Verständigung lernen – Wie kann eine größere Ladeinfrastruktur netzverträglich betrieben werden?

20.07.2020 – Im Forschungsprojekt „Netz_eLOG“ wird mit einer elektrischen Zustellflotte der Deutschen Post untersucht, wie auch eine größere Ladeinfrastruktur netzverträglich betrieben werden kann.
Mit dem Ausbau der Elektromobilität werden zunehmend auch gewerbliche Flotten elektrifiziert. Bei solchen Szenarien können Konflikte zwischen dem Flottenbetreiber, der seine Fahrzeuge dauerhaft betriebsbereit halten möchte, und dem Netzbetreiber entstehen, der Überlasten im Verteilnetz verhindern muss.

In einem Verteilzentrum der Deutschen Post DHL Group (DPDHL) in Kleinmachnow mit bis zu 63 StreetScootern WORK XL soll die Frage geklärt werden, wie die Ladeinfrastruktur der gesamten Flotte am vorhandenen Anschluss netzverträglich betrieben werden kann. Unter der Projektleitung des Reiner Lemoine Instituts (RLI) entwickelt und erprobt die IAV GmbH gemeinsam mit dem Netzbetreiber E.DIS Netz GmbH Verfahren für ein automatisiertes Last-/Lademanagement.

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Im Projekt Netz_eLOG entwickeln die Partner eine dynamische, netzseitige Steuerung von Ladevorgängen elektrischer Fahrzeuge. (Grafik: Reiner Lemoine Institut gGmbH)

Ein Novum bei diesem Projekt ist, dass die Daten des Netzbetreibers und des Logistikanbieters in einem System zusammenlaufen. Die Steuerung der Ladevorgänge soll so wesentliche Parameter des Stromnetzes, der Fahrzeuge sowie des Logistikprozesses berücksichtigen, um ein für alle Seiten optimales Ladeverhalten zu ermöglichen. IAV übernimmt die Erfassung und Verarbeitung der Informationen, die sowohl seitens E.DIS als auch DPDHL in das neue System einfließen, und entwickelt Algorithmen für die Automatisierung des Last-/Lademanagements. „Es handelt sich dabei um eine Plattform, welche die interoperable Kommunikation der einzelnen Systeme ermöglicht.

Darauf aufbauend wird eine KI-basierte Lastregelung aufgesetzt, die eine flexible Ladung der Fahrzeuge sicherstellen soll“, schildert Marcel Reuber, Development Engineer bei IAV. Eine Herausforderung hierbei sei es insbesondere, die Interoperabilität der jeweiligen Hardware- und Softwarekomponenten zu gewährleisten. Die Leistungsbegrenzung findet am Netzübergabepunkt statt, das Lastmanagement erfolgt hinter dem Netzanschluss. Über den Projektverlauf hinweg soll die manuelle Schnittstelle bei E.DIS dabei weitestgehend automatisiert werden, wie Marcel Reuber betont.

Bedarfsorientiertes Laden für grosse Flotten

Netzseitig fließen Messdaten ein, die für die Bewertung der Trafoauslastung und für verschiedene Abgänge in der Niederspannungs-Hauptversorgung relevant sind – zum Beispiel Leistung, Phasensprung, Phasenverschiebung, Netzfrequenz und Blindleistung. Für die zusätzliche Validierung der Daten werden auch die Leistungsparameter der Ladepunkte berücksichtigt. Dabei sind Ladestart, Ladebedarf und die aktuelle Leistungsabnahme in Form der Phasenleistung von Interesse. Zudem werden verschiedene Szenarien untersucht, die entweder auf der Ebene der einzelnen Ladesäule oder an den Unterverteilungen ansetzen.

Projekt „Netz_eLOG“ („Intelligente Netzintegration der elektrifizierten Logistik“)
Partner: IAV GmbH, Engineering-Partner der Automobilindustrie, und E.DIS Netz GmbH als regionaler Netzbetreiber in Mecklenburg-Vorpommern und Brandenburg. Das Reiner Lemoine Institut leitet das Projektkonsortium und stellt wissenschaftliche Expertise auf dem Forschungsfeld der Energie- und Verkehrswende bereit. Netz_eLOG wird im Rahmen des Förderprogramms „Erneuerbar mobil“ des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) gefördert, der Projektträger ist VDI/VDE-IT. Die Projektlaufzeit ist von November 2019 bis Oktober 2022 angesetzt.

www.netz-elog.de

Die StreetScooter werden über Nacht geladen, bevor sie sich am Morgen auf ihre Lieferrouten begeben. Je nach saisonaler Nachfrage, etwa im Weihnachtsgeschäft, sind jedoch weitere Ladevorgänge untertägig notwendig, da unter Umständen mehrere Schichten gefahren werden. „Das Lademanagement muss also einerseits sicherstellen, dass für alle Fahrzeuge ausreichend Ladeleistung zur Verfügung steht, andererseits müssen zeitliche Parameter berücksichtigt werden“, erläutert Marcel Reuber. Am nächsten Morgen erfolgt die Beladung in Wellen, je nach saisonaler Nachfrage.

Mit Blick auf die Kosten ist zusätzlich ein Peak Shaving erforderlich, das teure Leistungsspitzen verhindert. Wie Marcel Reuber berichtet, müssen die Daten dazu minutenscharf verarbeitet werden.
Da die Routen und Fahrbezirke der DPDHL bekannt sind, können anhand der Erfahrungswerte die quantitativen und zeitlichen Ladebedarfe prognostiziert werden. So soll das System gewährleisten, dass die verfügbare Leistung optimal für die Ladung der Zustellfahrzeuge genutzt wird. Sukzessive lernt das System anhand des tatsächlichen Leistungsabrufs.

Netzdienlichkeit über den Netzanschlusspunkt hinaus

Als Verteilnetzbetreiber erhält E.DIS die Möglichkeit, den Verbrauch der Logistikflotte über die Plattform von IAV in einem bestimmten Zeitfenster zu begrenzen. Im Umkehrschluss bekommt die DPDHL für die Bereitstellung einer tagesaktuellen Flexibilität eine bestimmte Vergütung – operative Einbußen beim Laden sind dadurch nicht gegeben. „In dem Forschungsprojekt können wir bereits heute Verfahren entwickeln und im realen Betrieb erproben, die für den kommenden Markthochlauf dringend erforderlich sind und die sicherstellen, dass die Elektromobilität zukünftig einen Beitrag zur Netzstabilität leistet“, erklärt Harald Bock, Geschäftsführer der E.DIS Netz GmbH.

Erweiterung der Anwendungsfälle

Überprüft wird im Projekt auch, welche Anreizmodelle sinnvoll sind. Ende April 2020 hat das RLI hierzu eine Workshop-Reihe gestartet, um Erzeugungs- und Verbrauchsseite zusammenzubringen: „Flottenbetreiber haben bislang nur wenig Anreize, netzseitige Kriterien beim Laden ihrer Fahrzeuge zu berücksichtigen. Ein wichtiger Teil des Projekts sind daher die im Projekt geplanten Workshops zur Entwicklung wirtschaftlicher Anreizmodelle. Wir laden alle Stakeholder dazu ein, sich an diesem Prozess zu beteiligen“, bekundet Oliver Arnhold, Leiter des RLI-Forschungsbereichs Mobilität mit Erneuerbaren Energien. Am ersten Workshop nahmen über 40 externe Stakeholder teil, darunter Netzbetreiber und Stadtwerke sowie Verkehrs-, Handels- und Logistikunternehmen und andere Flottenbetreiber. „Der Auftaktworkshop war ein voller Erfolg. Die Diskussionen haben gezeigt, dass die netzdienliche Integration elektrischer Fahrzeugflotten für alle Akteure relevant ist und aktuelle Anreizmodelle bislang weder ausreichen noch langfristig zielführend sind“, erklärt Jakob Gemassmer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am RLI. Gemeinsam mit verschiedenen Akteuren im Bereich der Netzintegration wurden die unterschiedlichen Kriterien der Akteure an ein netzseitiges Lastmanagement diskutiert sowie erste Aspekte hinsichtlich Wirtschaftlichkeit sowie einer technischen und regulatorischen Umsetzung festgehalten. Dies bildet die Grundlage für die Folge-Workshops im Projekt.

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Im Rahmen von Workshops sollen wirtschaftliche Anreizmodelle für die Nutzung eines netzseitigen Lastmanagements entwickelt werden. (Foto: Reiner Lemoine Institut gGmbH

Im dritten Quartal 2020 ist vorgesehen, die Ladesäulen sowie die Messtechnik des Netzbetreibers zu installieren. Der Testbetrieb wird Ende 2021/Anfang 2022 weitestgehend abgeschlossen sein. Start des Testbetriebs im laufenden Betrieb der Paketzustellung und Ladung der Fahrzeuge sollen ab 3. Quartal 2020 erfolgen – sobald die Ladepunkte verfügbar sind und die Fahrzeuge bereitstehen. Neben der Logistikbranche sollen weitere Anwendungsfälle identifiziert und untersucht werden. Aktuell wird einem Einsatz in der Wohnungswirtschaft, bei einer Busflotte im öffentlichen Nahverkehr oder in Parkhäusern bspw. an Flughäfen hohes Potenzial zugeschrieben. Möglich ist auch das Ausrollen für E-Carsharing-Anbieter und Flottenbetreiber im ambulanten Pflegedienst oder für Handwerksbetriebe. Für diese Übertragbarkeitsanalysen modelliert das RLI das lokale Energiesystem sowie das netzseitige Lastmanagement. „Verschiedene Anwendungsbereiche zeichnen sich durch ein unterschiedliches Flexibilitätspotenzial aus, da die eingesetzten Fahrzeuge und deren Standzeiten sehr unterschiedlich sein können. Langfristiges Ziel ist, dass Netzbetreiber das Potenzial für netzdienliches Laden kennen und dieses in ihre Netzplanung integrieren können“, so Jakob Gemassmer.

Zum Projektende werden die gesammelten Erkenntnisse in einem Abschlussbericht veröffentlicht. Ferner ist vorgesehen, das Simulationsmodell am Ende des Projektes unter einer offenen Lizenz der Wissenschafts-Community zur Verfügung zu stellen. (ds)

Reiner Lemoine Institut gGmbH
Jakob Gemassmer
jakob.gemassmer@rl-institut.de
www.reiner-lemoine-institut.de