Bidirektionales Laden: Von der Last zur Lösung!

Im Projekt BDL entwickeln Projektpartner aus der Automobilbranche, der Energiewirtschaft und der Wissenschaft nutzerfreundliche, technische Lösungen für rückspeisefähige Elektrofahrzeuge.

Im zukünftigen Energiesystem können Elektrofahrzeuge eine wichtige Rolle übernehmen, weshalb ein intelligentes Zusammenspiel von Fahrzeugen, Ladeinfrastruktur, Stromnetzen und Energiesystem zu entwickeln ist.

Rückspeisefähige Elektrofahrzeuge können netzdienlich eingesetzt werden, indem sie die Integration von Energie aus erneuerbaren Quellen ins öffentliche Stromnetz optimieren und es gleichzeitig stabilisieren.

Hierzu wird in BDL die Leistung und Speicherkapazität der Elektrofahrzeuge in verschiedenen Anwendungsfällen (Use Cases) genutzt. Für die Käufer des Elektrofahrzeuges erhöht sich so die Attraktivität, indem die Energiekosten oder Netzentgelte – z. B. durch Reduktion der Spitzenlast – verringert werden.

Zusätzlich können perspektivisch Erlöse durch eine Vermarktung von Flexibilität an den Strommärkten erzielt werden.

Das Konsortium

Neben dem Konsortialführer der BMW Group sind KOSTAL Industrie Elektrik GmbH, TenneT TSO GmbH, Bayernwerk Netz GmbH, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Universität Passau unsere Partner. Über das FfE-Verbundprojekt werden zusätzlich eine Vielzahl von Stakeholdern aus der Energiewirtschaft und Industrie in das Forschungsprojekt eingebunden.

Dies ermöglicht einen Erfahrungsaustausch, die Beschleunigung der Standardisierungsarbeiten und das Herausarbeiten von Lösungen, die in der Breite akzeptiert sind. Das Forschungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert (Förderkennzeichen: 01MV18004F).

Die Arbeitsschwerpunkte des Vorhabens lassen sich in sieben Teilprojekte gliedern (vgl. Abbildung 1).

Im ersten Teilprojekt werden rückspeisefähige Elektrofahrzeuge basierend auf dem CCS-Standard entwickelt. Gemeinsam mit dem zweiten Teilprojekt, in welchem die entsprechende Ladeinfrastruktur entwickelt wird, ergibt dies die Hardwarebasis.

Die wissenschaftlichen Analysen des dritten Teilprojekts bilden eine Klammer um das Gesamtprojekt. Zu recherchieren sind Stand der Technik, Wirtschaftlichkeit und Regulatorik. Es sind Modelle weiterzuentwickeln, um Rückwirkungen der bidirektionalen Ladetechnologie auf das Verteilnetz zu simulieren und das Energiesystem und die Erlösmöglichkeiten zu betrachten.

Zusätzlich werden unterschiedliche Use Cases (siehe Abbildung 2) identifiziert und Geschäftsmodelle abgeleitet. Aufbauend auf der wissenschaftlichen Analyse werden Handlungsempfehlungen an die Regulatorik entwickelt.

In den Teilprojekten vier und fünf werden die Betriebsweisen und Regelungsstrategien für unterschiedliche Use Cases entwickelt und erprobt. Im Teilprojekt vier werden „Behind the meter“-Anwendungen und im Teilprojekt fünf werden Systemdienstleistungen entwickelt.

Das sechste Teilprojekt beschäftigt sich mit der Nutzerforschung und den Anforderungen der Fahrzeugbesitzer an bidirektionales Lademanagement.

Die Praxistauglichkeit einzelner Use Cases wird in einem Feldtest mit 50 Fahrzeugen erprobt, umfassend ausgewertet und bewiesen. Im Rahmen der einjährigen Pilotphase werden Privat- und Flottenbetreiber mit rückspeisefähigen BMW i3s, passender Ladehardware und dazugehörigen digitalen Services ausgestattet, um den Kundennutzen und die Benutzerfreundlichkeit der bis dahin entwickelten Lösungen unter Realbedingungen zu testen.

Use Cases

Um die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten von bidirektionalen Elektrofahrzeugen bewerten zu können, wurden in mehreren Workshops mit über 40 Experten abschließend 14 übergeordnete Use Cases identifiziert. Im weiteren Projektverlauf wurden die Use Cases anhand des Erlösorts, der Kundengruppe und der Regelung geclustert.

Der Erlösort kann in drei Ausprägungen unterteilt werden. Die ersten beiden Ausprägungen (Kunden mit standardisiertem Lastprofil und Kunden mit registrierender Leistungsmessung) sind „Behind-the-meter“-Anwendungen, bei denen durch Optimierung der Residuallast ohne Rückspeisung in das Stromnetz Kosten minimiert werden.

Hierbei wird zwischen Haushaltskunden, welche nur einen Arbeitspreis bezahlen (ohne Leistungsmessung), und Groß-/Gewerbekunden (Jahresverbrauch über 100.000 kWh) bei welchen nach § 12 Abs.1 StromNZV eine registrierende Leistungsmessung (RLM) notwendig ist, unterschieden.

Der dritte Erlösort schließt alle netz-, markt- und systemdienlichen Use Cases mit ein. Neben dem Erlösort ist auch die Kundengruppe entscheidend. In diesem Bereich wird unterschieden, ob der Nutzer des bidirektionalen Elektrofahrzeuges ein Gewerbe/RLM-Kunde oder ein Haushalts-/SLP-Kunde ist. So könnte der netzdienliche Use Case Redispatch perspektivisch beispielsweise sowohl von Gewerbe- als auch Haushaltskunden erbracht werden. Abhängig vom Use Case erfolgt die Regelung entweder zentral oder lokal. Im Falle einer zentralen Regelung kann diese durch das BMW-Backend oder einen Aggregator durchgeführt werden.

Im nächsten Schritt wurden die Use Cases priorisiert und die Use Cases Spitzenlastkappung, Eigenverbrauchserhöhung und zeitliche Arbitrage (Intraday) zur Kundenumsetzung beschlossen (vgl. Abbildung 2). Alle Kundengruppen und Erlösorte sind durch die Kundenumsetzungen abgedeckt.

Ausblick

Im weiteren Verlauf des Projekts werden die FfE – Simulationsmodelle GridSim, ISAaR und das Akteursmodell für eine vollumfängliche Betrachtung aller auf Verteilnetz- und Energienetzebene sowie für die Bestimmung möglicher Erlöspotenziale durch bidirektionale Elektrofahrzeuge relevanten Fragestellungen genutzt. Parallel zu den Simulationsarbeiten wird die Gesamtsystemarchitektur entwickelt. Ebenso werden die Ladestrategien ausgearbeitet und implementiert sowie das Messkonzept zur Umsetzung und Evaluierung des in 2021 geplanten Pilotbetriebs erarbeitet.

Sebastian Faller (sfaller@ffe.de), Mathias Müller (mmueller@ffe.de), Adrian Ostermann (aostermann@ffe.de), Timo Kern (tkern@ffe.de)

https://www.ffe.de/themen-und-methoden/mobilitaet/932-bidirektionales-lademanage… Bidirektionales Lademanagement (BDL) – Intelligentes Zusammenspiel von Elektrofahrzeugen, Ladeinfrastruktur und Energiesystem

https://www.ffe.de/publikationen/veroeffentlichungen/972-bidirektionales-laden-v… Bidirektionales Laden: Von der Last zur Lösung!