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Elektromobilität Chancen und Risiken für Verteilnetzbetreiber Dr.-Ing. Enno Wieben EWE NETZ GmbH

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Elektromobilität – Chancen und Risiken für Verteilnetzbetreiber

Dr.-Ing. Enno Wieben

EWE NETZ GmbH

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Projekt GridSurfer | Seite 2

Technische Aspekte der Netzintegration 3

Das Elektrofahrzeug E3 2

Das Forschungsprojekt GridSurfer 1

Inhalt

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Das Forschungsprojekt GridSurfer 1

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Projektidee und Teilnehmer

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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

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Komponenten der Elektromobilität

Software

zu Hause laden

Erneuerbare Energien

Batterien

Reichweitenverlängerung

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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

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Erweiterung des eTelligence-Szenarios

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Einbindung der Elektrofahrzeuge in das E-Energy-Projekt eTelligence

eTelligence Architektur für Geschäftsprozesse (horizontal SOA basiert)

eTell

igence

Auto

mati

sieru

ngsa

rchit

ektu

r

(vert

ikal)

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

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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

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Das Elektrofahrzeug E3 2

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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.

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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

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Kommunikation Fahrzeug-Netz

• Interaktionskonzept Fahrer - Fahrzeug

• Funktionen im Fahrzeug (Ladestandanzeige, Reichweite,

Energiebedarfsplanung, Navigation, Reservierung

Ladeinfrastruktur)

• Schnittstellen zur Fahrzeugelektronik

EWE E3 – 2. Generation

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Technische Aspekte der Netzintegration 3

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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!

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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

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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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Projekt GridSurfer | Seite 19

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

er

Ku

nd

en

ansc

hlü

sse

in [

%]

75%

50%

25%

0%

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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

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Technologische Möglichkeiten

Unidirektionales Ladegerät

Bidirektionales Ladegerät

Unidirektionale FACTS-Ladestation

Bidirektionale FACTS-Ladestation

Gesteuertes Laden Rückspeisung bei Starklast - -

U-Statik - -

U-Dynamik - -

Frequenzhaltung - -

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Ergebnisse der Netzstudie zur Netzregelung mit FACTS-Ladestationen

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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.