unIT-e² – Reallabor für verNETZte E-Mobilität

Die Projektstruktur

Im Zentrum des Projektes unIT-e² standen vier deutschlandweite Feldversuche, die sogenannten Cluster. In den Clustern wurden von den Partnern in Begleitung der FfE Use Cases entwickelt, die im Projektverlauf in Feldversuchen demonstriert wurden. Die Realisierung erfolgte sowohl mit Fokus auf städtische Strukturen (cit-E-Life) als auch in ländlich geprägten Gebieten von Ostbayern (sun-E), Niedersachsen (Harmon-E) und Nordhessen (Heav-E). Die Cluster wurden über den gesamten Projektverlauf von der FfE und weiteren Forschungsinstituten durch das Teilprojekt (TP) Forschung wissenschaftlich begleitet. Im Rahmen des Teilprojekts (TP) Grid entwickelten die Partner Konzepte und Komponenten für die erfolgreiche Integration der Elektrofahrzeuge ins Energiesystem. Im Folgenden sind die einzelnen TPs und Cluster kurz beschrieben. Eine kompakte Zusammenfassung der Ergebnisse und Handlungsempfehlungen des Projekts findet sich im unIT-e² Ergebnisbericht. Weitere Veröffentlichungen sind in den folgenden Abschnitten angegeben.

Harmon-E

Im Cluster Harmon-E wurde die Prozesskette von den Strom- bzw. Systemdienstleistungs-Märkten bis zur flexiblen Be- und Entladung von Elektroautos entwickelt und demonstriert. Das Ziel war ein für die Nutzer:innen harmonisches Zusammenspiel innerhalb des energie- und netzwirtschaftlichen Gesamtsystems. Zu diesem Zweck wurden insgesamt drei Feldversuche und zwei Laboraufbauten erprobt, sodass ein detailliertes Fazit gezogen werden kann. Im Cluster Harmon-E lag ein Fokus auf dem marktoptimierten und zugleich netz- sowie systemdienlichen Laden von Elektrofahrzeugen. Insgesamt wurden in den drei Feldversuchen sechs unterschiedliche Use Cases entwickelt, getestet und demonstriert. Die drei Feldversuche unterschieden sich durch den Standort, die Einbeziehung verschiedener Flexibilitäten sowie die unterschiedliche Umsetzungspriorisierung der Use Cases. Darüber hinaus wurden in den Laboraufbauten die Use Cases nicht nur unidirektional, sondern auch bidirektional erprobt. Eine Zusammenfassung der Inhalte und Erkenntnisse des Clusters Harmon-E wurde in der Harmon-E Broschüre veröffentlicht.

Heav-E

Das Cluster Heav-E war in Nordhessen verankert und erforschte im Rahmen des Feldtests unter der Beteiligung vieler regionaler Partner das Ladeverhalten von E-Auto-Nutzer:innen. Neben der Erfassung des Status-Quo der Netzbelastung durch Elektromobilität, d. h. wie E-Autos heute geladen werden, lag der Schwerpunkt insbesondere auf der Untersuchung, wie sich auftretende Lastspitzen durch Ladevorgänge auf Basis gezielter Anreize für die Nutzer:innen verschieben lassen. Der Feldtest im Cluster Heav-E lief über insgesamt 19 Monate vom Juli 2023 bis zum Projektende im Januar 2025 mit einer Testgruppe von 68 Personen, die über eine Lademöglichkeit am Wohnort verfügen. Die Akquise der Teilnehmenden sowie die Koordination erfolgte durch die Regionalmanagement Nordhessen GmbH. Die Durchführung des Feldtests erfolgte unter Beteiligung der EAM Netz GmbH, Flavia IT-Management GmbH, der Universität Kassel und der Volkswagen AG. Die Ergebnisse sind in der Heav-E Broschüre zusammengefasst.

sun-E

Das Cluster sun-E hat sich zum Schwerpunkt gesetzt, unidirektionale, intelligente Ladelösungen mit dem Fokus auf private Eigenheime zu untersuchen. Dabei arbeiteten Bayernwerk Netz, LEW, TenneT, PPC, Kostal, EEBus, Consolinno und BMW an der technischen und betrieblichen Umsetzung der Use Cases und wurden wissenschaftlich von der FfE sowie der Universität Passau unterstützt. Der Feldtest mit 7 Pilotfahrzeugen und -kund:innen fand im Netzgebiet von Bayernwerk und damit in einem ländlichen Umfeld mit einem Fokus auf Eigenheimen statt. Die Schwerpunkte der Umsetzung waren dabei die Use Cases PV-optimiertes Laden, dynamische Strompreise sowie Primärregelleistung sowie die Entwicklung und Analyse einer interoperablen Systemarchitektur. Ergebnisse und Empfehlungen sind in der sun-E Broschüre zu finden.

Cit-E-Life

Das Cluster Cit-E-Life zeichnete sich durch ein diverses Partnernetz aus. Neben den Stadtwerken München, TEN/TMZ, Trianel und TenneT als Vertreter der Energiewirtschaft waren auch die Komponentenhersteller Consolinno und PPC, die EEBus-Initiative, die FfE, sowie internationale Unternehmen wie Ford und Schneider Electric vertreten. Breit aufgestellt ermöglicht dieses Cluster diverse Perspektiven auf die Herausforderungen und technischen Lösungsräume der Integration von E-Fahrzeugen in die bestehenden Energieversorgungssysteme. Die TMZ übernimmt als Messstellenbetreiber eine zentrale Rolle in den Feldtestversuchen, und mit der Stadtwerke-Kooperation Trianel GmbH konnte ein assoziierter Partner für dieses Cluster gewonnen werden, der über sein Netzwerk an Stadtwerken vor allem auch das Feedback kleiner und mittelgroßer Stadtwerke zu den im Projekt erarbeiteten Lösungen einfließen lässt. In dieser Konstellation konnten zwei unterschiedliche Wege der Integration von Elektrofahrzeugen in urbane Bestandsinfrastruktur konzipiert und erprobt werden, welche in zwei Ergebnisdokumenten dargestellt sind, welche einerseits die Steuerung über iMSys und andererseits die cloudbasierte Steuerung behandeln.

TP Grid

Im Rahmen eines Teilprojekts Grid wurden durch die Partner aus der Energiewirtschaft prozessuale und technische Lösungen für die Integration von Elektrofahrzeugen ins Energiesystem erarbeitet. Damit wurden Grundlagen für die in den Realtests verwendeten Hard- und Softwarekomponenten sowie für die Steuerungs- und Regelstrategien geschaffen. Zur Integration von dezentralen kleinteiligen Flexibilitäten ins Stromnetz wurden außerdem Prozesse zur Netzbetreiberkoordination und zur Erbringung von Systemdienstleistungen sowie die Weiterentwicklung von netzdienlichen Koordinationsmechanismen untersucht. Ebenfalls wurden Ansätze für eine Novellierung der Netzentgeltsystematik zur Verbesserung der Kostenreflexivität entwickelt. Hier fand ein enger Austausch mit den Beteiligten des Teilprojekts Forschung statt, um wissenschaftliche Erkenntnisse zum einen in die Diskussionen einzubringen und diese zum anderen durch die Praxispartner zu challengen. Ziel des TPs Grid war unter anderem die Ableitung grundlegender Handlungsempfehlungen für Politik und Normungsgremien, um das Gesamtziel der Interoperabilität zwischen Energie- und Automobilwirtschaft zu erreichen.

TP Forschung

Die gesamte wissenschaftliche Projekt-Begleitung wurde neben der FfE von weiteren Universitäten und Instituten übernommen, um den vier Reallaboren dadurch ein stabiles wissenschaftliches Fundament zu geben. Der Fokus der FfE lag dabei insbesondere auf Energiesystem- und Verteilnetzuntersuchungen, der Weiterentwicklung von Ansätzen für den künftigen Netzbetrieb sowie der wissenschaftlichen Begleitung der Feldversuche.  Die erarbeiteten Ergebnisse wurden mit praxisnahen Erkenntnissen aus der wissenschaftlichen Begleitung der Cluster und des TPs Grid synthetisiert, woraus die relevanten Handlungsoptionen aus Sicht der Forschung formuliert wurden.

Forschungsinhalte der FfE unIT-e²

Eine detaillierte Aufschlüsselung der Forschungsinhalte der FfE in unIT-e² erfolgt anhand des nachfolgenden Schaubilds (Abb. 2).

Im Folgenden werden die fünf Bereiche: Interoperabilität, Verteilnetze, Prognose und Vermarktung, KOALA und Energiesystem genauer unter die Lupe genommen.

Im Folgenden werden die fünf Bereiche: Interoperabilität, Verteilnetze, Prognose und Vermarktung, KOALA und Energiesystem genauer unter die Lupe genommen.

Interoperabilität

Der Fokus auf Interoperabilität war zentraler Bestandteil in unIT-e². Hierzu wurden interoperable Lösungen entlang der gesamten Wirkkette der Elektromobilität entwickelt. Beteiligt waren Akteure aus allen relevanten Branchen mit Schnittstellen zur Elektromobilität, darunter Unternehmen der Automobilindustrie, Hersteller von Smart-Meter-Gateways, Netzbetreiber, Energieversorger, Anbieter von Ladeinfrastruktur, Aggregatoren, Softwareentwickler, Betreiber von Ladeeinrichtungen sowie wissenschaftliche Einrichtungen.

Ziel war die Entwicklung offener, herstellerunabhängiger Systemlösungen, die technologische Abhängigkeiten vermeiden und einen wettbewerbsfördernden Rahmen für innovative Dienstleistungen schaffen. Diese Offenheit wurde als zentrale Voraussetzung für einen erfolgreichen Markthochlauf der Elektromobilität identifiziert. Interoperabilität und eine zielgerichtete Standardisierung wurden dabei als strategisch bedeutsam für die internationale Wettbewerbsfähigkeit des Automobilstandorts Deutschland bewertet.

Zur Entwicklung einer konsolidierten, projektübergreifenden Systemarchitektur wurde auf die zuvor erarbeiteten Architekturen der vier Cluster Harmon-E, sun-E, Heav-E und Cit-E-Life zurückgegriffen. In einem strukturierten, dreistufigen Verfahren wurden diese Architekturen analysiert, abstrahiert und in eine gemeinsame Gesamtarchitektur überführt. Im Mittelpunkt standen dabei die in den Feldtests praktisch erprobten Use Cases. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind in der unIT-e² Gesamtarchitektur dokumentiert.

Ein zentrales Element zur Validierung der entwickelten Architektur war das zweitägige Plugfest, das im EEBus Living Lab in Köln durchgeführt wurde. Ziel dieser Veranstaltung war es, die Interoperabilität der Clusterlösungen unter realen Bedingungen zu testen. Dabei wurden insgesamt 36 Testsessions mit über 50 Teilnehmer:innen durchgeführt. Es kamen 21 technische Komponenten und fünf Schnittstellen zum Einsatz, darunter Use Cases wie „Limit of Power Consumption (LPC)“, „Coordinated EV Charging (CEVC)“ und „Monitoring of Grid Connection Point (MGCP)“.

Die Ergebnisse des Plugfests zeigen, dass zentrale Use Cases wie die Leistungslimitierung gemäß § 14a EnWG über EEBus und ISO 15118 grundsätzlich interoperabel umgesetzt werden können. Gleichzeitig wurden Herausforderungen identifiziert, etwa bei der Wiederaufnahme von Ladevorgängen nach Leistungsreduktion. Diese Erkenntnisse wurden in mehreren Whitepapern zusammengefasst.

Zur methodischen Unterstützung der Architekturentwicklung wurde die Use-Case-Methodik der FfE eingesetzt, die eine strukturierte Erfassung technischer Anforderungen und Schnittstellen ermöglicht. Die daraus abgeleitete interaktive Visualisierung der Systemarchitektur des Clusters Harmon-E erlaubt eine schrittweise Darstellung komplexer Use-Case-Kombinationen und erleichtert die Identifikation notwendiger Schnittstellenerweiterungen.

Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine fundierte Grundlage für die Weiterentwicklung interoperabler Systeme und die Etablierung zukunftsfähiger Standards im Bereich der Elektromobilität. Sie tragen wesentlich zur Harmonisierung technischer Schnittstellen und zur Schaffung eines offenen, wettbewerbsfähigen Ökosystems bei.

Veröffentlichungen:

• Interoperabilität im Energiesystem der Zukunft – Erkenntnisse aus dem unIT-e² Plugfest
• Umsetzung der Leistungslimitierung (§ 14a EnWG)
• unIT-e² Systemarchitekturen
• From Electromobility Use Cases to an Interactive System Architecture: the Harmon-E SysArc in the unIT-e² Project

Verteilnetze

Im Kontext der Analysen zur Energiesystem-Integration bidirektionaler Elektrofahrzeuge adressiert die FfE Forschungsfragen rund um die tatsächliche Schnittstelle des Energiesystems, dem Verteilnetz. Hierbei wird in Simulationen analysiert, ob und wie die Verteilnetze, mit besonderem Fokus auf die Niederspannungsebene, dem Hochlauf flexibler Verbraucher unter verschiedenen Randbedingungen standhalten. Die Analyse des Zusammenspiels von Verteilnetzen und Elektromobilität wird im Projekt im Rahmen von vier Forschungsschwerpunkten analysiert:

1. Simulation netzdienlicher und marktorientierten Use-Cases bidirektionaler Elektrofahrzeuge
2. Bewertung der Repräsentativität charakteristischer Verteilnetztopologien für reale Verteilnetze
3. Analyse von Netzgrenzen im Kontext der maximalen Anzahl integrierbarer Elektrofahrzeuge
4. Auswertung resultierender Netzausbaubedarfen

Die Durchführung von Use-Case-Simulationen zielt darauf ab, die Auswirkungen unterschiedlicher marktorientierter und netzunterstützender Betriebsstrategien der Flexibilitäten auf die Netzbelastung zu analysieren. Zudem wird erforscht, ob sich die topologische Diversität deutscher Verteilnetze in typischen Netzstrukturen kategorisieren und abbilden lässt und wie genau diese die realen Topologien wiedergeben. Durch Netzgrenzanalysen werden für diverse Sensitivitätslevel die maximalen Kapazitätsgrenzen des aktuellen Verteilnetzes ermittelt, um Richtwerte für die Planung des Netzausbaus zu gewinnen. Ebenso wird der durch die Integration zahlreicher neuer elektrischer Verbraucher entstehende Bedarf an Netzausbau analysiert.

Veröffentlichungen:

• Beitragsreihe zur Charakterisierung von Niederspannungsnetzen
• In Arbeit: Fallstudie: Dynamische Preise vs. Bidirektionales Laden

Prognose und Vermarktung

Im Bereich Prognosen und Vermarktung gibt es folgende drei Kern-Elemente:

• Prognosen
• Die Mehrwerte von intelligenten Ladestrategien aus Nutzerperspektive
• Die Rückwirkungen des Nutzerverhaltens auf das Energiesystem

Prognosen

Im Rahmen von unIT-e² wurden zunächst verschiedene Methoden zur Vorhersage von energiewirtschaftlich relevanten Größen und zur generellen Charakterisierung von Zeitreihen beleuchtet. Um anschließend Vorhersagemodelle bewerten und miteinander vergleichen zu können, gibt es verschiedene Metriken. Eine Auswahl an Modellen, unterschiedliche Metriken sowie ein Beispiel inklusive Code sind in drei Websitebeiträgen beschrieben und unter den Veröffentlichungen verlinkt. Für die verschiedenen Anwendungsfälle der Elektromobilität sind vor allem die Vorhersage des kurzfristigen Ladeverhaltens (insbesondere An- und Absteckzeit sowie Energiebedarf) von Elektrofahrzeugen interessant. Hierzu entwickelt die FfE das Vorhersagemodell EVision, welches als Grundlage für die Bestimmung von bereitstellbarer Flexibilität von Ladevorgängen und deren Vermarktung dient. Der Fokus liegt hier auf der Vorhersage von Parkdauer sowie Energiebedarf und deren Kombination an Unternehmensstandorten sowie für privat Kunden basierend auf realen Daten. Darüber hinaus hat die FfE ein Modell zur kurzfristigen Vorhersage von deutschen CO2-Emissionsfaktoren entwickelt. Die Methodik und Ergebnisse sind in folgender Veröffentlichung beschrieben. Darüber hinaus wurden die Modelle so konzipiert, dass sie flexibel weiterverwendet und auf andere Vorhersageaufgaben übertragen werden können.

Veröffentlichungen:

• Vorhersagen in der Energiewirtschaft – Welche Fehlermetriken eignen sich?
• Vorhersagen in der Energiewirtschaft – Welche Methoden eignen sich?
• Vorhersagen in der Energiewirtschaft – Vergleich von konventionellen Machine Learning Methoden und Deep Learning
• Vorhersagen in der Energiewirtschaft – Tutorial zur Vorhersage von Haushalts- und PV Lastgängen
• Short-term forecasting of German generation-based CO2 emission factors using parametric and non-parametric time series models
• Probabilistic forecast of electric vehicle charging demand: analysis of different aggregation levels and energy procurement 

Die Mehrwerte von intelligenten Ladestrategien aus Nutzerperspektive

Hier wurden die Kosten und Erlöse und daraus resultierenden Gewinnen für Akteur:innen und Kund:innen für verschiedenen Use Cases in unIT-e² analysiert. Es wurden nicht nur einzelne Use Cases betrachtet, sondern auch die Kombination dieser, um weitere Mehrwerte für die Kund:innen zu bestimmen. Die Erlöse wurden mit eFlame (Akteursmodell zur Bewertung von Flexibilitäten im Energiesystem – https://www.ffe.de/tools/eflame-electric-flexibility-assessment-modeling-environment/) berechnet. Hierzu wurde eine Multi-Use-Case-Kombination implementiert, die eine sukzessiven Vermarktung an mehreren Spotmärkten und die Kombination von zeitlicher Arbitrage oder tarifoptimiertem Laden mit PV-Eigenverbrauchsoptimierung erlaubt.
Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit und der betriebsbedingten Emissionen intelligenter Ladestrategien wurden unter Einbezug relevanter Use Case und deren Kombinationen realistische Szenarien (heute und zukünftig) simuliert. Neben den möglichen (monetären) Mehrwerten für die Kund:innen ist auch relevant, wie groß das Marktpotenzial des Use Cases ist, also beispielsweise, ob sich der Markteintritt aufgrund einer frühen zu erwartenden Sättigung nur als First Mover lohnt. Aufgrund einer möglichen Überlastung der Verteilnetze durch den Markthochlauf der Elektromobilität (siehe auch Abschnitt zu VN-Simulationen) gibt es das Notfallelement des Dimmens (§ 14a EnWG) für die VNBs. Der Einfluss dieses Dimmens auf die Use Cases der Kund:innen wurde ebenfalls berücksichtigt, um mögliche Mehrwerte der verschiedenen Use Cases möglichst realistisch abzubilden.

Veröffentlichungen

• Synergies of Electric Vehicle Multi-Use: Analyzing the Implementation Effort for Use Case Combinations in Smart E-Mobility
• Smart e-mobility: User potential in Germany today and in the future
• unIT-e2: the future of smart and bidirectional charging – use case prospects from the user’s perspective in Germany | IET Conference Proceedings
• The impact of variable grid fee tariffs on the electricity costs of EV users in Germany | IET Conference Publication | IEEE Xplore
• The Impact of DSO Grid-Integration Measures on EV Users in Germany

Die Rückwirkungen des Nutzerverhaltens auf das Energiesystem

Einfluss Marktdesign auf Erlöse

Um die Potenziale der marktorientierten Use Cases zu ermitteln, sowie für die Bestimmung der Erlöse an den verschiedenen Märkten sind Marktsimulationen (sowohl national als auch international) notwendig. Dies betrifft sowohl die mittel- und langfristigen Entwicklungen an den Strombörsen, kurzfristige Preisentwicklungen, insbesondere an den Intraday-Märkten, wie auch die Märkte für Systemdienstleistungen, beispielsweise für Sekundärregelleistung. Zudem fallen hierunter auch potentielle Änderungen im Marktdesign, wie Kapazitätsmechanismen oder Strompreiszonensplit.

Veröffentlichungen

• Marketing of Small-scale Assets in Germany – Current and Future Challenges and Opportunities
• Europäische Strommarktdesigns im Vergleich
• Der europäische Regelarbeitsmarkt
• Was ist der Regelarbeitsmarkt (RAM)?
• Wie funktioniert die Merit Order?
• Veränderungen der Merit Order und deren Auswirkungen auf den Strompreis
• Intraday price forecast

Einfluss akteursseitiger Use Cases auf das Energiesystem – z. B. PV Eigenverbrauchsoptimierung

Bei den Analysen der möglichen Wirtschaftlichkeit von Use Cases intelligenter Elektromobilität für die Kund:innen wird zumeist von der Kunden-Perspektive gedacht. Jedoch beeinflusst diese auch das Energiesystem im Ganzen, wodurch sich wiederum Änderungen für die Kund:innen ergeben können. Daher wurden in unIT-e² diese Wechselwirkungen genauer für den Use Case PV-Eigenverbrauchsoptimierung mittels Elektrofahrzeugen analysiert.

Veröffentlichung

• • Systemic Evaluation of PV Self-Consumption Optimization Using Electric Vehicles

KOALA: Koordinations- und Allokationsalgorithmus

Ein Notfallmechanismus, wie ihn die Festlegung der Bundesnetzagentur zum § 14a EnWG vorsieht, soll zwar kurzfristig die Netze stabilisieren, berücksichtigt jedoch keine Opportunitäten auf Seiten der Anschlussnutzer, bietet keine Koordinierungsfunktion und nimmt damit eine ineffiziente Allokation in Kauf. Im Rahmen des Projekts unIT-e² wurde daher ein marktbasierter Koordinations- und Allokationsalgorithmus (KOALA) entwickelt, der die Festlegungen der BNetzA in dieser Hinsicht als freiwilliges Add-On ergänzen soll.

Der Kern des Mechanismus beruht darauf, dass begrenzte Netzkapazität im Engpassfall unter allen betroffenen Anlagenbetreibern (z. B. im selben Niederspannungsstrang) über ein Auktionsverfahren bedarfsgerecht verteilt bzw. allokiert wird. So erklärt sich auch das Projektakronym: „Koordinations- und Allokationsalgorithmus“ für Flexibilität. Die Auktion führt dazu, dass sich in Engpasssituationen ein Knappheitspreis bildet, der vergleichbar zu dynamischen Netzentgelten den Netzzustand widerspiegelt. Allerdings wird der Preis nicht durch den Netzbetreiber bestimmt, sondern ergibt sich Bottom-up direkt aus den Geboten und somit den Opportunitäten der Anlagenbetreiber. Ein gewisser Grundbedarf von beispielsweise 4,2 kW je steuerbarer Verbrauchseinrichtung (SteuVE) bleibt allerdings auch im Engpassfall reserviert und ist von der Auktionsmenge ausgenommen.

Ebenfalls baut das Konzept darauf auf, dass die Flexibilitätsbereitstellung durch SteuVE im Rahmen des § 14a EnWG grundsätzlich über reduzierte Netzentgelte entschädigt wird. Darüber hinaus sollen die gesamten Auktionserlöse unter allen Teilnehmenden am KOALA ausgeschüttet werden, um einen finanziellen Teilnahmeanreiz für das Konzept zu schaffen. Dadurch werden besonders flexible Anlagenbetreiber, die ihren Leistungsbezug in engpassfreie Zeiten verschieben, zusätzlich vergütet. Weniger flexible Anschlussnutzer erhalten über die Auktionen ein Werkzeug, um im Bedarfsfall Steuereingriffe durch den Netzbetreiber zu reduzieren, bezahlen dafür jedoch gegebenenfalls einen erhöhten Knappheitspreis.

Der KOALA eröffnet gegenüber der netzorientierten Steuerung nach § 14a EnWG zusätzlich die Möglichkeit für präventives Engpassmanagement. Dabei ist zunächst vorgesehen, dass der Netzbetreiber aufgrund seiner Day-Ahead-Prognosen eine Engpasswarnung aussprechen kann, um Anlagenbetreibern die Möglichkeit zu geben, frühzeitig umzuplanen und dadurch möglichen erhöhten Knappheitspreisen zu entgehen. Während des angekündigten Engpasszeitraums werden dann sequenziell Kapazitätsauktionen für die kommende 15 min-Zeitscheibe initialisiert. Dies soll Prognoseunsicherheiten minimieren und erlaubt Teilnehmenden gleichzeitig, akute Leistungsbedarfe geltend zu machen. Dadurch, dass jedes Gebot an eine Zahlungsbereitschaft gekoppelt ist, erhält die Bedarfsmeldung gegenüber einer reinen Lastprognose zusätzliche Verbindlichkeit.

Veröffentlichungen

• Bridging the Gap between Electric Mobility and the Power Grid: A Novel Mechanism to Tap the Grid Serving Potential of Flexible Assets
• Der unIT-e² KOALA – Ein anreizbasierter Mechanismus zur Koordination netzorientierter Steuerungsvorgänge
• Anreizmechanismen zur Stromnetzentlastung – Einordnung der Konzepte aus unIT-e²

Energiesystem

In diesem Teilbereich wurde das Zukunftsbild der Energiewirtschaft entwickelt. Die Simulation des zukünftigen Energiesystems erfolgte mit dem Modell ISaaR , die Visualisierung erfolgt in ISAaR-Charts, einem interaktiven Dashboard basierend auf Plotly Dash.

Das Basisiszenario wurde von 2025 bis 2045 in 5-Jahres-Schritten für Europa erstellt. Weiter wurden Sensitivitäten im Bereich der Integration von Elektrofahrzeugen ins europäische Energiesystem untersucht. Diese Sensitivitäten waren beispielsweise neue Technologien wie 2nd-Life-Batteriespeicher als Konkurrenz zur intelligenten Elektromobilität oder Use Cases wie PV-Eigenverbrauchsoptimierung mittels Elektrofahrzeugen.

Mittels der Marktberechnungen konnte für die definierten Szenarien das europäische Energiesystem inkl. erzeugten Emissionen und resultierenden Kosten bestimmt werden. In dieser Veröffentlichung sowie im interaktiven Dashboard sind die Ergebnisse dargestellt.

Umweltwirkungen:

Im Zuge einer Metastudie wurde der ökologische Break-Even von Elektrofahrzeugen mit Verbrennern beleuchtet. Ausschlaggebend ist dabei vor allem der Strommix in der Betriebsphase des Elektrofahrzeugs. Im Projekt wurden daher nicht nur die Emissionen auf Fahrzeugebene, sondern auch Rückwirkungen verschiedener Use Cases auf das Gesamtsystem und somit des Emissionsfaktors der Stromerzeugung untersucht.

Veröffentlichungen:

• Welche Parameter beeinflussen die Ökobilanz von Elektrofahrzeugen?
• Overcoming challenges in life cycle assessment of smart energy systems – A map of solution approaches
• Assessing Environmental Effects of ICT in Smart Energy Systems – Case of Bidirectional Charging
• Green light for bidirectional charging? Unveiling grid repercussions and life cycle impacts
• Environmental effects of vehicle-to-grid charging in future energy systems – A prospective life cycle assessment
• Interaktives Dashboard zu den unIT-e2 Ergebnissen
• Assessing the Impact of Smart Charging Electric Vehicles in the Future German Energy System

Szenarien und Modellerweiterungen:

Das Basisiszenario wird von 2025 bis 2045 in 5 Jahres-Schritten für Europa erstellt. Weiter werden Sensitivitäten im Bereich der Integration von Elektrofahrzeugen ins europäische Energiesystem untersucht. Diese Sensitivsten sind beispielsweise neue Technologien wie 2nd Life Batteriespeicher als Konkurrenz zur intelligenten Elektromobilität oder Use Cases wie PV-Eigeneverbrauchsoptimierung mittels Elektrofahrzeugen.

Übertragungsnetz-Rückwirkungen:

Es werden zudem Netzberechnungen durchgeführt, welche die Netzbelastungen bestimmen. Diese führen zum einen zu Redispatch-Bedarfen und zum anderen können auch alternative Marktdesigns wie nodale Preise und deren Auswirkungen aus Energiesystem untersucht werden. Zusätzlich wird das Netzmodell erweitert um ein Freileitungsmonitoring abzubilden.

Energiesystem-Rückwirkungen:

Mittels der Marktberechnungen kann für ein vorgegebenes Szenario das europäische Energiesystem inkl. erzeugten Emissionen und resultierenden Kosten bestimmt werden.

Umweltwirkungen:

Im Zuge einer Metastudie wurde der ökologische Break-Even von Elektrofahrzeugen mit Verbrennern beleuchtet (https://www.ffe.de/veroeffentlichungen/welche-parameter-beeinflussen-die-oekobilanz-von-elektrofahrzeugen/). Ausschlaggebend ist dabei vor allem der Strommix in der Betriebsphase des Elektrofahrzeugs. Im Projekt wurden daher nicht nur die Emissionen auf Fahrzeugebene, sondern auch Rückwirkungen verschiedener Use Cases auf das Gesamtsystem und somit des Emissionsfaktors der Stromerzeugung untersucht.

Veröffentlichungen:

• Welche Parameter beeinflussen die Ökobilanz von Elektrofahrzeugen?
• Welche Umwelteffekte gehen mit neuen Use Cases im Energiesystem wie dem gesteuerten Laden von Elektrofahrzeugen einher?
• Austausch zu Umweltwirkungen von bidirektionalem Laden bei der internationalen Konferenz „ICT4Sustainability“
• interaktives Dashboard zu den unIT-e² Ergebnissen

Gesamtprojekt Ergebnisse

Nach dem ersten Projektjahr wurden eine Reihe von Herausforderungen identifiziert und spezifiziert, welche in der weiteren Projektbearbeitung adressiert werden. Darüber hinaus wurde auch an verschiedenen Stellen ein rechtlicher oder politischer Anpassungsbedarf festgestellt. Diese Erkenntnisse wurden mit Stand November 2022 im unIT-e² Baustellenbericht für verschiedene Themenfelder innerhalb des Projekts kompakt dargestellt und ausgeführt.

Das Projekt legt als Reallabor einen besonderen Fokus auf die praktische Umsetzung und Erprobung der entwickelten Lösungen zur optimalen Integration von Elektromobilität ins Energiesystem in verschiedenen Feldtests. Diese wurden im Praxisbericht zum Stand Dezember 2023 schwerpunktmäßig vorgestellt und diskutiert. Neben den Feldtests wurden Zwischenergebnisse aus begleitenden wissenschaftlichen und rechtlichen Analysen dargestellt sowie Handlungsoptionen in Bezug auf den politischen und regulatorischen Rahmen abgeleitet.

Im finalen Ergebnisbericht, veröffentlicht zum Projektende im Februar 2025, wurden die Erkenntnisse und Empfehlungen aller Cluster, Teilprojekte und Arbeitsgruppen des Konsortiums synthetisiert und kompakt zusammengefasst. Dieser dient als Überblick und übersichtliche Dokumentation der Projektinhalte, welche ergänzt wird durch eine Vielzahl zum Teil oben aufgeführter spezifischer Veröffentlichungen.

Das FfE-Verbundprojekt

Durch die Zusammenarbeit der FfE mit weiteren Partnern aus der Energiewirtschaft waren zusätzliche Unternehmen in das Forschungsprojekt eingebunden. Für diese Kooperationspartner ergab sich u. a. die Möglichkeit des direkten Kontakts und des Austauschs mit den Umsetzungspartnern. Des Weiteren boten regelmäßige Workshops einen umfassenden Wissenstransfer aus dem Projekt.

Folgende Partner unterstützten sowohl finanziell als auch mit Daten und individuellen, praxisnahen Erfahrungen die Forschungsarbeiten der FfE:

• Energielösung4all GmbH
• ENERVIE Vernetzt GmbH
• Illwerke vkw AG
• N-ERGIE Netz GmbH
• Netze BW GmbH
• Stadtwerke Rosenheim Netze GmbH
• TEN Thüringer Energienetze GmbH & Co. KG
• Trianel GmbH
• TransnetBW GmbH
• Voralberger Energienetze GmbH