Industrie & Technik

Bidirektionales Lademanagement für die Elektromobilität

13.11.2019 - Verknüpfung von Fahrzeugen, Ladeinfrastruktur und Stromnetzen für eine effektivere Nutzung regenerativ erzeugter Energie.

In dem jetzt gestarteten Forschungs­projekt „Bidirektio­nales Lade­manage­ment – BDL“ entwickeln Unter­nehmen und Institutionen aus den Bereichen Automobil­industrie, Energie­wirtschaft und Wissenschaft gemeinsam techno­logische Lösungen, mit denen Elektro­mobilität für die Nutzer noch komfortabler, kosten­günstiger und emissions­ärmer werden kann. Ziel der inter­diszipli­nären Projekt­partner ist es, erstmalig mit einem ganz­heit­lichen Ansatz Fahrzeuge, Lade­infra­struktur und Stromnetze so mitein­ander zu verknüpfen, dass eine möglichst umfassende Nutzung von regenerativ erzeugter Energie gefördert und gleich­zeitig die Versorgungs­sicherheit gesteigert wird. Das Forschungs­projekt unter der Träger­schaft des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt wird vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und ist auf drei Jahre angelegt. Bereits ab Anfang 2021 sollen erste Fahrzeuge mit bidirektio­naler, also rück­speise­fähiger Lade­techno­logie unter Real­bedingungen im Alltag erprobt werden.

Die Fähigkeit zum bidirektionalen Laden ermöglicht es Elektro­fahr­zeugen, beim Anschluss an eine dafür ausgelegte Lade­station oder Wallbox nicht nur elektrische Energie für die Hoch­volt­batterie auf­zu­nehmen, sondern auch in umge­kehrter Richtung in das Stromnetz zurück zu speisen. Die Batterien der E-Fahrzeuge werden so zu mobilen Energie­speichern, die bei Bedarf auch Strom abgeben können. Eine derartige Integration möglichst vieler Elektro­fahrzeuge in das Stromnetz erfordert viel­fältige Innova­tionen in den Bereichen Fahrzeug­technik, Lade­hardware, Lade­manage­ment und Kommuni­ka­tions­schnitt­stellen zu den energie­wirt­schaft­lichen Stake­holdern sowie hinsicht­lich rechtlicher Rahmen­bedingungen.

Mit dem kontinuierlich wachsenden Bestand an Elektro­fahrzeugen auf deutschen Straßen steigt der Bedarf an Strom nur gering­fügig. Jedoch wächst die Notwendig­keit, die Energie­flüsse intelligent zu steuern, um Strom aus erneuer­baren Quellen optimal nutzen zu können. Derartige intelligente Lade­steuerungen wurden beispiels­weise von der BMW Group bereits erfolg­reich in Pilot­projekten eingesetzt. Bereits seit mehreren Jahren wird im US-Bundes­staat Kalifornien mit mehr als dreihundert Elektro­fahrzeugen die intel­ligente, bedarfs- und strom­netz­orien­tierte Steuerung von Lade­vor­gängen in der Alltags­praxis erprobt. Darauf aufbauend hat BMW in Kooperation mit dem Netz­betreiber TenneT in Deutschland eine innovative Lösung entwickelt, mit der die Lade­strategie von Elektro­fahr­zeugen neben den Mobilitäts­plänen der Kunden auch die Verfüg­bar­keit von grünem Strom und die Auslastung des Strom­netzes berück­sichtigt. Auf ent­sprechende Signale des Netz­betreibers hin können ange­schlossene Fahrzeuge den Lade­vorgang unter­brechen und zu einem späteren Zeitpunkt fort­setzen.

Mit der jetzt erforschten Technologie des bidirektio­nalen Ladens können hierfür noch stärkere Effekte erzielt werden. Geparkte Elektro­fahr­zeuge, die an eine Lade­station oder Wallbox ange­schlossen sind, können damit als flexible Strom­speicher genutzt werden. In Phasen besonders hoher Nachfrage nach elektrischer Energie speisen sie zusätzlichen Strom ins Netz ein. Das Aufladen ihrer Hochvoltbatterien erfolgt dagegen vornehmlich zu Zeiten, in denen der allgemeine Strom­bedarf geringer ausfällt. Strom aus erneuer­baren Energie­quellen kann so also genau dann aufge­nommen und gespeichert werden, wenn er verfügbar ist. Und die Nutzung der gespeicherten Energie kann wiederum genau dann erfolgen, wenn sie gebraucht wird – zum elektrischen Fahren oder zur Unter­stützung der Stromnetze. So kann Elektro­mobilität dazu beitragen, das Stromnetz zu stabili­sieren, die Notwendig­keit zum Netz­ausbau zu verringern und damit den Strompreis stabil zu halten.

Neben einer gestärkten Versorgungs­sicherheit kann durch die intelligent gesteuerte Integration von E-Fahrzeugen in das Stromnetz auch der Anteil regenerativ erzeugter Energie am Gesamt­verbrauch in Deutschland weiter erhöht werden. Durch die Nutzung der in den Hochvolt­batterien elektrifi­zierter Fahrzeuge bereit­gestellten Speicher­kapazitäten lassen sich Angebot und Nachfrage im Bereich des Ökostroms besser aufein­ander abstimmen. So kann durch die Puffer­funktion der Elektro­fahrzeuge beispiels­weise das Potenzial von Windkraft- und Solar­anlagen für eine klimaneutrale Energiegewinnung noch intensiver genutzt werden. Bei einem Über­angebot an beispielsweise Solar­strom lässt sich dieser in den Hochvolt­batterien der E-Fahrzeuge speichern und später zum Fahren oder aber zur Rück­speisung in das Gebäude des Kunden zuhause oder ins Stromnetz nutzen, um plötzlich auftretende Engpässe auch ohne zusätz­lichen Einsatz fossiler Energie­träger in Kraft­werken abzu­decken.

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Bidirektio­nales Lade­manage­ment – BDL“ werden neben rückspeise­fähigen Systemen für Fahrzeuge und Wallboxen auch Techno­logien für Energie­management­systeme sowie Hard- und Software zur Steuerung von Lade­vorgängen entwickelt. Zusätzlich werden rechtliche und regula­torische Rahmen­bedingungen evaluiert. Dieser ganzheit­liche Ansatz ist derzeit einzig­artig: Alle relevanten Elemente und Stellhebel für einen späteren regulären Betrieb werden im Projekt holistisch betrachtet und mitein­ander in Einklang gebracht. Die Praxis­phase des Projekts beginnt zum Anfang des Jahres 2021. Im Rahmen einer einjährigen Pilot­phase werden dann fünfzig Privat- und Flotten­kunden mit rückspeise­fähigen BMW i3, passender Lade­hardware und dazuge­hörigen digitalen Services ausge­stattet, um den Kunden­nutzen und die Benutzer­freund­lichkeit der bis dahin entwickelten Lösungen unter Real­bedingungen zu testen. Damit wird die Grund­lage für einen späteren serien­mäßigen und damit flächen­deckenden Einsatz der Techno­logie zur Integra­tion von Elektro­mobilität in das deutsche Stromnetz geschaffen.

BMW / RK

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