High Power Charging ohne Umweg

20.09.2021 – Innovative Hochleistungsladesysteme könnten künftig die Ladeinfrastruktur verbessern – auch abseits des Fernverkehrs. Eine aktuelle Studie beleuchtet die Anforderungen.

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Aktuell ist High Power Charging vor allem an Autobahntankstellen zu finden. Foto: Chesky / Shutterstock.com

Viele Elektrofahrzeugnutzer und -nutzerinnen laden heute zu Hause an der eigenen Wall-Box oder an vergleichsweise langsamen Ladesäulen im öffentlichen Raum oder am Arbeitsplatz. Doch mit zunehmender Fahrzeugreichweite ergibt sich auch der Bedarf, im Fernverkehrsnetz zu laden. Dafür entsteht aktuell ein Ladenetz parallel zum Tankstellennetz. „Schlüsseleigenschaften dieses Ladenetzes sind sehr hohe Ladeleistungen und hohe Verfügbarkeit, allerdings auch durchaus überdurchschnittliche Kosten“, erläutert Dr. Jonas Maasmann von der c.con Management Consulting GmbH. Fraglich sei auch, ob diese alte Infrastrukturwelt zu neuen Mobilitätsformen und -konzepten passe. „Viele Entwicklungen lassen vermuten, dass auch im innerstädtischen oder ländlichen Raum entsprechend leistungsfähige Lademöglichkeiten nachgefragt werden“, so Maasmann weiter.

Im Projekt HPC-UKF, das vom BMVI gefördert und von der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie betreut wird, widmen sich die Forschenden der TU Dortmund genau dieser Frage: Hier soll ein innovatives High Power Charging (HPC)-System entwickelt werden, welches genau diese Bedarfe abseits der Fernverkehrsinfrastruktur abdeckt. Um die Anforderungen zu klassifizieren und greifbar zu machen, hat c.con Endkunden, Ladestations- und Flottenbetreiber sowie Netzbetreiber befragt.

High Power Charger

HPC bezeichnet eine Leistungsklasse von Ladeinfrastruktur, die es ermöglicht Elektrofahrzeuge in wenigen Minuten für eine Reichweite von 100 Kilometern zu laden. Hierfür sind spezielle Ladetechnologien notwendig, die sowohl auf Ladeinfrastrukturseite als auch auf Fahrzeugseite etabliert sein müssen. Aktuell ist HPC vor allem an Autobahntankstellen zu finden. Hier können oft mehrere Fahrzeuge mit einer Ladeleistung von bis zu 350 kW laden. „Im innerstädtischen Bereich könnte man an eine HPC-Infrastruktur ähnlich zum vorhandenen Tankstellennetz oder Lade-Hot-Spots in Quartieren denken“, führt Dr. Jonas Maasmann aus. Im ersten Teil der Anforderungsanalyse richtet die c.con das Augenmerk auf die Fahrzeugnutzenden.

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Endnutzer möchten an manchen Orten möglichst keine Zugeständnisse an die Ladezeit machen. Foto: SofikoS / Shutterstock.com

Nutzer wollen (manchmal) nicht warten

Die Ladekosten sind für die befragten Endnutzer zwar das wichtigste Auswahlkriterium für eine Ladestelle, doch die Dauer des Ladevorgangs folgt an zweiter Stelle. Insbesondere an Tankstellen und Supermärkten wünscht sich die Mehrheit der Elektromobilisten kürzere Ladezeiten: Idealerweise soll das Fahrzeug dort binnen zwanzig Minuten für eine Strecke von 100 Kilometern „aufgetankt“ sein. Darüber hinaus legen die Befragten an der Ladesäule vor allem auf Kostentransparenz und eine intuitive Bedienung wert – Merkmale, die sie bei der aktuellen Ladeinfrastruktur noch teilweise vermissen. Bevorzugt werden Ladetarife, bei denen pro kWh abgerechnet wird.

Flottenbetreiber würden teilen

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Flottenbetreiber würden freie Kapazitäten ihrer Schnellladeinfrastruktur kostenpflichtig auch der Öffentlichkeit verfügbar machen. Foto: mashurov / Shutterstock.com

Flottenbetreiber wurden als zweite wichtige Nutzergruppe für Schnellladestationen befragt. Elektrofahrzeuge sind in allen Flotten aktuell noch in der Minderzahl, allerdings besitzen schon zwei Drittel der Flottenbetreiber eigene Ladesäulen. Praktisch alle Befragten rechnen damit, dass in zehn Jahren mindestens 40 Prozent ihres Fuhrparks elektrifiziert sein werden, und planen dafür mehrheitlich eine eigene Ladeinfrastruktur. Auch hier soll das Laden möglichst schnell gehen: Die große Mehrzahl wünscht sich Ladezeiten von unter zehn Minuten bis maximal 30 Minuten für 100 Kilometer. Alle Flottenbetreiber würden nicht benötigte Kapazitäten ihrer Ladeinfrastruktur auch der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen, teilweise kostenpflichtig. Eigene Anlagen zur Stromerzeugung oder Batteriespeicher zur (Mit-)Versorgung der Ladeinfrastrukur sind jedoch nicht geplant.

Stationsbetreiber erwarten hohe Verfügbarkeit

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Ladestationsbetreiber halten Anschlüsse auf der Niederspannung für wichtig. Foto: John_T / Shutterstock.com

High Power Charging ist für die große Mehrzahl der befragten Ladestationsbetreiber von Interesse, konkret werden darunter Ladeleistungen ab 150 kW verstanden. 83 Prozent haben bereits Erfahrungen mit Schnellladetechnologien. Die verwaltete DC-Ladeinfrastruktur liegt überwiegend unter 20 Ladestationen, vier Betreiber verwalten jedoch jeweils mehr als 100 DC-Ladestationen. Ladeinfrastrukturbetreiber, deren Geschäftsmodelle sich auf den Stromverkauf fokussieren, erwarten hohe Verfügbarkeit der Infrastruktur bei voller Leistung.

Die entsprechenden Ladepunkte sollten – so die fast einhellige Einschätzung – als öffentliche Infrastruktur auch auf der Niederspannung bereitgestellt werden. Technisch wünscht sich diese Gruppe Stationen, an denen mehrere Fahrzeuge gleichzeitig laden können. Die Schnittstelle CHAdeMO wird dabei als nicht mehr relevant angesehen.

Offen für netzdienliche Steuerung

Weder die potenziellen Nutzer noch die Betreiber von HPC-Ladesäulen haben pauschale Einwände gegen eine Steuerung zugunsten der Netzstabilität. So wären von den befragten Endnutzern 60 Prozent bereit, für einen geringeren Preis auch längere Ladezeiten in Kauf zu nehmen, an den innerstädtischen Tankstellen, Fast-Food-Restaurants oder Supermärkten ist die Bereitschaft dafür allerdings geringer. Mit einer Ausnahme könnten sich auch alle befragten Flottenbetreiber vorstellen, ihre Ladeinfrastruktur durch den Netzbetreiber steuern zu lassen.

Selbst die Gruppe der Ladestationsbetreiber würde eine Steuerung der HPC-Ladepunkte akzeptierern, wenn dadurch ein (kostengünstigerer) Netzanschluss ermöglicht werden kann. Hierbei wird in der Regel allerdings eine Mindestleistung von typischerweise 50 kW gefordert.

Netzbetreiber brauchen Zugriff

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Netzbetreiber sehen eine Steuerung der HPC-Stationen als unabdingbar an. Foto: LEW Verteilnetz GmbH

Besonders relevant für die eingangs skizzierten Anwendungsfälle ist die Frage nach der Netzintegration der HPC-Ladestellen. Hierfür wurden intensive Gespräche mit Netzbetreibern geführt. Grundsätzlich zeigt sich dabei, dass die Erwartung an die Leistung von HPC Ladung eher geringer als 150 kW ist. Es besteht durchaus die Bereitschaft und der Bedarf, HPC-Ladeinfrastuktur auch in der Niederspannung anzuschließen.

Für die Netzbetreiber ist es zudem wichtig, Anlagen auch im Sinne des netzdienlichen Ladens steuern zu können. Damit das bestehende Netz stärker ausgelastet werden kann ohne die Betriebssicherheit zu gefährden, steht hier insbesondere das Engpassmanagement im Fokus. Auch Peakshaving können sich die Netzbetreiber vorstellen und wünschen sich eine Anpassungsmöglichkeit im vollen Leistungsspektrum. Andere Systemdienstleistungen wie die Teilnahme an einer dynamischen Spannungshaltung werden eher in besonderen Netzgebieten – etwa im ländlichen Raum mit einem hohen Anteil an Erneuerbaren Energien – als relevant erachtet.

Mehrheitlich bevorzugen die Netzbetreiber eine zentrale Steuerung aus der Leitstelle und geben an, Strom-, Spannungs- und Leistungsdaten als Datenbasis für die Steuerung zu benötigen. Als mögliches Kommunikationsinterface wird oft das intelligente Messsystem angesehen, ergänzt um bekannte Standards wie IEC 60870-5 oder etablierte Fernwirktechnik.

Die TU Dortmund und die Partner im Forschungsprojekt wollen anhand der Ergebnisse nun eine anwendungsorientierte Lösung erforschen. So könnten zum Beispiel Speichertechnologien oder lokale Energiequellen im Anlagenkonzept mitberücksichtigt oder gute netzdienliche Steuerkonzepte entwickelt werden. Zudem will man Netz- und Anlagenbetreibern verlässliche Planungs- und Betriebsgrundsätze mitgeben.“ (pq)

c.con Management Consulting GmbH
Dr. Jonas Maasmann
jonas.maasmann@ccon.com
www.ccon.com

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