Die Arbeit beschäftigt sich mit der Elektromobilität in Verbindung mit einem intelligenten Stromnetz, einem sogenannten Smart Grid System. Dabei wird folgende Frage beantwortet: Inwiefern können Batteriekapazitäten elektrisch angetriebener Personenkraftwagen in einem intelligenten Stromnetz ein durch erneuerbare Energien gespeistes Stromnetz stabilisieren?
Die Endlichkeit fossiler Energieträger und Reaktorkatastrophen, wie beispielsweise der Reaktorunfall im März 2011 in Fukushima, forderten und fordern ein Umdenken in der Energieversorgung. Die BRD importiert zudem 70 Prozent ihrer Primärenergie und steht damit in Abhängigkeit zu den ausländischen Exporteuren. Die Bundesregierung hat im Dezember 2013 mit dem Koalitionsvertrag die Ausbauziele für die erneuerbaren Energien festgelegt. Um den Ausbau in kontrollierten Etappen zu ermöglichen, wurden jährliche Ausbaustufen beschlossen.
Unser Stromnetz arbeitet im Niederspannungsbereich mit einer Spannung von 230 Volt und einer nahezu konstanten Frequenz von 50 Hertz. Diese beiden Eigenschaften sind Voraussetzungen für die elektronischen Abnahmegeräte. Sind Werte durch Schwankungen außerhalb gegebener Toleranzen, sind die Eigenschaften nicht gegeben. Das kann bis hin zum Zusammenbruch unserer elektrisierten Welt führen. Um diese Schwankungen im Stromnetz zu unterbinden, werden sie zurzeit beispielsweise mittels Pumpspeicherkraftwerken aufgefangen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung der Arbeit
1.3 Vorgehen
2. Stromnetz
2.1 Entwicklung des Stromnetzes
2.2 Aktueller Netzplan
2.3 Einspeisung durch regenerative Energiequellen
3. Intelligentes Stromnetz
3.1 Smart Grid
3.1.1 Definition der DKE
3.1.2 Definition der Bundesnetzagentur
3.1.3 Zusammenfassung der Definitionen
3.2 Vehicle2Grid
3.3 Mobility2Grid
3.4 Auf dem Weg zum Smart Grid, die Digitalisierung des Stromnetzes
3.5 Dezentrale Energiespeicherung
4. Elektromobilität im Smart Grid
4.1 Definition Elektrofahrzeuge und deren Abgrenzung
4.2 Ladung der BEV
4.2.1 Laderate
4.2.2 Ladung von Elektrofahrzeugen
5. Praktische Umsetzungen und Szenarien des Smart Grid
5.1 Szenario des Tang, Universität Hong Kong
5.2 Technologie Salon 2014
5.3 Forschungsprojekt „INEES“
5.3.1 Projektaufbau „INEES“ und Ziel
5.3.2 Projektteilnehmer
5.3.3 Technische Umsetzung, Aspekte und Herausforderungen
5.3.4 Einflussfaktor Nutzer
5.3.5 Begleitstudie Batterieabnutzung
5.3.6 Schlussbetrachtung der Studie „INEES“
5.4 Hochrechnung BEV als Zwischenspeicher
6. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das Potenzial von Batteriekapazitäten in elektrisch angetriebenen Personenkraftwagen, um als dezentrale Zwischenspeicher in einem durch erneuerbare Energien gespeisten intelligenten Stromnetz zur Stabilisierung beizutragen.
- Herausforderungen der Energiewende und des Stromnetzes
- Konzepte des intelligenten Stromnetzes (Smart Grid, Vehicle2Grid)
- Elektromobilität und Ladetechnologien
- Analyse des Forschungsprojekts „INEES“ zur Regelleistungserbringung
- Wirtschaftlichkeit und Nutzerverhalten bei bidirektionalen Ladevorgängen
Auszug aus dem Buch
5.3.6 Schlussbetrachtung der Studie „INEES“
Anhand des „INEES“-Projektes sollte die Erbringung von Sekundärregelleistung in einem intelligenten Stromnetz mit einem Pool aus 20 Elektrofahrzeugen (Typ VW e-up!) untersucht werden. Bevor ein solches Projekt durchgeführt werden kann, müssen die zu verwendenden Technologien mit den Übertragungsnetzbetreibern abgestimmt werden. Die entwickelten Technologien haben gezeigt, dass eine technische Umsetzung der Pufferung elektrischer Energie durch BEV grundsätzlich möglich ist. Durch das Konzept SchwarmDirigent® der Firma LichtBlick konnten die BEV durch kurze Reaktionszeiten und eine sichere Versorgungsleistung ihre Leistungsreserven für ein Stromnetz zur Verfügung stellen.
Die Projektteilnehmer haben Kapazitäten ihrer Fahrzeugbatterien zur Unterstützung des Stromnetzes ohne spürbare Mobilitätseinschränkungen freigegeben. Zwar führten zeitweise technische Kommunikationsprobleme zwischen Komponenten der Fahrzeuge und Ladestationen zu beträchtlichen Ladeproblemen, dennoch konnten daraus entscheidende Erkenntnisse für spätere Serienproduktionen erlangt werden. So zeigte sich erneut, dass die Notwendigkeit der Standardisierung und Normierung einen Grundbaustein für eine erfolgreiche Umsetzung bildet.
Rückblickend wurde ein grundlegend funktionierendes Konzept ausgearbeitet. „Die Komponenten des Fahrzeugs funktionierten grundsätzlich stabil und waren von den „INEES“-Teilnehmern gut bedienbar. Dennoch kann ein zukünftiges Seriensystem in fünf Bereichen noch nutzerfreundlicher und effizienter gestaltet werden: „[…]
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Arbeit thematisiert die Notwendigkeit einer Energiewende aufgrund fossiler Endlichkeit und Umwelteinflüssen und hinterfragt die Rolle der Elektromobilität zur Netzstabilisierung.
2. Stromnetz: Dieses Kapitel erläutert die historische Entwicklung, den aktuellen Aufbau des deutschen Stromnetzes sowie die Herausforderungen durch fluktuierende regenerative Energiequellen.
3. Intelligentes Stromnetz: Es werden Definitionen und Konzepte des Smart Grids sowie technologische Ansätze wie Vehicle2Grid und die Bedeutung dezentraler Speicher untersucht.
4. Elektromobilität im Smart Grid: Die Integration von Elektrofahrzeugen in das Stromnetz wird analysiert, wobei Fahrzeugtypen, Lademethoden (konduktiv/induktiv) und die Rolle der Batterie im Fokus stehen.
5. Praktische Umsetzungen und Szenarien des Smart Grid: Anhand verschiedener Szenarien und des Forschungsprojekts „INEES“ werden die technische Machbarkeit, Nutzeranforderungen sowie Herausforderungen der Batterieabnutzung evaluiert.
6. Fazit: Die Arbeit schließt mit der Erkenntnis, dass BEV als kurzfristige Zwischenspeicher dienen können, jedoch Standardisierung und wirtschaftliche Anreize für eine breite Umsetzung essenziell sind.
Schlüsselwörter
Energiewende, Intelligentes Stromnetz, Smart Grid, Elektromobilität, BEV, Vehicle2Grid, V2G, Zwischenspeicher, Regelleistung, INEES, Netzstabilisierung, Batteriekapazität, Ladetechnologie, Energieversorgung, Dezentrale Speicherung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, ob und wie Elektrofahrzeuge (BEV) als dezentrale Zwischenspeicher in einem intelligenten Stromnetz fungieren können, um Netzschwankungen, die durch erneuerbare Energien entstehen, auszugleichen.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Arbeit verknüpft die Bereiche Energiewirtschaft, Stromnetztechnik und Elektromobilität miteinander und analysiert die Synergien zwischen einem Smart Grid und den Speicherkapazitäten von Elektrofahrzeugen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Beantwortung der Forschungsfrage, inwiefern Batteriekapazitäten von Elektrofahrzeugen ein durch erneuerbare Energien gespeistes Stromnetz effektiv stabilisieren können.
Welche wissenschaftliche Methode verwendet der Autor?
Der Autor führt eine Literaturanalyse durch und evaluiert empirische Ergebnisse aus der Fachliteratur sowie spezifische Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt „INEES“.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Grundlagen des Stromnetzes, definiert Smart-Grid-Konzepte, untersucht Ladetechnologien für Elektrofahrzeuge und bewertet praktische Feldstudien hinsichtlich technischer und ökonomischer Aspekte.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Kernbegriffe sind Energiewende, Smart Grid, Vehicle2Grid (V2G), Elektrofahrzeuge (BEV), Netzstabilisierung, Regelleistung und dezentrale Energiespeicherung.
Was untersuchte das Forschungsprojekt „INEES“ konkret?
Das Projekt untersuchte im Rahmen eines Feldversuchs mit 20 VW e-up! Fahrzeugen, wie ein Pool an Elektrofahrzeugen zur Erbringung von Sekundärregelleistung eingesetzt werden kann.
Welche Rolle spielt der Nutzer bei der Nutzung von BEV als Zwischenspeicher?
Der Nutzer ist ein entscheidender Faktor; das System muss seine Mobilitätsbedürfnisse wahren, weshalb der Nutzer über eine App Einstellungen vornehmen kann, um z. B. Restkapazitäten für spontane Fahrten zu reservieren.
Welche Hindernisse stehen einer breiten Umsetzung derzeit entgegen?
Wesentliche Barrieren sind fehlende Standardisierung der Ladeinfrastruktur, unterschiedliche Batterietechnologien und die zurzeit noch hohen Kosten für bidirektionale Ladetechnik.
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- Björn Groß (Author), 2017, Smart Grid Systeme. Elektrische Personenkraftwagen als Zwischenspeicher im intelligenten Stromnetz, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/505305
