz- beziehungsweise lastverlaufsstabilisierend zu steuern, erweise sich mit den Ergebnissen der zweiten Versuchsphase als dringlich. Bereits der erste Steuerungsansatz, die Vorgabe definierter Zeitfenster, sei erfolgversprechend. Das Laden soll hierbei vorwiegend in lastarmen Zeiten sowie Zeiten mit hoher Wind- oder Solareinspeisung vorgenommen werden. "Als Vorteile der Ladezeitverschiebung in der Phase 2 sehen wir, dass die frühabendlichen Lade-Lastspitzen aus der Referenzphase vermieden und die Nachfrage in lastarme und kostengünstige Zeiträume verschoben werden kann", erläutert Röhrig. Die bessere Lastverteilung ermögliche einen konstanteren, ressourcenschonenderen Kraftwerkseinsatz. Allerdings bleibe die Nutzung der fluktuierenden erneuerbaren Energien dabei noch suboptimal, da die statischen Ladezeitfenster nicht auf Windflauten oder bewölkten Himmel am Mittag reagieren.

Nächste Versuchsphasen

In der nun beginnenden Phase (3) sollen die Ladezeiten variabel gestaltet werden. Dafür wird ein weiterer Lademodus eingeführt, bei dem innerhalb der lastarmen Zeiten im Zeitraum 0 bis 6 Uhr drei Ladestunden garantiert werden. Hinzu können in Abhängigkeit der Wind- und Solareinspeisung weitere Ladezeiträume durch Enercity aktiviert werden, die für die Nutzer am Vortag einsehbar sind. In der letzten Phase (4) soll ein weiterer Modus aktiviert werden, bei dem die Ladezeiten zuvor nicht mehr bekannt gegeben werden, sodass eine komplett flexible Ladung vorgenommen werden kann. Die anderen Lademodi sollen jeweils aktiviert bleiben, sodass die Nutzer zwischen diesen wählen können und getestet werden kann, welche Einschränkungen akzeptiert werden.

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.

Erfahren Sie mehr über die eigens für das Projekt entwickelte Ladebox auf Seite 3.

CarConnectBox: Schnittstelle zwischen E-Auto und Stromnetz

Die CarConnectBox soll als sogenannte Wallbox die Schnittstelle zwischen Elektrofahrzeug und dem Stromnetz darstellen. Über sie kann die Fahrzeugbatterie mit einer standardisierten Steckverbindung geladen werden. Darüber hinaus soll die Wallbox den Fahrzeugnutzer in das Projekt einbinden und die Auswertung und Fernsteuerung der Ladevorgänge durch die Leitwarte ermöglichen. 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, erklären die Entwickler der Box.

Speziell für die Typ-2-Ladesteckdose enthält die Wallbox Komponenten, die einen sicheren Ablauf der Ladung gewährleisten sollen. An diesem Anschluss der Box sei eine Ladeleistung bis 22 kW bei geeigneter Auslegung der Hausinstallation und des Elektrofahrzeugs möglich. Wie die Entwickler erklären, wählt der Nutzer über den Touchscreen 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. Die 40 Boxen für den Feldversuch wurden in der Ausbildungswerkstatt von Enercity gebaut.

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