Köpfchen statt Kupfer

Mit der Elektroflotte von Netze BW werden im NETZlabor im Stöckach konkrete Anwendungsszenarien erforscht. Foto: Netze BW

In einem realen Niederspannungsnetz untersucht die Netze BW die Integration von Elektrofahrzeugen.

Sechs Millionen Elektrofahrzeuge sollen im Jahr 2030 auf deutschlands Straßen fahren – so der erklärte Wille der Bundesregierung. Eric Junge, verantwortlich für das NETZlabor Elektroflotte bei Netze BW, hält diese Prognose für realistisch. „Davon könnten rund 10 Prozent in Baden-Württemberg unterwegs sein“, berichtet Junge, denn die typischen Nutzergruppen seien dort im Vergleich überdurchschnittlich repräsentiert. Für den größten Netzbetreiber im „Ländle“ bedeutet dies eine nicht zu unterschätzende Herausforderung, gilt es doch, mit der dafür erforderlichen Ladeinfrastruktur eine Vielzahl neuer Verbraucher ins Verteilnetz zu integrieren. Dabei sollen einerseits die Kunden einen komfortablen Zugriff auf den jeweils benötigten Ladestrom bekommen, andererseits soll eine Überlastung des Netzes und daraus resultierend ein teurer Netzausbau nach Möglichkeit vermieden werden. „Sobald viele Elektroautos gleichzeitig laden, kann das ein ziemlicher Spagat werden“, weiß Eric Junge.

Wie dies dennoch zu bewältigen ist, wird seit Sommer 2016 von Netze BW gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie systematisch erforscht – mit einem klaren Fokus: „Wir befassen uns zunächst ganz bewusst mit Elektroflotten, denn das werden wahrscheinlich auch die ersten relevanten Anwendungsfälle im Netz“, erläutert der Projektleiter. Da die Netze BW selbst eine große Flotte aus 50 E-Golf betreibt, wurde ein NSNetz im Stuttgarter Stadtgebiet Stöckach zum NETZlabor. Genau dort „betankt“ nämlich der Netzbetreiber die eigenen Elektrofahrzeuge und kann somit unterschiedliche Lastsituationen und Szenarien passgenau simulieren.

Messen, optimieren, automatisieren

Batteriespeicher stellt kurzzeitig Spitzenleistung bereit. Foto: Netze BW

„Die Netzintegration von Elektrofahrzeugen ist komplex und die Netzbetreiber wissen momentan noch nicht viel darüber“, sagt Eric Junge. Ein erstes wesentliches Ziel des Projekts ist es daher, das Ladeverhalten von Elektrofahrzeugen und die Netzrückwirkungen möglichst detailliert nachvollziehen zu können. Gemeinsam mit dem Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik (IEH) der Universität Stuttgart entwickelte ein Team um Prof. Dr.-Ing. Stefan Tenbohlen neue, leistungsstarke Power Quality-Messgeräte mit entsprechenden Auswertungsalgorithmen, die mit 140.000 Abtastungen pro Sekunde selbst kleinste Änderungen und Störaussendungen im Netz erkennen. Diese Technik ist bereits installiert und liefert belastbare Daten in allen weiteren Projektphasen. Außerdem können die Messergebnisse helfen, wenn es darum geht, Normen und Standards für elektromobile Anwendungen im Netz zu erarbeiten. Im zweiten Schritt sollen Verfahren entwickelt und im NETZlabor erprobt werden, die es ermöglichen, die Ladevorgänge so zu steuern, dass die vorhandenen Netzkapazitäten sowohl technisch als auch hinsichtlich der anfallenden Lasten optimal ausbalanciert werden. „Dabei werden wir natürlich auch wirtschaftliche Aspekte betrachten“, betont Eric Junge, denn durch monetäre Anreize in Form von reduzierten Netzentgelten lasse sich netzdienliches Verhalten fraglos fördern. In der dritten und letzten Projektphase will Netze BW diejenigen Verfahren automatisieren, die sich im Test bewährt haben. Welche Fragestellungen und Lösungsstrategien im Testgebiet im Stöckach im Einzelnen untersucht werden, hat man bei Netze BW klar definiert.

Netzkapazität optimal nutzen

Aus Sicht des Netzbetreibers sind möglichst symmetrische 3-phasige Ladevorgänge ideal, da diese das Netz gleichmäßig belasten. „Die aktuelle Ladetechnik berücksichtigt diese Tatsache noch nicht“, erklärt Eric Junge, die Ladevorgänge erfolgten zumeist ein- oder zweiphasig. Bei größeren Elektroflotten, die gleichzeitig laden, können daher Schieflasten im Netz entstehen, die im Extremfall auch zu Schäden an Betriebsmitteln führen. Einen Lösungsansatz sieht Netze BW in intelligenten Ladesäulen, die den Netzzustand messen und die jeweils freie Phase für den Ladevorgang frei schalten. Drei Prototypen werden derzeit von einem Ladesäulenanbieter entwickelt und sollen dann zeitnah im Netzlabor Elektroflotte getestet werden.

Last- und Lademanagement

Last- und Lademanagement vermeiden Netzüberlastung. Foto: Netze BW

Ladesäulen und Elektromobile sind steuerbare Verbrauchseinrichtungen im Sinne des Paragraphen 14a EnWG. Ausgestattet mit einem intelligenten Messsystem (Zählpunkt und Gateway) und einer Steuerbox können sie dementsprechend in Lastmanagementsysteme eingebunden werden, die es dem Netzbetreiber ermöglichen, Ladevorgänge so zu verteilen, dass Netzengpässe vermieden werden. Im Gegenzug erhält der Abnehmer eine Vergütung – in der Regel über einen günstigeren Strompreis. „Bei den meisten Elektroflotten wird es nicht erforderlich sein, alle Fahrzeuge gleichzeitig zu laden“, erläutert Projektleiter Junge, der derzeit an realen Testszenarien für ein netzverträgliches Lademanagement im NETZlabor arbeitet. „Allerdings“, so betont er, „ist die Teilnahme am Lastmanagement freiwillig.“ Sprich: Kunden, die keine Steueroption zulassen möchten, bezahlen zwar die regulären Netzentgelte, können ihre Fahrzeuge aber jederzeit im gewünschten Umfang laden. Hier liegt ein wesentlicher Unterschied zu den EEG-Einspeisern, die im Notfall („rote Netzampel“) auch technisch abgeregelt werden dürfen. Hinzu kommt, dass die aktuell verfügbare Ladetechnik für Elektrofahrzeuge zumeist noch nicht differenziert steuerbar ist: „Während die Einspeisung aus Wind- oder PV-Anlagen über den Wechselrichter stufenweise reduziert oder angehoben werden kann, lassen sich Ladevorgänge bei Elektrofahrzeugen derzeit in der Regel nur an- oder abschalten“, berichtet Eric Junge.

Batteriespeicher

Um im Bedarfsfall die Spitzenlast auf das Verteilnetz zu verringern, sind daher Puffer sinnvoll. Daher sieht man bei Netze BW die Einbindung von Energiespeichern als zwingend erforderlich an. Diese laden sich auf, wenn genug freie Leistung verfügbar ist und können dann den benötigten Ladestrom unabhängig vom Stromnetz bereitstellen. Eric Junge: „Das entlastet das Netz und der Kunde kann laden, wann und wieviel er möchte.“ Dass so gleichzeitig auch die Netzintegration erneuerbarer Energien gefördert wird, ist ein positiver Nebeneffekt. Derzeit evaluieren die Netze BW die verfügbaren Speichertechnologien, denn inzwischen gibt es Lösungen, die neben einer intelligenten Last- und Leistungssteuerung zusätzliche netzdienliche Funktionen versprechen. Sobald eine Entscheidung gefallen ist, sollen die Speichersysteme ebenfalls im Stöckach installiert und innerhalb der Infrastruktur des NETZlabors Elektroflotte in unterschiedlichen Anwendungsfällen getestet werden.

Kontakt: Netze BW, Ulrich Stark, 70567 Stuttgart, Telefon: +49 711 289-52136, u.stark@enbw.com

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