Car2Flex

Der Verkehrssektor, vor allem der Straßenverkehr, stellt eine hohe Umweltbelastung dar. Mit 23,7 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalent und damit einem Anteil von 45,8 % war der Verkehrssektor im Klimaschutzbericht (2019) der Umweltbundesamt GmbH der größte Verursacher von Treibhausgas-Emissionen außerhalb des Emissionshandels. Die Elektromobilität bietet eine mögliche Lösung, um diese Belastung zu verringern. Allerdings braucht es smarte und nachhaltige Mobilitätskonzepte, um Elektromobilität in das Energiesystem von morgen zu integrieren.

Experte Georg Lettner erklärt im Interview die Funktionsweise des bidirektionalen Ladens.

Zielsetzung des Projekts Car2Flex

Das Leitprojekt Car2Flex befasste sich mit drei verschiedenen Anwendergruppen bei Elektromobilität: den Privatnutzer:innen, den E-Fahrzeugflotten (z.B. in Unternehmen) und dem E-Car-Sharing in Mehrparteienwohnhäusern. Im Mittelpunkt stand die Frage, wie – entsprechend der Mobilitätsbedürfnisse der jeweiligen Gruppen – der steigende Anteil von Elektromobilität am besten zu integrieren ist. Zudem sollten die Car2Flex-Konzepte neue wirtschaftliche Anreize schaffen. Etwa mit Lösungen, die den Eigenverbrauch von PV-Strom (PV = Photovoltaik) durch Zwischenspeicherung in der Batterie eines Fahrzeugs steigern. Durch diese optimierte, flexible Batterie-Nutzung kann der Anteil an erneuerbarer Energieerzeugung und -nutzung erhöht und Kosten gespart werden.

Vorgehensweise und Methodik des Projekts Car2Flex

Im Projekt Car2Flex kamen unter anderem bidirektionale DC-Ladepunkte (Gleichstrom) zum Einsatz, zum Beispiel zur Direktnutzung von PV-Strom, der direkt als Gleichstrom genutzt werden kann und nicht mehr in Wechselstrom umgewandelt werden muss. Durch die bidirektionale Funktion kann die Ladesäule auch Strom von der Autobatterie beziehen und nicht wie üblich nur umgekehrt. Speziell entwickelte Algorithmen für optimierte Ladestrategien, beispielsweise zur Reduktion von Netzspitzen und zur Integration zwischen Aggregator- und Buchungsplattformen, kamen hier zum Einsatz. Ein Partizipationsprozess mit Anwender:innen und anderen relevanten Stakeholdern (z.B. Wohnbauträgern, Ladestationsbetreibern, u.v.m.) begleitete die Entwicklungen. Bedürfnisse von Privatpersonen wie Unternehmen fanden Berücksichtigung.

Ein besonderer Fokus im Car2Flex Leitprojekt lag auch auf E-Car-Sharing Anbietern. Diese besitzen eine große Anzahl an E-Autos und können über das Buchungssystem (App) rund um die Uhr nachvollziehen, wo, an welcher Ladesäule und mit welchem Ladezustand sich jedes E-Auto befindet. Jedes einzelne E-Auto bietet dabei Potenzial für zusätzliche Flexibilität, da es bei Stromüberschuss geladen und bei Strombedarf entladen werden kann. Das ist besonders für Aggregatoren interessant, die einzelne Flexibilitäten zusammenfassen (aggregieren) und weitervermarkten.

Die generierten Informationen über die verschiedenen Mobilitätsverhalten halfen dabei, genauere Vorhersagen zu treffen, wie E-Autos optimal in das Netz integriert werden können. Sie lieferten Informationen, wann die E-Autos geladen werden, wie viel sie durchschnittlich bewegt werden und wie viel Ladung sie anschließend wieder benötigen.

Demostandorte Steiermark

Im Zuge des Projekts gab es drei Demostandorte in der Steiermark. Folgende Zielsetzungen wurden dort verfolgt:

• Praktische Umsetzung des bidirektionalen Ladens bei Privathaushalten
• Testung von V2H (Vehicle-2-Home) und V2G (Vehicle-2-Grid) Konzepten
• Technische Integration von bidirektionaler Ladeinfrastruktur
• Einbindung von lokalen PV-Erzeugungs- und Verbrauchsdaten
• Praktische Testung einer so genannten „Digitalen Schnittstelle“ hin zum Verteilnetz, welche den Ladevorgang dynamisch regelt, je nach Netzzustand
• Lade- und Entladesteuerung über eine digitale Plattform, bei der alle Daten zusammenlaufen bzw. über eine nutzerfreundliche Kunden-App

Prototyp einer bidirektionalen Ladesäule im Einsatz der Energie Steiermark © next-incubator

Die bidirektionale Ladeinfrastruktur wurde an drei steirischen Demostandorten technisch erfolgreich installiert. Außerdem wurden PV-Daten, Stromtarifdaten, Verbrauchsdaten in die Steuerungsplattform bzw. App integriert. Erstmals wurde auch eine „Digitale Schnittstelle (DSS)“ zum Verteilnetzbetreiber demonstriert, die die Ladeleistung dynamisch an den Netzzustand anpasst. Spezielle Netzsensoren, die bei Ortsnetztransformatoren und Niederspannungsabgängen installiert wurden, senden dabei Live-Netzdaten zur Car2Flex-Plattform. Dies ermöglicht das dynamische Abregeln bzw. Erhöhen der Lade- und Entladeleistung bei bidirektionalen Ladestellen je nach Netzzustand. Für die Steuerung wurde ein spezieller Netzregler entwickelt. Unterschiedliche Bertriebsmodi für gesteuertes Laden wurden praktisch getestet (PV-Überschuss, nach Leistung, nach Tarif etc.). Bidirektionales Laden Vehicle-2-Home und Vehicle-2-Grid wurde erfolgreich getestet.

Herausforderungen für das Projekt und die Implementierung von bidirektionalem Laden in das Energiesystem

Eine große Herausforderung besteht darin, dass die meisten Fahrzeughersteller das bidirektionale Laden immer noch nicht offiziell freigegeben haben und der ISO-Standard 15118-20 bis dato nicht umgesetzt wurde. Im Projekt Car2Flex konnte das bidirektionale Laden deshalb nur mit Hilfe eines speziellen Workarounds umgesetzt werden. Dies hat eine langfristige und umfangreiche Testung des bidirektionalen Ladens nicht möglich gemacht.

Auf den Punkt gebracht und erklärt: Video zum Projekt Car2Flex