15.09.2020

Beitragsreihe Elektromobilität: Smart Charging

Die Elektromobilität ist ein zentraler Forschungsbereich der FfE und Teil von zahlreichen Forschungsprojekten. In der folgenden Beitragsreihe werden verschiedene Themenbereiche vorgestellt. Ein Fokus liegt auf Szenarien für Elektrofahrzeuge und Ladesäulen in Deutschland. Im weiteren werden die unterschiedlichen Ladestecker erklärt, sowie verschiedene Netzintegrationsmöglichkeiten durch gesteuertes und bidirektionales Laden beschrieben. Zum Abschluss wird auf die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen eingegangen. Dies ist der fünfte Beitrag einer Reihe von 7 Beiträgen, die nun sukzessive auf unserer Website erscheinen und in dieser Tabelle verlinkt werden.

Übersicht über die Themen der Beitragsreihe Elektromobilität

Die Elektromobilität bietet ein hohes Maß an Flexibilität, da die Fahrzeuge durchschnittlich zu 90 % der Zeit parken. Da die Standzeit meistens deutlich größer als die benötigte Ladezeit ist, entsteht die Möglichkeit, Ladevorgänge zu verschieben. Durch intelligente Steuerung können somit Lastspitzen verringert oder auch die Ladeleistung so angepasst werden, dass mehr volatile erneuerbare Energieträger einfacher in das Energiesystem integriert werden können. [1]

Eine Herausforderung bei der Netzintegration der Elektromobilität sind auftretende Lastspitzen auf Grund von hohen Ladegleichzeitigkeiten, also vielen gleichzeitig ladenden Elektrofahrzeugen. Ohne die Möglichkeit zum gesteuerten Laden müssten die Stromnetze für solche, selten auftretende, Lastspitzen ausgebaut werden. Laut Schätzungen würde der notwendige Verteilnetzausbau in Deutschland circa 2,3 Milliarden Euro pro Jahr kosten (2015-2030) um 6 Millionen Elektrofahrzeuge (EV) integrieren zu können. Gesteuertes Laden, also die Begrenzung der maximalen Ladeleistung in kritischen Situationen, hingegen würde diese Investitionen um 40 % auf etwa 1,4 Milliarden Euro pro Jahr reduzieren. [2]

Beim gesteuerten Laden (auch V1G; Smart Charging) wird der Ladevorgang so kontrolliert, dass die Batterie im Gegensatz zum ungesteuerten Direktladen nicht immer sofort mit maximaler Leistung vollständig geladen wird. Das heißt, dass hierbei die Ladeleistung oder Ladedauer dynamisch angepasst werden können. EV-Besitzer oder Energieunternehmen können damit je nach Bedarf und Kosten den effizientesten Ladezeitpunkt wählen. Vehicle-to-Grid (V2G) ist eine Erweiterung der V1G-Funktionen um Energierückspeisung aus dem Fahrzeug. V2G wird häufig auch bidirektionales Laden genannt, da der Strom in beide Richtungen fließen kann.

Zukünftig könnten die Netzbetreiber zur Vermeidung von Netzüberlastung den Stromversorgern/Betreibern von Ladepunkten im Voraus Prognosen über die zu erwartende Belastung ihrer Netze zur Verfügung stellen. Damit könnten dann die Ladevorgänge so gesteuert werden, dass Netzüberlastungen vermieden werden.

Abbildung 1: Normale und "intelligente" Ladesysteme

Innerhalb der Netzintegration werden vier Stufen unterschieden. Sie bauen aufeinander auf und ermöglichen schrittweise eine verbesserte Netzintegration (siehe Abbildung 2). [3]

Abbildung 2: Vier Stufen der Netzintegration

Quellen:

[1] International Renewable ENergy Agency (IRENA), (2019). Electric-Vehicle Smart Charging. Innovation Landscape brief.
[2] Dr. Maier, Urs; Peter, Frank, Jahn Andreas, (2019). Verteilnetzausbau für die Energiewende-Elektromobilität im Fokus. Agora Verkehrswende; Agora Energiewende; The Regulatory Assistance Project (RAP).
[3] VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (2019). Netzintegration Elektromobilität. Leitfaden für eine flächendeckende Verbreitung von E-Fahrzeugen.