In diesem Projekt soll die Bereitstellung von Regelleistung durch Ladestationen ausgearbeitet werden. Das Ziel ist Ladestationen für Elektrofahrzeuge so zu verwenden, als dass vorhandene Ressourcen optimal genutzt werden. Im Gesamtkontext der Energieerzeugung und der Transformation zu regenerativen Energiequellen steht besonders die Energieversorgung vor großen Herausforderungen und vor der Frage, wie ein dezentrales Energienetz mit regenerativen Erzeugungsanlagen, die einen volatilen Einspeisecharakter besitzen, stabil und sicher betrieben werden kann. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage nach der Nutzung von Ladestationen zur Bereitstellung von Regelleistung. Insbesondere durch die sich verbreitende Nutzung der E-Mobilität entstehen Herausforderungen, aber auch Potentiale für das elektrische Netz. Insgesamt steigt der elektrischen Energiebedarf, sowie der Anteil von der Energieressource Strom im Verkehrssektor. Eine optimale Nutzung und die effiziente Erzeugung und Verteilung von Strom für E-Autos ist somit ein zentraler Bestandteil einer modernen und zukunftsfähigen Form der Mobilität, und gleichermaßen Bestandteil eines modernen, dezentralen Energienetzes.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Betriebsfälle / Anwendungsszenarien
- 3 Lösungsansatz
- 3.1 Ermittlung der durchschnittlichen Regelleistung
- 3.2 Ermittlung eines Lastprofils
- 3.3 Ermittlung der Agilität, bzw. Latenz und Spannungsqualität
- 3.4 Verwendung von einem Smart-Meter-Gateway und einer zentraler Cloud-Plattform
- 4 Lastprofile und Kennlinien
- 4.1 Lastprofil
- 4.1.1 Lastprofil Strom allgemein
- 4.1.2 Lastprofil Ladestation
- 4.2 Kennlinie Beladung Autobatterie
- 4.3 Magnetische Flussdichte Verteilung
- 4.1 Lastprofil
- 5 Technische Voraussetzungen der Ladeinfrastruktur und Konzept
- 5.1 Technische Voraussetzungen der Ladeinfrastruktur
- 5.2 Konzept
- 6 Messkonzept
- 6.1 Messkonzept allgemein
- 6.2 Messkonzept im Kontext der E-Mobilität unter Anwendung einer Rückeinspeisung
- 7 Spezifizierung Konzept
- 7.1 Ladestation
- 7.2 Arten der Regelleistung
- 7.3 Steuerung der Ladestation
- 7.4 Dynamisches Modell
- 7.5 Nutzeraspekte
- 7.6 Zusammenfassung des Kapitels
- 8 Herausforderungen und Chancen
- 8.1 Herausforderungen
- 8.1.1 Dynamik der Anwendung
- 8.1.2 Dynamik der Nutzungsszenarien
- 8.1.3 Dezentralität und Leistung der Ladestationen
- 8.1.4 Kopplung von Verteilnetz und Übertragungsnetz
- 8.1.5 Weitere Herausforderungen
- 8.2 Chancen
- 8.2.1 Nutzung vorhandener Reserven
- 8.2.2 Optimierung von Lastflüssen
- 8.2.3 Vermeidung von Lastspitzen
- 8.2.4 Reduzierung des Strompreises
- 8.1 Herausforderungen
- 9 Zusammenfassung und Ausblick
- 9.1 Zusammenfassung
- 9.2 Ausblick
- II Abkürzungsverzeichnis
- III Abbildungen
Zielsetzung & Themen
Dieses Projekt zielt darauf ab, ein Konzept für die Bereitstellung von Regelleistung durch Ladestationen für Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Das primäre Ziel ist es, vorhandene Ressourcen optimal zu nutzen, indem Ladestationen nicht nur als Verbraucher, sondern auch als Stromspeicher und -erzeuger fungieren, um zur Stabilität eines dezentralen Energienetzes mit volatilen erneuerbaren Energiequellen beizutragen. Die Forschungsfrage konzentriert sich auf die technische und messtechnische Realisierbarkeit dieser Aufgabe.
- Bereitstellung von Regelleistung durch Ladestationen
- Optimale Nutzung vorhandener Ressourcen in der Elektromobilität
- Transformation des Stromnetzes in ein Smart Grid
- Technische und messtechnische Voraussetzungen für Vehicle-to-Grid (V2G)
- Identifikation von Herausforderungen und Potenzialen
- Messkonzept für bidirektionales Laden und Rückeinspeisung
Auszug aus dem Buch
7 Spezifizierung Konzept
Die KeContact P40 und P40 Pro verfügen über die dafür notwendigen technischen Grundlagen. Dazu zählen die Unterstützung von OCPP 1.6 und 2.0.1, ISO 15118-20 für Plug&Charge und V2G-Anwendungen, dynamisches Lastmanagement, eine exakte Leistungsmessung sowie die Echtzeit-Steuerung über ein Backend. Die Ladepunkte sind als AC- und DC-Varianten verfügbar, wobei insbesondere die DC-Versionen das bidirektionale Laden unterstützen. Die Kommunikation erfolgt je nach Ausführung über LAN, WLAN oder LTE, wobei die P40 Pro zusätzlich mobile Konnektivität bietet. Voraussetzung für V2G ist, dass auch das Fahrzeug ISO 15118-20 oder CHAdeMO mit V2G-Funktionalität unterstützt. Die Systemarchitektur ist folgendermaßen strukturiert: Der Übertragungsnetzbetreiber sendet Regelsignale an einen Aggregator, dieser verarbeitet sie im CPO-Backend und überträgt die Sollwerte per OCPP an die KeContact P40 bzw. P40 Pro. Die Wallbox übernimmt dabei die lokale Leistungsregelung, Messung und Kommunikation, während das Backend für die Regelsignalverarbeitung, die Verteilung der Sollwerte und das Monitoring zuständig ist. Das Fahrzeug stellt die Batterie zur Verfügung und meldet relevante Informationen wie Ladezustand (SoC) sowie Lade- und Entladegrenzen.
Die Flexibilität des Systems kann in der Anwendung auf die verschiedenen Regelleistungsarten untersucht werden, woraufhin sich die Eignung für die Arten der Regeleistung zeigt. Für die Primärregelleistung (FCR) sind sehr kurze Reaktionszeiten im Sekundenbereich erforderlich. Durch das bidirektionale Laden können sowohl positive als auch negative Regelleistung symmetrisch bereitgestellt werden. Voraussetzung hierfür sind eine hohe Messauflösung von ein bis zwei Sekunden, eine stabile OCPP-Steuerung und eine hohe Leistungsgenauigkeit. Die automatische Sekundärregelleistung (aFRR) wird innerhalb von fünf Minuten aktiviert und eignet sich besonders für Standorte mit längeren Parkzeiten, etwa Firmenflotten, da Smart Charging und V2G hier flexibel kombiniert werden können. Die manuelle Tertiärregelleistung (mFRR) stellt die geringsten technischen Anforderungen, da sie innerhalb von 15 Minuten aktiviert wird, bietet jedoch eine hohe Flexibilität im Ladepool.
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 Einleitung: Stellt das Projekt vor, dessen Ziel es ist, Ladestationen zur Bereitstellung von Regelleistung zu nutzen und die technischen sowie messtechnischen Voraussetzungen dafür zu klären.
Kapitel 2 Betriebsfälle / Anwendungsszenarien: Beschreibt typische Szenarien für die Nutzung von Ladestationen zur Regelleistungsbereitstellung, insbesondere fokussiert auf V2G-fähige Ladestationen mit Rückeinspeisung.
Kapitel 3 Lösungsansatz: Erläutert die zu berücksichtigenden Parameter für einen Lösungsansatz, wie die Ermittlung der Regelleistung, Lastprofile, Agilität, Latenz und Spannungsqualität.
Kapitel 4 Lastprofile und Kennlinien: Behandelt verschiedene Arten von Lastprofilen (allgemein und Ladestation) sowie die Kennlinien der Batteriebeladung und die Verteilung der magnetischen Flussdichte.
Kapitel 5 Technische Voraussetzungen der Ladeinfrastruktur und Konzept: Skizziert die notwendigen technischen Fähigkeiten von Ladestationen und beschreibt ein Konzept zur Kommunikation zwischen Netz- und Anlagenbetreiber.
Kapitel 6 Messkonzept: Beschreibt ein allgemeines Messkonzept und spezialisiert es auf den Kontext der E-Mobilität mit V2G-Ladestationen und Rückeinspeisung, inklusive schematischer Darstellung des Aufbaus.
Kapitel 7 Spezifizierung Konzept: Erläutert detailliert das Konzept unter Verwendung spezifischer Ladestationen für bidirektionales Laden und deren Eignung für Primär-, Sekundär- und Tertiärregelleistung.
Kapitel 8 Herausforderungen und Chancen: Diskutiert die vielfältigen Herausforderungen wie die Dynamik von Anwendungsfällen und Nutzungsszenarien, Dezentralität und die Komplexität der Abrechnung, sowie die Chancen durch die Nutzung vorhandener Reserven und Optimierung von Lastflüssen.
Kapitel 9 Zusammenfassung und Ausblick: Fasst die Potenziale von Ladestationen zur Regelleistungsbereitstellung zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen und die Schlüsselrolle von Ladestationen als Stromspeicher und -erzeuger.
Schlüsselwörter
Regelleistung, Elektromobilität, Ladestationen, V2G (Vehicle-to-Grid), Smart Grid, Lastprofil, Messkonzept, Netzstabilisierung, bidirektionales Laden, FCR, aFRR, mFRR, Energieversorgung, Ladeinfrastruktur, Batteriemanagement, Cloud-Plattform
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Diese Arbeit behandelt die Ausarbeitung eines Konzepts zur Bereitstellung von Regelleistung durch Ladestationen von Elektrofahrzeugen, um vorhandene Ressourcen im Energiemanagement optimal zu nutzen und zur Netzstabilität beizutragen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themenfelder umfassen die Elektromobilität, die Nutzung von Ladestationen als bidirektionale Stromspeicher (V2G), die Integration in ein Smart Grid zur Regelleistungsbereitstellung sowie die technischen und messtechnischen Voraussetzungen dafür.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist es, Ladestationen für Elektrofahrzeuge so zu verwenden, dass sie als ausgleichendes und stromspeicherndes Element im Kontext volatiler erneuerbarer Energiequellen dienen. Die Forschungsfrage klärt, welche technischen und messtechnischen Voraussetzungen für die Regelleistungsbereitstellung durch Ladestationen erforderlich sind.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit verfolgt einen konzeptuellen Ansatz, indem sie technische und messtechnische Voraussetzungen analysiert und ein Modell für die Integration von Ladestationen in den Regelleistungsmarkt entwickelt, basierend auf bestehenden Technologien und regulatorischen Anforderungen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit Betriebsfällen und Lösungsansätzen, Lastprofilen und Kennlinien, den technischen Voraussetzungen der Ladeinfrastruktur, einem detaillierten Messkonzept, der Spezifizierung des Gesamtkonzepts sowie den identifizierten Herausforderungen und Chancen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird charakterisiert durch Schlüsselwörter wie Regelleistung, Elektromobilität, Ladestationen, V2G (Vehicle-to-Grid), Smart Grid, Lastprofil, Messkonzept, Netzstabilisierung, bidirektionales Laden, FCR, aFRR, mFRR, Energieversorgung, Ladeinfrastruktur, Batteriemanagement und Cloud-Plattform.
Welche konkreten Ladestationen werden für das bidirektionale Laden vorgeschlagen und welche technischen Grundlagen bieten sie?
Es werden die KeContact P40 und P40 Pro Ladestationen vorgeschlagen, die OCPP 1.6 und 2.0.1, ISO 15118-20 für Plug&Charge und V2G-Anwendungen, dynamisches Lastmanagement, exakte Leistungsmessung und Echtzeit-Steuerung über ein Backend unterstützen.
Welche Arten von Regelleistung können durch das System bereitgestellt werden und was sind deren Anforderungen?
Das System kann Primärregelleistung (FCR) mit sehr kurzen Reaktionszeiten, automatische Sekundärregelleistung (aFRR) innerhalb von fünf Minuten und manuelle Tertiärregelleistung (mFRR) innerhalb von 15 Minuten bereitstellen, wobei jeweils unterschiedliche Anforderungen an Messauflösung und Reaktionszeit gelten.
Welche Rolle spielen Smart-Meter-Gateways und Cloud-Plattformen in diesem Konzept?
Smart-Meter-Gateways fungieren als Kommunikationsknoten zwischen Ladeinfrastruktur und einer zentralen Cloud-Plattform. Die Cloud-Plattform ist für Steuerungs- und Optimierungsalgorithmen, Koordination mehrerer Ladestationen und die Teilnahme am Regelleistungsmarkt zuständig.
Welche Herausforderungen müssen bei der Umsetzung des Konzepts bewältigt werden?
Zu den Herausforderungen gehören die hohe Dynamik von Regelleistungsbedarf und Strompreisen, die wechselnde Verfügbarkeit und Bereitschaft der Fahrzeuge, die Dezentralität der Ladestationen, die komplexe Abrechnung und Bilanzierung sowie der erhöhte Batterieverschleiß und die Notwendigkeit der Akzeptanz durch die E-Fahrzeughalter.
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- Anonym (Autor:in), 2026, Dynamisches Laden von E Autos. Bereitstellung von Regelleistung durch Ladestationen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1692126
