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Anwendungsfälle für Ladevorgänge bei Elektromobilität

Erstellt am: 28.02.2014 | Stand des Wissens: 03.12.2018
Ansprechpartner
Technische Universität Berlin, Fachgebiet Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) - Prof. Dr. v. Hirschhausen, Prof. Dr. Beckers

Die Batteriekapazität von Elektrofahrzeugen könnte potenziell genutzt werden, um Schwankungen von Stromangebot und -nachfrage auszugleichen. Während die Stromnachfrage im Wesentlichen vom Wochentag und der Jahreszeit abhängt und mit der Tageszeit variiert, steigt angebotsseitig der Anteil wetter- und jahreszeitabhängiger Einspeisung durch den Ausbau erneuerbarer Energien (Wind, PV). Durch eine Steuerung der Ladezeiten und (bei einem bidirektionalen Energiefluss) ggf. der Entladezeiten von Fahrzeugbatterien könnte die Stromnachfrage dem Angebot angepasst und (bei einem bidirektionalem Anschluss) eine Rückspeisung von Energie erfolgen.
Die Kapazitätssituation in Verteilnetzen ist aufgrund des Ausbaus erneuerbarer Energien bereits zunehmend angespannt. Ohne eine Steuerung (oder ggf. Beeinflussung) von Ladevorgängen wird eine zunehmende Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen diese Belastung steigern ([WNB10, S. 18]). Demenentsprechend könnte durch eine Steuerung sowie evtl. durch eine Beeinflussung der Ladevorgänge potenziellen Netzengpässen entgegengewirkt und der Umfang des erforderlichen Netzausbaus im Verteilnetz verringert werden.
Grundsätzlich besteht durch eine Beeinflussung oder Steuerung der Ladung (sowie ggf. durch eine Rückspeisung) die Möglichkeit, den dargestellten Anforderungen zumindest teilweise zu begegnen. Dabei steigt das Potenzial mit der Anzahl der Elektrofahrzeuge, die mit dem Netz verbunden sind. Auf der anderen Seite steigen mit der Anzahl der Elektrofahrzeuge bei ungesteuerten Ladevorgängen die Wahrscheinlichkeit von Netzengpässen im Verteilnetz sowie die Höhe der Spitzenlast. Außerdem sind die oben dargestellten Anforderungen mit dem Ausbau erneuerbarer Energien von zunehmender Bedeutung. (Vgl. für eine ähnliche Einordnung [EEB09, S. 168 f.]).
Als Beeinflussung des Ladevorgangs wird die Einflussnahme auf den vom Nutzer kontrollierten Ladevorgang durch variable Tarife bezeichnet. Dabei ist die Wirkung abhängig von der Ausgestaltung des Tarifs sowie den jeweiligen Nutzerpräferenzen (bzw. der Preiselastizität). Als Steuerung wird die direkte Kontrolle des Ladevorgangs durch einen "Optimierungsagenten" bezeichnet. Grundsätzlich kann die Steuerung in eine zentrale und eine dezentrale Steuerung unterschieden werden. Bei einer zentralen Steuerung würde ein zentraler Optimierungsagent auf Basis ihm vorliegender Informationen Steuerungssignale an die Ladeschnittstelle senden, auf die der Ladevorgang reagiert. Bei einer dezentralen Steuerung würde die Steuerung durch dezentrale Optimierungsagenten erfolgen, die ebenfalls auf Basis von Informationen den Ladevorgang steuern. Es wird davon ausgegangen, dass diese beiden Varianten grundsätzlich sehr ähnlich sind, da auch die Informationen, die ein dezentraler Optimierungsagent für die Steuerung benötigt, prinzipiell durch eine Zentrale gesendet werden dürften.
Die verschiedenen Anwendungsfälle können grundsätzlich mit oder ohne die Möglichkeit der Rückspeisung ausgestaltet werden. Dabei wären die oben geschilderten Beeinflussungs- oder Steuerungsmechanismen so auszugestalten, dass auch die Rückspeisung von Energie ausgelöst werden kann. Grundsätzlich ist zu beachten, dass der Batterieverschleiß i. d. R. mit der Anzahl der Lade- und Entladezyklen zunimmt, sodass die Möglichkeit der Rückspeisung ggf. mit (prohibitiv) hohen Kosten verbunden ist.
Für eine Umsetzung der verschiedenen Anwendungsfälle ist zunächst eine geeignete technische Ausgestaltung der Ladeschnittstelle erforderlich. Dabei ist von Bedeutung, dass der Anwendungsfall gesteuertes Laden umfassende Informationen aus verschiedenen Subsystemen erfordert (insbesondere hinsichtlich der verfügbaren Energie- und Leistungskapazität), während für den Anwendungsfall beeinflusstes Laden eine Information des Nutzers hinsichtlich des variablen Tarifs ausreichend ist. Des Weiteren erfordern alle Anwendungsfälle eine Messung und Abrechnung elektrischen Stroms. Über die technischen Ausgestaltungsoptionen hinaus sind für die Umsetzung der Anwendungsfälle Abstimmungen bzw. Standards für die Kommunikation zwischen den verschiedenen beteiligten Akteuren erforderlich.
Disclaimer: Dieser Synthesebericht stammt aus der Dissertation "Bereitstellung öffentlicher Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge - Eine ökonomische Analyse" von Justus Reinke, die am Fachgebiet für Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) der TU Berlin von Prof. Thorsten Beckers betreut wurde.
Ansprechpartner
Technische Universität Berlin, Fachgebiet Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) - Prof. Dr. v. Hirschhausen, Prof. Dr. Beckers
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Öffentliche Ladeinfrastruktur für Elektromobilität (Stand des Wissens: 04.12.2018)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?426949
Literatur
[EEB09] Ecofys / EnCT / BBH Einführung von lastvariablen und zeitvariablen Tarifen, 2009
[Rein14] Justus Reinke Bereitstellung öffentlicher Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge - Eine ökonomische Analyse, 2014
[WNB10] Warweg, O., Nicolai, S., Bretschneider, P. Integration der E-Mobilität in den Energiemarkt - Herausforderungen für Verteilnetz und Energiemarkt, veröffentlicht in emw Zeitschrift für Energie, Markt, Wettbewerb, Ausgabe/Auflage Heft 4, 2010
Glossar
Elektromobilität
Die Elektrifizierung der Antriebe durch Batterie- und die Brennstoffzellentechnologien. Im Kontext des "Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität" wird der Begriff auf den Straßenverkehr begrenzt. Hierbei handelt es sich insbesondere um Personenkraftwagen (PKW) und leichte Nutzfahrzeuge, ebenso werden aber auch Zweiräder (Elektroroller, Elektrofahrräder) und Leichtfahrzeuge einbezogen.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?426810

Gedruckt am Samstag, 20. Juli 2019 10:17:29