Integration von eFahrzeugen in Stromnetze

Die Elek­tri­fizierung von Fahrzeu­gen im Sinne ein­er nach­halti­gen Mobil­ität schre­it­et voran. Elek­tro­fahrzeuge ermöglichen eine direk­te Nutzung des aus regen­er­a­tiv­en Quellen stam­menden Stroms. Eine Voraus­set­zung ist die Bere­it­stel­lung ein­er adäquat­en Lade­in­fra­struk­tur. Für Net­z­be­treiber ergibt sich die Her­aus­forderung, die Fahrzeug-Lade­pro­file und damit ver­bun­de­nen Strom­flüsse zu prog­nos­tizieren, die Net­z­in­fra­struk­tur an ver­schieden­ste Ladeszenar­ien anzu­passen und Regeln für ein langfristig robustes Zusam­men­spiel von Elek­tro­fahrzeu­gen, erneuer­bar­er Stromerzeu­gung und Strom­net­zen in einem ökonomisch effizien­ten Rah­men zu schaffen.
In den kom­menden Jahren wird der Erfolg der Elek­tro­mo­bil­ität von der Weit­er­en­twick­lung der Lade­in­fra­struk­tur und der Belast­barkeit der Strom­net­ze abhän­gen. Strom­net­ze erfahren durch spez­i­fis­che Lade­pro­file von Elek­tro­fahrzeu­gen neue Anforderun­gen, da der Lade­prozess schnell und flex­i­bel ver­laufen sollte. Gle­ichzeit­ig vari­iert die geo­graphis­che Strom­lastverteilung zeitlich, da Elek­tro­fahrzeuge fort­laufend unter­schiedliche Anschlusspunk­te auf­suchen und indi­vidu­elle Bewe­gungsmuster nur bed­ingt prog­nos­tiziert wer­den kön­nen. Eine weit­ere Her­aus­forderung für Net­z­be­treiber resul­tiert aus dem Anspruch, möglichst viel (Überschuss-)Energie aus fluk­tu­ieren­den regen­er­a­tiv­en Stromquellen für Elek­tro­fahrzeuge zur Ver­fü­gung zu stellen und Fahrzeughal­ter zu motivieren, ihr Lade­v­er­hal­ten an die Ver­füg­barkeit regen­er­a­tiv­en Stroms anzu­passen. Dies zeigt, dass der Prozess der Elek­tri­fizierung der Fahrzeugflotte ins­beson­dere für Net­z­be­treiber als Schnittstelle zwis­chen ver­schieden­sten Ansprüchen aller involvierten Akteure nicht ein­fach ist. Mit anderen Worten: Es beste­ht ein erhe­blich­er Bedarf an Konzepten und Lösun­gen, um die Net­z­in­te­gra­tion von Elek­tro­fahrzeu­gen nach­haltig zu gewährleisten.
Neben der Abstim­mung von sum­marisch­er Stromerzeu­gung und ‑ver­brauch sind die Her­aus­forderun­gen an die Strom­net­z­in­fra­struk­tur von beson­derem Inter­esse. Hier ist zuerst die Belas­tung bzw. der Aus­las­tungs­grad der Net­zkom­po­nen­ten zu nen­nen. Ein uner­wartet hoher Last­strom kann zu ther­mis­chen Über­las­tun­gen von Leitun­gen und Trans­for­ma­toren führen. Im Zusam­men­hang mit der Prog­nose des Lade­v­er­hal­tens sowie der dynamis­chen Lastver­läufe ins­beson­dere bei Schnel­l­ladesta­tio­nen müssen Strate­gien für die Hand­habung von Stark­last­fällen bes­timmt wer­den. Hierzu gehören sowohl die Iden­ti­fika­tion der max­i­mal zu erwartenden Net­zlast in Net­z­ab­schnit­ten mit Ladesta­tio­nen als auch von Gle­ichzeit­igkeits­fak­toren für Lade­prozesse sowie ggf. ein­be­zo­gene son­stige Las­ten. Abzulei­t­ende Maß­nah­men reichen von der Erstel­lung von Vor­gaben für die Ein­schränkung von Lade­prozessen über notwendi­ge Aus­bau­maß­nah­men zur Net­zertüch­ti­gung bis hin zu lokalen Energie­m­an­age­mentstrate­gien inte­gri­ert in den glob­alen Umbau der Strom­net­ze zu Smart Grids.
Ein Beispiel für intel­li­gente Net­z­be­trieb­s­führung ist die Behand­lung von Span­nungss­chwankun­gen, die durch stark vari­ierende Las­ten aus­gelöst wer­den kön­nen. Net­z­be­treiber kön­nen u.a. durch eine lokale Ein­speisung soge­nan­nter Blind­leis­tung an betrof­fe­nen Net­z­knoten lokale Net­zs­pan­nun­gen bee­in­flussen. In Smart Grids wer­den zunehmend Erzeuger mit mod­ern­er Leis­tungse­lek­tron­ik aus­ges­tat­tet, die — einge­bun­den in ein intel­li­gentes Net­z­man­age­ment — Blind­leis­tungs­beiträge leis­ten kön­nen und damit eine dynamis­che dezen­tral­isierte Span­nungsregelung erlauben. Durch die zu erwartenden teils hochgr­a­dig kom­plex­en Lade­tech­nolo­gien und ‑strate­gien für Elek­tro­fahrzeuge wird diese Anwen­dung auch für die Elek­tro­mo­bil­ität zunehmenden inter­es­sant, da die Lade­tech­nik selb­st eben­falls Blind­leis­tungs­beiträge liefern könnte.
Neben der Span­nung bes­tim­men auch noch weit­ere Para­me­ter die Qual­ität der Stromver­sorgung. Beispiel­sweise ist nicht auszuschließen, dass bes­timmte Lade­tech­niken zur Erzeu­gung von uner­wün­scht­en Ober­schwingun­gen im Netz führen oder die Phasen­sym­me­trie beeinflussen.
Wer­den solche und andere Prob­leme, die erst mit einem umfassenden Roll­out der Elek­tro­mo­bil­ität in unseren Strom­net­zen sys­tem­rel­e­vant wer­den, im Ergeb­nis von Pilot­pro­jek­ten und Sim­u­la­tion­srech­nun­gen bere­its heute erkan­nt, kann durch eine rechtzeit­ige EU-weite Anpas­sung bzw. Erar­beitung von entsprechen­den Stan­dards und Reg­u­lar­ien darauf reagiert wer­den. Dies kann Geld für einen später ggf. notwendi­gen Net­zaus­bau sparen und die Elek­tro­mo­bil­ität zum Part­ner und nicht »Prob­lemverur­sach­er« für die Stromver­sorg­er wer­den lassen.
Thies Stil­lahn und Dr. Thomas Erge
Wis­senschaftliche Mitar­beit­er am Fraun­hofer-Insti­tut für Solare Energiesys­teme ISE
⇢ www.ise.fraunhofer.de