Die Rolle des Speichers bei der
Netzintegration von Elektrofahrzeugen
Dr. Christof Wittwer Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE FVEE-Workshop
Elektrochemische Energiespeicher und Elektromobilität
Ulm, 20. 01. 2010
www.ise.fraunhofer.de
Geschäftsfelder Fraunhofer ISE
Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik
Angewandte Optik und funktionale Oberflächen
Solarthermie
Silicium-Photovoltaik
Alternative Photovoltaik-Technologien
Regenerative Stromerzeugung
Wasserstofftechnologie
Geschäftsfeld
Regenerative Stromerzeugung
Autarke Stromversorgungen und Inselnetze
Dezentrale, netzgekoppelte Energiesysteme
Qualitätssicherung von PV-Modulen und –Systemen
Leistungselektronik und Regelungstechnik
Elektrische Speichersysteme
Elektromobilität
Solare Kraftwerke
Dezentrale Wasseraufbereitung
ISE-Kompetenzen im Bereich Elektromobilität
Erneuerbare Energien, Energiekonzepte und -szenarien
Energiemanagement dezentraler Erzeuger
Metering, Billing und Kommunikations- lösungen
Batteriesystemtechnik
Brennstoffzellentechnik
Leistungselektronik
Ladestationen für Strom- und Wasserstoffspeicher
2008:
616 g CO2/kWh
Î 123 g CO2/km (0,2 kWh/km)
Anpassung von Angebot und Nachfrage:
Î Steuerung von Angebot
Quelle:
BDEW/ AGEB 2009, Nitsch 2008
Wechsel im Energiemix
2050:
55 g CO2/kWh Î 11 g CO2/km (0,2 kWh/km) Anpassung von Angebot und Nachfrage:
Î Steuerung von Nachfrage
Warum V2G:
Mobiler Speicher
V2G Speicher Potential
Ist stark abhängig vom Konzept der bidirektionalen Netzanbindung, der Batterieeigenschaften, den Anreizen für den Kunden rückzuspeisen:
theo. Potential bei 4,6 Mio. Fahrzeugen (~10%):
Annahme je Fahrzeug:
20 h/d verfügbar (4h/d Nutzung)
10 kWh Speicher
3,5 kW Leistung (16A bei 230V)
Î Speicherleistung: 13.4 GW Kapazität: 38.3 GWh
~10 kV- 20 kV 10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
Grafik an Darstellungen von D.U. Sauer RTWH Aachen angelehnt 10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
V2G Vergleich mit
Pumpspeicherkraftwerken
Pumpspeicherwerk Goldisthal
Pumpspeicher Goldisthal:
Speicherleistung: ~1 GW Kapazität: ~8.8 GWh
In D. Installierte Pumpspeicherwerke:
Speicherleistung: ~5 GW Kapazität: ~35 GWh V2G bei 4.6 Mio Fahrzeugen (10%)
Speicherleistung: 13.4 GW Kapazität: 38.3 GWh
~10 kV- 20 kV 10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
Grafik an Darstellungen von D.U. Sauer RTWH Aachen angelehnt 10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
10 kWh
400 V
~5 kW AC DC
Beispiel Nachfrage und Energieangebot
Quelle: VDE
Beispiel Nachfrage und Energieangebot
Elektrofahrzeuge in Deutschland 134 GW
383 GWh
Quelle: VDE, eigene Berechnungen
Zusätzliche Last durch Elektrofahrzeuge
Theoretisch abgefragte Leistung
Basierend auf MID Daten
100 % Elektrofahrzeuge in Deutschland
Batteriegröße 40 kWh
Ladeleistung 3,3 kW
Verbrauch 0,2 kWh/km
Jährlicher Energieverbrauch:
EVs: 107 TWh/a
2006: 612 TWh/a Î 17%
0 5 10 15 20 25 30 35
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
[GW]
abgefragteLeistung(EVs)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
[GW]
vertikale Netzlast Theoretischer Bedarf EV
Netzlast + abgefragte Leistung (EVs)
Zusätzliche Last durch Elektrofahrzeuge
0 5 10 15 20 25 30 35
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
[GW]
abgefragteLeistung(EVs)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
[GW]
vertikale Netzlast Theoretischer Bedarf EV
Netzlast + abgefragte Leistung (EVs)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
[GW]
vertikale Netzlast EVs EVs (ungesteuert)
Veränderung des Wochenlastganges durch ungesteuertes Laden (Ladebeginn nach letzter Fahrt)
0 100 200 300 400 500 600
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit
Leistung [MW]
Data Badenova E-Mob an 3,5 kW
Beispiel Freiburg
Veränderung des Wochenlastgangs
Veränderung des Wochenlastganges durch Leistungsbegrenzung auf Höchstlast 2008
0 100 200 300 400 500 600
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit
Leistung [MW]
Lastprofil Freiburg verändertes Lastprofil (E-Mob gest) entkoppeltes Lastprofil E-Mob
Beispiel Freiburg
Leistungsbegrenzung auf Höchstlast 2008
Veränderung des Wochenlastganges durch Verschiebung der Energieanforderung durch Elektromobilität um 6h
0 100 200 300 400 500 600
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit
Leistung [MW]
Lastprofil Freiburg verändertes Lastprofil (E-Mob gest) entkoppeltes Lastprofil E-Mob
Beispiel Freiburg
Verschiebung um 6 Stunden
Veränderung des Wochenlastganges durch einfaches tarifgeführte Beladung der Elektroflotte
0 100 200 300 400 500 600
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
Zeit
Leistung [MW]
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Tarif [€]
Lastprofil Freiburg E-Mob an 3,5 kW E-Mob an 10kW Tarif
Beispiel Freiburg
Tarifgesteuertes Laden
Veränderung des Wochenlastganges durch tarifgeführtes Laden
0 100 200 300 400 500 600
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit
Leistung [MW]
0 10 20 30 40 50 60
Tariff [ct€/kWh]
Lastprofil Freiburg verändertes Lastprofil (E-Mob gest)
Entkoppeltes Lastprofil E-Mob Tarif
Beispiel Freiburg
Tarifgesteuertes Laden 2
Veränderung des Lastprofils durch 3-stufigen Tarif, der Erzeugung von volatilen Energie und dem Verbrauch folgend
0 100 200 300 400 500 600
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit
Leistung [MW]
Erzeugung Wind/Sonne exempl Woche 04 (10fach) Lastprofil Freiburg
Beispiel Freiburg
Einfluss von erneuerbaren Energien
Veränderung des Lastprofils durch 3-stufigen Tarif, der Erzeugung von fluktuierender Energie und dem Verbrauch folgend
0 100 200 300 400 500 600
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit
Leistung [MW]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Tarif [c€/kWh]
Erzeugung Wind/Sonne exempl Woche 04 (10fach) Lastprofil Freiburg Tarif
Beispiel Freiburg
Einfluss von erneuerbaren Energien 2
Veränderung des Lastprofils durch 3-stufigen Tarif, der Erzeugung von fluktuierender Energie und dem Verbrauch folgend
0 100 200 300 400 500 600
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Zeit
Leistung [MW]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Tarif [c€/kWh]
Erzeugung Wind/Sonne exempl Woche 04 (10fach) Lastprofil Freiburg verändertes Lastprofil (E-Mob gest) Tarif
Beispiel Freiburg
Einfluss von erneuerbaren Energien 3
Anschlussleistung der Fahrzeuge: 3,5 kW
Beispiel Freiburg
Einfluss des Ladens auf Netzauslegung
Beispiel Freiburg
Einfluss des Ladens auf Netzauslegung
Beispiel Freiburg
Einfluss des Ladens auf Netzauslegung
Anschlussleistung der Fahrzeuge: 10 kW
Beispiel Freiburg
Einfluss des Ladens auf Netzauslegung
Ladeoptimierung
Ladeoptimierung Funktionsweise
Parameters
Average Consumption 0.2 kWh/km
Battery Capacity 20 kWh
Connection 3.5 kW
Avoid Discharging under 70 %
Ladeoptimierung Funktionsweise
Parameters
Average Consumption 0.2 kWh/km
Battery Capacity 20 kWh
Connection 3.5 kW
Avoid Discharging under 70 %
Ladeoptimierung Plannungshorizont
Planning One Trip ahead Planning Two Days ahead
Ladeoptimierung
bidirektionale Ladestation
Planning One Trip ahead Planning Two Days ahead
Ungesteuertes Laden
40 50 60 70 80 90 100
00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00
[%]
0 2 4 6 8 10 12 14
Donnerstag Freitag
[ct/kWh]
5 km 10 km 5 km 15 km
SoC [%] EEX Spot Market [ct/kWh] Fahrt Laden
Ladeoptimierung Kosten
159,89 64,46
Ungesteuert
-54,29 44,74
66,07 123,86
Kosten [€-ct]
Verbraucherpreis
-21,89 18,04
26,64 49,94
Kosten [€-ct]
EEX Spotmarkt
2 Tage Nächste
Fahrt 2 Tage
Nächste Fahrt
Planungshorizont
Bidirektional Unidirektional
Energiefluss
Ladeoptimierung Kosten
239,85 64,46
Ungesteuert
-81,43 67,10
99,11 185,79
Kosten [€-ct]
Verbraucherpreis
-21,89 18,04
26,64 49,94
Kosten [€-ct]
EEX Spotmarkt
2 Tage Nächste
Fahrt 2 Tage
Nächste Fahrt
Planungshorizont
Bidirektional Unidirektional
Energiefluss
Realisierung
On Board:
Metering
Communication
Authentication
Tariff Handling
Data Logging
Optimization
