Projektpartner
Das Projekt wird von einem Konsortium mit großer Fachkompetenz aus Wissenschaft und Wirtschaft bearbeitet.
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Unsere Projektziele
Heute werden Elektromobile über Ladestationen oder Steckdosen mit dem Stromnetz verbunden, und werden üblicherweise mit der vollen Ladekapazität des Anschlusses aufgeladen, bis das Batteriemanagementsystem des Fahrzeugs abhängig vom Ladezustand der Batterie die Ladeleistung reduziert.
Eine Optimierung der Beladung – unter Berücksichtigung der Zeit, die das Fahrzeug voraussichtlich am Abstellort verbleibt, wie auch der Nutzeranforderung, wie „voll“ der Batterietank bei Abfahrt im Minimum oder Maximum sein soll – findet nicht statt. In einem Energiesystem mit überwiegendem Anteil an Elektromobilen – z.B. 40 Mio. Pkw in Deutschland – wird es aufgrund der nötigen zusätzlichen Netz- und Ladeleistung und aufgrund der schwankenden, dargebotsabhängigen elektrischen Leistung aus EE technisch kaum möglich und volkswirtschaftlich nicht sinnvoll sein, diese „Klassische Ladestrategie“ beizubehalten. Um die dargebotsabhängigen EE bestmöglich zu nutzen, Ausfallarbeit zu reduzieren und gleichzeitig auch die Kosten für den Ausbau der Stromnetzinfrastruktur zu begrenzen, ist zukünftig eine Flexibilisierung des bestehenden Stromsystems durch stärkere Flexibilisierung der Nachfrage und/oder Speichertechnologien unabdingbar. Die E-Mobilität bietet dabei beides, sowohl die Möglichkeit der Flexibilisierung der Nachfrage nach elektrischer Energie und Leistung als auch gleichzeitig zusätzliche Stromspeicherkapazität.
Gesamtsystem Parken und Laden
Analyse und Prozessdesign
Die Basis für das Projekt beinhaltet eine Auswertung von wissenschaftlichen Studien, Praxisberichten und Best-Practice Techniken zum Ladeverhalten von Nutzern, identifiziert wesentlichen Einflussfaktoren/Treiber und kategorisieren von typischen Verhaltensmuster („Journeys“). U.a. wurde in diesem Zuge eine Prozesslandkarte für ein durchgängiges Gesamtsystem zum Parken und Laden von E-Fahrzeugen erarbeitet.
Identifikation Flexibilität
Ladevorgänge bzw. flexibles Verhalten beim Aufladen von E-Fahrzeugen kann genutzt werden, um Flexibilität im Verteilnetz zu generieren. Um das Verhalten von Fahrzeugnutzern zu analysieren und die Flexibilitätspotentiale daraus abzuleiten werden auf Basis von realen Daten Mustererkennungsverfahren und Standardisierungsmethoden angewandt, um möglichst allgemein geltende Aussagen hieraus abzuleiten.
UmfrageauswertungIdentifikation Flexibilitätsbedarf
Stand 1.1. 2020 sind in Düren 162.299 Fahrzeuge zugelassen, hiervon 374 elektrisch. Im Kreis Heinsberg sind es 161.231 davon 309 elektrisch. Dies entspricht in beiden Kreisen einer Steigerung von 100% bei den E-Fahrzeugen im Vergleich zu 2019. [Quelle: KBA] Im laufenden Jahr 2020 sind bereits bis Oktober deutschlandweit 100% mehr Fahrzeuge zugelassen worden als im Jahr 2019. Im gleichen Zeitraum hat sich die Anzahl öffentlicher Ladesäulen lediglich von 17.623 (Q4 2019, [Chargemap.com]) auf 20.755 (Q4 2020 [Chargemap.com]) erhöht, was einem Anstieg von lediglich 18% entspricht. Bisher sind also relativ wenige Ladestationen für relativ wenige E-Fahrzeuge vorhanden, was für die Verteilnetzstabilität kein großes Problem darstellt. In Zukunft werden immer mehr E-Fahrzeuge zugelassen und hierfür werden mehr Ladesäulen benötigt. Im Projekt wird untersucht, wie und ab welcher Durchdringung eine gezielte Steuerung der Ladevorgänge möglich bzw. nötig wird. Es werden sowohl energiemarktliche Signale als auch netzdienliche Steuermöglichkeiten diskutiert, analysiert und bewertet.
Details
Design und Entwicklung von Kommunikationsplattform
Front-End Entwurf
Die Entwicklung einer Lade-Navigations-App, die den Elektroautofahrern (=Nutzern) als User-Interface für verschiedene Bedürfnisse (von der Suche einer passenden Ladesäulen bis hin zu Abrechnung der Ladevorgänge) zur Verfügung steht, läuft anhand eines iterativen Prozesses ab:
Prototyp
Entwicklung eines Interaktionskonzept für die mobile Anwendung und die Oberfläche für die Ladesäulen. Darauf aufbauend wird ein Prototyp der Benutzeroberfläche der mobilen Applikation zur Bedienung der Ladesäulen konzipiert und umgesetzt.
Usability
Der Prototyp dient als visuelle Darstellungsform, um zusammen mit den Anwendern die Akzeptanz des Interaktionskonzepts zu evaluieren. Für die Evaluation kommt die Testumgebung des m2clabs, bestehend aus verschiedenen Methoden und Equipment (z.B. Eye-Tracker und Reaktionstests) zum Einsatz.
Implementierung
Auf Basis des Protypen und den Usability-Test wird die Anwendung als mobile Applikation umgesetzt.
Details
Geschäftsmodelle
Geschäftsmodelle
Entwicklung von neuen Geschäftsmodelle für Netzbetreiber, Lieferanten (Lieferantenwechsel) und Parkhausbetreiber.
Anreizsystematik & NE-System
Aufbauend auf bestehenden Analysen und Studien von Knappheitssituationen in Verteilnetzen und realen Daten der Projektpartner sollen Simulation zukünftiger Verteilnetze durchgeführt werden. Anschließend soll damit eine Systematik entwickelt bzw. abgleitet werden, welche Ist-Daten notwendigerweise erhoben werden müssen, die für das Ableiten der Grenzkosten für den Netzausbau/-verstärkung notwendig sind. Diese Grenzkosten und die neuen Steuerungsmöglichkeiten sollen anschließend in Anreizsystematik und Netzentgelt- System für E-Mobilität überführt werden, die vermehrte E-Mobilität gezielt unterstützen.
Entwicklung eines Simulation- und Optimierungsmodells
Konzept
Im Projektverlauf gilt es, ein Konzept zu entwickeln, welches eine Vielzahl von Ladepunkten misst und überwacht, und deren Verhalten unter Berücksichtigung von anderen Messpunkten im Smart Grid im Sinne der Netzstabilität steuert. Die Ladesäulen werden als sog. Digitale Zwillinge in ein Simulationsmodell eingebunden. Diese digitalen Zwillinge sollen möglichst realitätsnah das Verhalten der Ladesäulen simulieren. Später könnten dann die reale Ladeinfrastruktur in das System eingebunden werden.
Demonstrator
Ladesäule
Konkret soll hier eine von der Lokisa Smart Energy GmbH entwickelte Ladesäule in die Backend-Plattform integriert werden. Mit OCPP kann der Verbund an das Backend angeschlossen werden, hierbei werden die Aspekte Buchung/ Abrechnungsrelevante Informationen/Navigation/Bepreisung/Flexibilitätsermittlung vom Backend-System übernommen. Aufgrund der beschränkten Anzahl an physikalischen Ladesäulen werden digitale Zwillinge als Ersatz physikalischer Ladesäulen mit in die Arbeiten einfließen, auch um die zu erwartende Entwicklung in der Ladeinfrastruktur abzubilden.
Lade-Navi
Bestehend aus dem Front-End-Entwurf (siehe 2.) und dem dort entwickelten Prototypen, Interaktionskonzept und Kontextmodell, wird der Demonstrator konzipiert. Dafür werden die technischen Anforderungen (Hardware und Software) analysiert und mit den anderen Bereichen des Demonstrators abgestimmt. Die Implementierung der App erfolgt analog zum Bau des Prototypen in einem iterativen Verfahren. Dabei wird jede Stufe hinsichtlich der funktionalen Vollständigkeit, anhand des Anforderungskatalogs und auf ihre Usability getestet. Da die mobile Anwendung nur ein Teil der Gesamtlösung ist, geschieht die Entwicklung in enger Abstimmung mit der Backend-Architektur und der Hardware der Ladesäule. Auf diese Weise können aufkommende Fehler schnell beseitig werden.
Gesamtsystem
Sowohl die Einbindung der Ladesäulen (physisch sowie virtuell) als auch die Einbindung der Lade-Navi-App inkl. App-Back-End mündet in dem Gesamtsteuerungssystem, welches die verschiedenen Signale verarbeitet und daraus Steuerungs- oder Informationssignale ableitet und diese (automatisiert) weiterleitet.
Praxistest
Emulation, Bau eines Ladesäulendemonstrators und Realisierung und Betreuung eines Demonstrators in einer echten (produktiven) Parkhausumgebung zur Bewertung und Optimierung der Nutzerakzeptanz.