Es sind seit ein paar Jahren erste elektrisch angetriebene Fahrzeuge auf dem Markt erhältlich. Allerdings weisen heutige Modelle im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen teilweise noch deutliche Mängel auf. Vor allem in den Punkten Reichweite, Tankzeiten und bei der Höchstgeschwindigkeit sind sie Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor noch unterlegen, oder aber zu teuer, um wirklich konkurrenzfähig zu sein. Zu den Vorreitern im Bereich der Elektromobilität gehören die japanische und amerikanische Automobilindustrie. Aber auch in Europa wird die Elektromobilität vorangetrieben. Unter anderem wird in Deutschland durch verschiedene Förderinitiativen, wie dem nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität, versucht, den Elektrofahrzeugen einen größeren Marktanteil zu verschaffen und dabei Deutschland zu einer Führungsposition im Bereich der Elektromobilität zu verhelfen. Zur Energieübertragung in das elektrische Fahrzeug sind prinzipiell mehrere Technologien denkbar, unter anderem induktive Übertragung, Wechselakkus oder Ladekabel. Wobei Ladekabel bezüglich der Kosten für die Infrastruktur auf absehbarer Zeit die wahrscheinlichste Lösung darstellt. Beim Laden des Fahrzeuges ist darauf zu achten, dass unnötige Lastspitzen vermieden werden. Hierfür sollte die Ladelast nach Möglichkeit auf Zeitpunkte mit geringer herkömmlicher Stromlast oder großen Überkapazitäten bei der Energieerzeugung (z. B. durch regenerative Energien) verschoben werden. Mit Hilfe einer intelligenten Netzintegration dieser Fahrzeuge könnte gegen entsprechende Vergütung den Energieversorgern bei Bedarf Regelleistung zur Verfügung gestellt werden. Dies hätte zur Folge, dass Angebot und Nachfrage auf dem Strommarkt besser aufeinander abgestimmt werden können und eine ausgeglichenere Belastung des Stromnetzes zustande kommt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
1.1 Motivation
1.2 Aufbau der Arbeit
2 Netzintegration elektrischer Fahrzeuge
2.1 Arten der Energieübertragung
2.1.1 Schleifkontakte/Oberleitung
2.1.2 Induktive Kopplung
2.1.3 Wechselakku
2.1.4 Kabel
2.2 Energiewirtschaftliche Aspekte der Netzintegration
2.3 Ladestrategien
2.3.1 Rein passiv
2.3.2 Bidirektionales Laden
2.4 Schaffung einer Infrastruktur/Bezahlkonzepte
2.5 Weitere Konzepte
2.5.1 Brennstoffzellenfahrzeug
2.5.2 Ladestationen als Inselsysteme
3 Simulationsbeispiel
3.1 Verwendete Methodik
3.1.1 Betrachtete Fahrzeugtypen
3.1.2 Ermittlung des technischen Potenzials
3.1.3 Bestimmung des Lastgangs
3.1.4 Verbrauch
3.2 Rahmenbedingungen
3.2.1 Pessimistisches Szenario
3.2.2 Optimistisches Szenario
3.3 Simulationsergebnisse
4 Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Herausforderungen und Lösungsansätze für die Netzintegration einer steigenden Anzahl von Elektrofahrzeugen in Deutschland. Das primäre Ziel ist es, Konzepte zu evaluieren, die eine netzdienliche Integration ermöglichen und negative Auswirkungen auf die Stromversorgung, wie Lastspitzen, minimieren.
- Technologien der Energieübertragung für Elektrofahrzeuge
- Energiewirtschaftliche Aspekte und Ladestrategien
- Simulative Analyse von Belastungsszenarien im deutschen Stromnetz
- Infrastrukturelle Anforderungen und Bezahlkonzepte
- Potenziale für bidirektionales Laden und Regelleistung
Auszug aus dem Buch
2.1.2 Induktive Kopplung
Energieübertragung durch induktive Kopplung bietet eine weitere Möglichkeit, das Elektrofahrzeug mit Strom zu versorgen. Dabei wird von einer Primärspule ein hochfrequentes magnetisches Feld erzeugt. Im Verbraucher, in unserem Fall im Elektrofahrzeug, befindet sich ebenfalls eine Spule, in der durch das Magnetfeld der Primärspule eine Spannung erzeugt wird. Die induktive Kopplung kann in gleicher Weise genutzt werden wie Schleifkontakte, indem in die Fahrbahn Spulen eingebaut werden. Dieses Prinzip wird heute bereits in Industriehallen eingesetzt. Allerdings fallen auch hier sehr hohe Investitionskosten an, will man das deutsche, oder gar das europäische Straßennetz flächendeckend mit dieser Infrastruktur ausstatten. Alternativ kann man durch induktive Kopplung auch eine Batterie im Fahrzeug aufladen, wie es heute bereits zum Beispiel mit elektrischen Zahnbürsten gemacht wird. Dazu müssen die an der Übertragung beteiligten Spulen allerdings exakt aufeinander ausgerichtet werden. Dann sind mit dieser Technik Wirkungsgrade bis zu 95% möglich /6/. Da die induktive Kopplung berührungslos funktioniert, sind keine Kontakte vorhanden. Dadurch kann die Gefahr von Kurzschlüssen, zum Beispiel durch Nässe, vermieden werden. Nachteile der induktiven Kopplung ergeben sich daraus, dass auch der Aufbau eines Netzes von Ladestationen für dieses System extrem teuer wäre. Ein weiteres Problem stellt die elektromagnetische Verträglichkeit eines solchen Systems dar. Wenn man berücksichtigt, wie große Teile der Bevölkerung auf Mobilfunkmasten reagieren, ist zu befürchten, dass es auch bei induktiven Ladekonstruktionen zu Widerständen gegen die Funkübertragung kommen würde.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Erläutert die politische Motivation hinter der Elektromobilität in Deutschland und skizziert den strukturellen Aufbau der Arbeit.
2 Netzintegration elektrischer Fahrzeuge: Untersucht verschiedene Übertragungstechnologien, ökonomische Rahmenbedingungen, Ladestrategien und Infrastrukturfragen.
3 Simulationsbeispiel: Analysiert anhand von zwei unterschiedlichen Szenarien die Auswirkungen eines steigenden Elektrofahrzeugbestandes auf das deutsche Stromnetz.
4 Zusammenfassung und Fazit: Fasst die Ergebnisse der Untersuchung zusammen und bewertet die Notwendigkeit eines intelligenten Lastmanagements für die Zukunft.
Schlüsselwörter
Elektromobilität, Netzintegration, Elektrofahrzeuge, Energieübertragung, Ladestrategien, Lastgang, Regelleistung, Induktive Kopplung, Stromnetz, Lastspitzen, Batterietechnik, Infrastruktur, Simulation, Peak-Shaving, Bidirektionales Laden
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Ausarbeitung befasst sich mit den technischen und energiewirtschaftlichen Herausforderungen, die durch die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen für das deutsche Energieversorgungsnetz entstehen.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Felder umfassen Energieübertragungskonzepte, ökonomische Aspekte der Ladeinfrastruktur sowie eine simulationsgestützte Untersuchung zur Netzbelastung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, Ladekonzepte zu untersuchen, die eine Integration von Elektrofahrzeugen in das Netz ermöglichen, ohne dessen Stabilität durch Lastspitzen zu gefährden.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine simulationsbasierte Methodik angewandt, die auf Daten zur Fahrzeugnutzung basiert, um Lastgänge für verschiedene Szenarien zu ermitteln.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Erörterung der Ladetechnologien und Strategien sowie ein konkretes Simulationsbeispiel zur Auswirkung von Fahrzeugmengen auf das Stromnetz.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Netzintegration, Elektromobilität, Lastmanagement, Ladestrategien, Regelleistung und Energieeffizienz.
Welche Rolle spielen die Szenarien im Simulationsbeispiel?
Die Szenarien (optimistisch vs. pessimistisch) unterscheiden sich primär in der Anzahl der angenommenen Elektrofahrzeuge, um deren Einfluss auf die benötigte elektrische Leistung zu quantifizieren.
Wie bewertet der Autor die Bedeutung von bidirektionalem Laden?
Bidirektionales Laden wird als Chance gesehen, Elektrofahrzeuge als virtuelles Kraftwerk zur Stabilisierung des Netzes und zur Erbringung von Regelleistung einzusetzen.
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- Dipl.- Ing. (FH) Alireza Farman (Author), 2010, Konzepte zur Netzintegration von Elektrofahrzeugen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/172991
