Post on 18-Sep-2018
Elektromobilität – Chancen und Risiken für Verteilnetzbetreiber
Dr.-Ing. Enno Wieben
EWE NETZ GmbH
Projekt GridSurfer | Seite 2
Technische Aspekte der Netzintegration 3
Das Elektrofahrzeug E3 2
Das Forschungsprojekt GridSurfer 1
Inhalt
Projekt GridSurfer | Seite 3
Das Forschungsprojekt GridSurfer 1
Projekt GridSurfer | Seite 4
Projektidee und Teilnehmer
Projekt GridSurfer | Seite 5
Profil – Modellregion /
Konsortium
Konsortium
● EWE AG
Energieversorgung, Netzbetreiber, TK und IT Dienstleister
- Betrieb Ladeinfrastruktur u. Wechselstation, Speichermanagement,
Projektmanagement
● NextEnergy
Forschungsinstitut mit Schwerpunkten Photovoltaik, Brennstoffzellen und
Energiespeicher
- Batterien als Energiespeicher, Betriebsführungsstrategien
● OFFIS
Forschungsinstitut für Informatik
- Fokus auf IKT-Standardisierung im Energiesektor, Energiemanagement-Modelle,
Simulationen
● Karmann
- Fahrzeugentwicklung
Projekt GridSurfer | Seite 6
Komponenten der Elektromobilität
Software
zu Hause laden
Erneuerbare Energien
Batterien
Reichweitenverlängerung
Projekt GridSurfer | Seite 7
NEXT|ENERGY: Batteriewechselstation
Technische Daten
●Energiespeicherung und Netz-Rückspeisung
●Speicherkapazität:6 Akkus à 30 kWh = 180 kWh
●Ladeumformerleistung:6 x 60 kW = 360 kW
●Netzintegration mitFACTS-Eigenschaften(Flexible AC Control System)
●Netzregelung durch definierte Blindleistungseinspeisung
Projekt GridSurfer | Seite 8
Erweiterung des eTelligence-Szenarios
Projekt GridSurfer | Seite 9
Einbindung der Elektrofahrzeuge in das E-Energy-Projekt eTelligence
eTelligence Architektur für Geschäftsprozesse (horizontal SOA basiert)
eTell
igence
Auto
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Akte
ur
Marktplatt-
form
Tarif-/Feedback-
SystemePortal
Privat-/
Gewerbekunden
Dezentrale
KraftwerkeVerteilnetzIndustrie/
Gebäude
Gateway /
Smart Meter
eTell
igence
-
Die
nst
e VK-
BetriebsführungEnergieanalyse/
-beratung
Home
Automation
…
Controller
Gateway /
Smart Meter
Energie-/
Fahrplan-
management
Fernwirktechnik
Netzleittechnik
Netz-Betriebs-
führung
Gateway
Controller
Betriebs-
führung
ControllerEnergie-
Controller
Gateway /
Smart Meter
V2G-
Management
Elektrofahrzeuge
Speicher-
management
Projekt GridSurfer | Seite 10
Komponenten der Netzintegration von Elektrofahrzeugen
IKT- basiertes Speicher-
management
Mess- und Steuersysteme
Ladesystem und Batteriewechsel-
konzept
bidirektionales Laden
Schnittstellen zur Kommunikation zwischen
Fahrzeug, Verbraucher und Stromnetz
Abrechnungs- und Vermarktungs-
prozesse
Tarif- und Geschäfts-
modelle
Projekt GridSurfer | Seite 11
Das Elektrofahrzeug E3 2
Projekt GridSurfer | Seite 12
Dezentrales Energiemanagement Teil der Lösung … Elektrofahrzeuge als mobile Stromspeicher
Umweltschonende motorisierte Fortbewegung und mobile Stromspeicher als Bestandteil der zukünftigen Energieversorgung
– EWE und Karmann (Osnabrück) arbeiten auf dem Gebiet der Elektromobilität zusammen
– Bau mehrerer Versuchsfahrzeuge zwischen 2009 und 2011, Einsatz der Fahrzeuge für die gemeinsame Forschungsarbeit
– Einbinden der Elektrofahrzeuge in das Strom- und TK-Netz von EWE und Entwicklung intelligenter Steuerungssysteme für das Batterie- und Netzmanagement
Die Akkus (blau) sind platzsparend in
den Fahrzeugboden des E3 integriert.
Projekt GridSurfer | Seite 13
EWE E3 – 2. Generation
Beladen
Klimatisierung
V2G-Steuergerät Ladegeräte
Batterie
bidirektionales
Laden
Klimatisierung inkl.
Wärmepumpenprozess
Optimierung des
Batterie-
managementsystems
Batterie-
wechselmöglichkeit
Kommunikationsanbindung
über Power Line
E-Komponenten
eMobility Navigation
Projekt GridSurfer | Seite 14
Kommunikation Fahrzeug-Netz
• Interaktionskonzept Fahrer - Fahrzeug
• Funktionen im Fahrzeug (Ladestandanzeige, Reichweite,
Energiebedarfsplanung, Navigation, Reservierung
Ladeinfrastruktur)
• Schnittstellen zur Fahrzeugelektronik
EWE E3 – 2. Generation
Projekt GridSurfer | Seite 15
Technische Aspekte der Netzintegration 3
Projekt GridSurfer | Seite 16
Hintergrund
Erwartungshaltung:
Elektromobilität hat das Potential die Stromversorgungsnetze vor ähnliche
technische Herausforderungen zu stellen, wie die durch das EEG und KWKG
geförderte dezentrale Energieerzeugung:
Zielstellung / Herausforderung:
Eine möglichst Kostenoptimale und Energieeffiziente Integration der
Ladeinfrastruktur in die Stromversorgungsnetze, d.h. Vermeidung von
Netzausbau und bestmögliche Nutzung regenerativer Energien.
Potentialabschätzung:
40 Mio PKW, 15.000km / a,
0,2 kWh/km 120 TWh
Aber vollständig im Verteilnetz!
Projekt GridSurfer | Seite 17
Zeitliche Entwicklung der Netzintegration von Elektrofahrzeugen
Ausdehnung
Zeit
NS-NETZ
MS-NETZ
HS-NETZ
HöS-NETZ
Regelzone
Verbundnetz
Testfahrzeuge Einzelfahrzeuge
am Hausanschluss
Fuhrparks an
MS-Ladestationen
Privatfahrzeuge & Fuhrparks an
verschiedensten MS-Stationen
Projekt GridSurfer | Seite 18
Beispiel: ausschließlich marktgetriebene Elektromobilität führt zur Überlastung der Verteilnetze!
16:00
18:00 17:00 19:00
2:00
EEX Spot
Wichtig: Berücksichtigung der Netzinfrastruktur
20 kV
1 kV
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Spannungshaltung eines Nieder-spannungsnetzes bei ungesteuertem Laden
Quelle: EWE NETZ, Bachelorarbeit Rainer Fennen
Bewertung:
Bereits ab 25%
Elektrofahrzeuge wird
in diesem Netz
Ausbau notwendig
Spannungshäufigkeit Land (abends)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1
Netzspannung Übergabestelle bezogen auf Un
kum
uli
ert
e A
nza
hl d
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Ku
nd
en
ansc
hlü
sse
in [
%]
75%
50%
25%
0%
Projekt GridSurfer | Seite 20
Anforderungen in der Mittelspannung Wiederholung aller DEA-Probleme in Mittelspannungsnetzen?
Technische Anforderungen an MS-Ladestationen zur Vermeidung der Probleme
• Spannungshaltung (statisch und dynamisch)
• Auslastung von Betriebsmitteln, insbesondere von Umspannern
• Betriebsführung
• Schutzkriterien
2 0 k V
P+jQ
1. Grenzleistung
Q
P
2. speziell STATCOM
Q
P
3. Q-Dynamik (Spannungsregelung)
t
Q t = 50 - 100 ms
t
P
4. P-Dynamik (Regelenergie)
t = 200 - 500 ms (Primärreserve)
t = 50 - 100 ms (Spinning Reserve)
5. BDEW 2008
t
U
Schlussfolgerung: Nutzung von „Kraftwerkseigenschaften“,
wie sie beispielsweise moderne WEA bereits heute bieten!
6. Netzleitstelle
Projekt GridSurfer | Seite 21
Technologische Möglichkeiten
Unidirektionales Ladegerät
Bidirektionales Ladegerät
Unidirektionale FACTS-Ladestation
Bidirektionale FACTS-Ladestation
Gesteuertes Laden Rückspeisung bei Starklast - -
U-Statik - -
U-Dynamik - -
Frequenzhaltung - -
Ergebnisse der Netzstudie zur Netzregelung mit FACTS-Ladestationen
Projekt GridSurfer | Seite 23
KONTAKT
Dr.-Ing. Enno Wieben
EWE NETZ GmbH / Strategische Netzplanung
Cloppenburger Straße 302
26131 Oldenburg
Tel. 0441 4808-0
www.ewe-netz.de
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.