Schließen Dunkel Bild herunterladen Hell Teilen

Die „E-Mobility-Allee“ – Laden in vorstädtischem Gebiet

Bild herunterladen

Die Belchenstraße in Ostfildern bei Stuttgart ist gesäumt von Einfamilienhäusern. Die ideale Umgebung für das bundesweit erste NETZlabor. Zehn Haushalte nahmen an diesem Versuch teil, für die je ein E-Fahrzeug und Ladeinfrastruktur während der Projektdauer bereitstand. Ein Los entschied, ob die Teilnehmenden mit einem E-Modell von VW, BMW oder Renault fahren konnten. Das elfte Fahrzeug, das Modell S von Tesla, war für jeden Haushalt drei Wochen verfügbar.

Die Netze BW wollte wissen:

  • Wie werden die E-Pionier*innen - mit sehr unterschiedlichem Fahrverhalten - ihre E-Autos laden?
  • Welche Auswirkungen zeigen sich im Stromnetz bei einem Anteil von 50 Prozent E-Fahrzeugen?
  • Welche technischen Lösungsansätze werden benötigt, um das Netz zu optimieren?
Bild herunterladen

Die Erkenntnis

Im Laufe der Zeit verließen sich die Teilnehmer*innen zunehmend auf die Batteriekapazität ihres E-Autos. Während die Anzahl der Ladevorgänge sank, stieg die geladene Energiemenge pro Vorgang – das Vertrauen in die Reichweite wuchs stetig. Wie erwartet, betrug die maximale Anzahl gleichzeitig stattfindender Ladevorgänge 50 Prozent – es wurden nie mehr als fünf E-Fahrzeuge gleichzeitig geladen. Außerdem erwies sich die verbaute Technik zur Netzoptimierung als hilfreich: Das Stromnetz war zu keinem Zeitpunkt an der Belastungsgrenze.

Das E-Mobility-Carré – Laden in der Tiefgarage eines Mehrfamilienhauses

Bild herunterladen

Die Hälfte der Wohneinheiten in Deutschland befindet sich in Mehrfamilienhäusern. Eine steigende Nachfrage nach kundenfreundlichen Lösungen für das Laden in Tiefgaragen ist auch hier zu erwarten. Zumal eine gesetzliche Hürde beseitigt wurde: Bislang mussten alle Eigentümer der Installation einer Ladevorrichtung zustimmen, inzwischen reicht eine einfache Mehrheit. Die Wohnanlage „Pura Vida“ in Tamm erwies sich als geeigneter Testkandidat.

Die Netze BW wollte wissen:

  • Wie muss der Netzanschluss einer Wohnanlage dimensioniert sein, wenn künftig viele E-Fahrzeuge in einer gemeinsamen Tiefgarage geladen werden?
  • Wie ist das Ladeverhalten der Bewohner*innen?
  • Wie wirkt es sich auf das Stromnetz aus?

Bild herunterladen

Die Erkenntnis

Auch unter den Bedingungen von Corona und Homeoffice fuhren die E-Fahrzeuge durchschnittlich 1.100 Kilometer pro Monat. Über die Hälfte der Zeit wurde überhaupt kein Auto geladen. Trotz der 58 installierten Ladepunkte, fanden parallel nie mehr als 13 Ladevorgänge statt. Auch hier half ein intelligentes Lademanagementsystem das die Anschlussleistung der Ladepunkte abgesenkt hatte und so Lastspitzen minimierte. Die befürchtete maximale „Gleichzeitigkeit“, die sich auf das Stromnetz belastend auswirkt, blieb aus. Sie betrug lediglich 22 Prozent. Obwohl die Ladeleistung zeitweise reduziert wurde und dies zu etwas längeren Ladezeiten führte, fühlten sich über 90 % der Teilnehmenden nicht eingeschränkt.

Die E-Mobility-Chaussee – Laden im ländlichen Versorgungsgebiet

Bild herunterladen

Für die Netze BW der erste Test in ländlicher Region mit ganz eigenen Herausforderungen. Denn die Römerstraße in Kusterdingen hat einen 850 Meter langen Stromkreis und ist somit ein typisches Beispiel für die ländliche Netztopologie. Je länger das Kabel ist, desto häufiger kann es zu Spannungsschwankungen kommen. Sieben E-Fahrzeuge stellte die Netze BW zur Verfügung, ein Bewohner nahm mit seinem privaten E-Fahrzeug an dem Feldversuch teil.

Die Netze BW wollte wissen:

  • Hat das Ladeverhalten im ländlichen Raum eine andere Auswirkung auf die Gleichzeitigkeit als in städtischen Wohngebieten?
  • Welche Auswirkungen haben Ladevorgänge auf die Netzspannung in einem ländlichen Stromkreis?
  • Welche technischen Lösungsansätze eignen sich, um die Elektromobilität sicher in das Netz integrieren zu können?

Bild herunterladen

Die Erkenntnis

Weil die Anzahl an E-Fahrzeugen einem realistischen Szenario entsprach, wurde auch ein Stresstest durchgeführt: Alle E-Fahrzeuge wurden zum selben Zeitpunkt geladen, um die 100 % Gleichzeitigkeit zu simulieren. Das gleichzeitige Laden der acht E-Fahrzeuge hat das Stromnetz lokal an seine Belastungsgrenze gebracht. Das zeigt, dass die Integration von E-Fahrzeugen in das heutige Stromnetz punktuell herausfordernd sein kann. Damit ist klar: Eine Integration der Elektromobilität in das Netz kann gelingen, wenn ein intelligentes Lademanagement eingesetzt und zudem das Netz weiter ausgebaut wird. Aber schon jetzt erlaubt das Lademanagement, die Anzahl der Ladepunkte zu erhöhen, um so Interessierten den Umstieg auf ein E-Fahrzeug schneller zu ermöglichen. Zeit, die genutzt werden kann, das Netz zukunftssicher auszubauen.

Handlungsfelder für ein stabiles Netz

Bild herunterladen

Um das Netz zukunftssicher zu gestalten, hat die Netze BW vier Handlungsfelder definiert. Dabei helfen die NETZlabore, diese erfolgreich umzusetzen:

Bild herunterladen

Im Blick: Kund*innen. Für sie soll die Anmeldung einer Lade­infrastruktur bei der Netze BW unkompliziert und schnell sein. Um die erwartbaren Neu­anmeldungen schnell bearbeiten zu können, entwickelt die Netze BW einen digitalen Ende-zu-Ende-Prozess für den Netz­anschluss von Lade­infra­struktur.

Kundenzentrierter Netzanschluss

Bild herunterladen

Im Blick: Das Netz selbst. Denn mit steigender Zahl der E-Fahrzeuge muss auch die Lade­infra­struktur ausgebaut werden, und dies führt zu einer höheren Belastung der Stromnetze. Eine konsequente Digitalisierung des Verteil­netzes hilft, jederzeit über die Netz­situation informiert zu sein.

Transparenz im Verteilnetz

Bild herunterladen

Im Blick: die Beteiligten. Für alle soll das Laden der E-Fahrzeuge sofort und zuverlässig möglich sein. Deshalb entwickelt die Netze BW auch in Gebieten mit stark ausgelasteten Strom­netzen innovative Lösungen wie das Lade­management oder eine Steuerung über das intelligente Mess­system mit Steuerbox.

Intelligente Netzoptimierung

Bild herunterladen

Im Blick: die Entwicklung der E-Mobilität. Die Netze BW baut das Stromnetz voraus­schauend und bedarfs­gerecht aus. Hierfür investiert das Unternehmen 500 Millionen Euro bis zum Jahr 2025.

Zukunftssichere Netzentwicklung

NETZlabor Intelligentes Heimladen

Bild herunterladen

Im NETZlabor Intelligentes Heimladen entwickelt die Netze BW ein Lademanagement für den privaten Bereich, das skalier- und standardisierbar sein soll. Um das zu erreichen, wird es an fünf Standorten, verteilt über ganz Baden-Württemberg, stufenweise getestet und weiterentwickelt.

Fünf Standorte mit jeweils anderen Herausforderungen waren Testgebiete:

Bild herunterladen

Die Ausgangslage

Die meisten E-Mobilist*innen laden ihre Fahrzeuge zuhause, häufig in den Abendstunden. In diesem Zeitraum führt das zu einer hohen Belastung des Stromnetzes der Netze BW, das darauf ursprünglich nicht ausgelegt war. Eine mögliche Lösung: Lademanagement. Hierbei wird die maximale Ladeleistung zu Zeiten, in denen das Stromnetz stark beansprucht wird, reduziert.

Bild herunterladen

Die Zielsetzung

  • Kritische Belastungsspitzen im Stromnetz werden künftig durch eine standardisierte Technik reduziert, ohne dabei das Mobilitätsverhalten der Kund*innen einzuschränken.
  • Netzengpässe vermeiden durch eine einheitliche Steuerung der Wallboxen über Smart Meter.

Die Standorte wurden mit je sechs bis acht E-Fahrzeugen und der zugehörigen Ladestationen ausgestattet.

Bild herunterladen

Die Netze BW wollte wissen

  • Wie lässt sich die Ladeleistung kundenfreundlich steuern, ohne dabei das Netz zu überlasten?
  • Wie kann eine standardisierte Lösung aussehen?
  • Wie wirkt sich das Ladeverhalten der Teilnehmenden auf das Stromnetz aus?
Bild herunterladen

Vom Testszenario zum Standard: Vier Entwicklungsstufen des Lademanagements

Stufe 1:
Zur Steuerung der Ladeleistung sind verschiedene Komponenten erforderlich: ein Smart Meter (ein digitaler Zähler mit Kommunikationsschnittstelle) und eine Steuerbox (sie gibt den Steuerbefehl an die Wallbox weiter) - alles vom gleichen Hersteller. Damit erfolgt die Datenübertragung über ein herstellerspezifisches Protokoll, sodass nur einheitliche Geräte steuerfähig sind. Die Ladeleistung der Wallbox wird "einstufig" gesteuert. Das bedeutet, das E-Auto kann entweder uneingeschränkt oder aber eingeschränkt geladen werden, zum Beispiel mit einer maximalen Leistung von 50 Prozent.
Stufe 2:
In dieser Stufe werden die Komponenten von verschiedenen Herstellern eingesetzt, die dennoch untereinander kommunizieren können, da sie auf Basis eines standardisiertes Kommunikationsprotokolls (IEC-Norm) miteinander funktionieren. Die Steuerbefehle sind weiterhin “einstufig”.
Stufe 3:
Der Smart Meter erfasst und versendet nun auch Zustandsdaten der Wallbox. Es wird keine separate Messung (wie in vorherigen Stufen) mehr benötigt. Steuerung und Messung erfolgen nun über eine Infrastruktur, die Steuerbefehle sind jedoch weiterhin “einstufig”.
Stufe 4:
Neben allen Entwicklungen der vorangegangenen Stufen verfügt die Steuerbox jetzt auch über eine standardisierte, digitale Kommunikationsschnittstelle zur Wallbox. Damit lassen sich mehrstufige oder sogar stufenlose Steuerbefehle umsetzen. Leistungsdaten der Wallbox sind ebenfalls jederzeit nach Bedarf abrufbar.

Bild herunterladen
Grafik NIHL-Steuerkette
Die Komponenten des Lademanagements: Beim Versorger das Backend zur Steuerung der Ladeleistung; im Privathaushalt: Wallbox, Zähler (Smart Meter), Gateway und Steuerbox.
Bild herunterladen

Zahlen. Daten. Fakten. Der Alltagtest mit Elektromobilität und intelligentem Lademanagement

  • 37 teilnehmende Haushalte fuhren E-Fahrzeug
  • 380.000 Kilometer, zur Arbeit, Hobby, Einkäufe, (Tages-) Ausflüge, Urlaubsreisen
  • 4.000 Ladevorgänge (hauptsächlich zwischen 18:00 und 22:00 Uhr)
  • 2,7 Stunden durchschnittliche Dauer
  • 18,5 kWh pro Ladevorgang nachgeladen
  • 90 Prozent der Zeit lädt maximal ein E-Fahrzeug
Bild herunterladen

Die Erkenntnis

Durch eine gezielte Reduktion von Lastspitzen während der Hauptladezeiten können mehr Elektrofahrzeuge über das Niederspannungsnetz laden. Um circa 30 - 50 Prozent wurden die E-Mobilitätsspitzen verringert, ohne dass sich die Teilnehmenden eingeschränkt fühlten, zumal die E-Fahrzeuge am Morgen immer vollgeladen waren. Das Lademanagement mit der im NETZlabor eingesetzten Technik, ist in seiner Wirksamkeit zur Netzoptimierung unumstritten. Daher sollte sie in der Zukunft flächendeckend dort eingesetzt werden, wo es netztechnisch benötigt wird.

Weitere Informationen

  • Aufzeichnungen zur Veranstaltung eNetz 2.0 - Netze BW GmbH
  • Virtuelle Tour durch das Netzlabor Intelligentes Heimladen - Netze BW GmbH
Bild herunterladen

+++ Eine Information des Netzbetreibers Netze BW +++

Bild herunterladen