Intelligent integrieren

Dr. Horst Wolter, Prokurist Produktlösungen bei der SOPTIM AG, Aachen

Dr. Horst Wolter, Prokurist Produktlösungen bei der SOPTIM AG, Aachen

Die Zunahme der Elektromobilität wird zusammen mit dem Ausbau der Erneuerbaren Erzeugung zu einem deutlich ver­änderten Elektrizitätssystem und zu einer erhöhten Belas­tung der Verteilnetze führen. Zur Beherrschung dieser Her­ausforderungen ist ein intelligentes Lademanagement erforderlich, um die Ladewünsche möglichst vollständig zu erfüllen und dennoch das Elektrizitätssystem nicht zu überlasten. Ein gezieltes Lademanage­ment ist allerdings nur auf Basis weitreichender Informationen über die Fahrzeuge, die aktuellen Ladezustände, die aktuellen und voraus­sichtlichen Routen sowie die Interaktion des Fahrzeugs oder der Flotte mit dem Verkehrssystem möglich. Ebenso sind intelligente Anreiz­- und Steuerungsoptionen für ein integriertes Routen- und Ladema­nagement erforderlich.

Forschungsprojekt iMove
An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt iMove an, das eine "IKT-Lösung für intermodale Mobilitätsdienstleistungen und die inte­grierte Steuerung elektrisch betriebener Flotten unter Berücksichtigung prognostizierter Auslastungen von Netzen und Verkehrsmitteln" zum Thema hat.
Basis des Forschungsprojektes iMove ist eine Plattform, die alle erfor­derlichen Daten umfasst. Dazu gehören die Nutzer, E-Fahrzeuge und E-Fahrzeugflotten, die Verkehrs- und Lade- sowie die Elektrizitätsinfra­struktur und Anreizsysteme (etwa E-Mobility Tarife). Darauf aufbauend ermitteln vernetzte Verkehrssteuerungs-, Anreiz- und Lademanage­mentsysteme wirksame Anreize für E-Flotten sowie individuelle Mo­bilitätsnachfrager. Integriert ist eine vorausschauende Engpasserken­nung sowohl auf der Mobilitäts- als auch auf der Elektrizitätsseite.
Da es wohl auch zum Ende der Projektlaufzeit nicht so viele E-Fahr­zeuge geben wird, dass es zu nennenswerten Engpässen im Verteil­netz kommen wird, arbeiten die Forscher im Projekt mit Belastungs­szenarien und virtuellen Fahrzeugflotten. Allerdings werden die Vorgehensschritte so konzipiert, dass sie auf den realen Live-Betrieb ausgerichtet sind. Die Wirkung ausgewählter Anreize auf die Nutzer wird jedoch in einem Feldversuch erprobt, dessen Ergebnisse wieder in die jeweiligen Szenarien und die zugehörige Simulation des Nutzer­verhaltens einfließen.

Teilvorhaben zum Elektrischen Netz
Für eine intelligente Integration der Elektromobilität gilt es zunächst, das Verteilnetz so abzubilden, dass eine Lastflussrechnung beziehungs­weise -schätzung möglich wird. Die besondere Schwierigkeit liegt dabei in der Tatsache, dass insbesondere auf den unteren Spannungsebenen nur sehr wenige Messwerte vorliegen. Im Projekt wird die Aachener SOPTIM AG, die für diesen Part des Projekts verantwortlich ist, gemein­sam mit dem Projektpartner Stadtwerke Stuttgart untersuchen, wie vie­le - oder besser gesagt wenige - Messwerte erforderlich sind, um den Lastfluss in ausreichender Genauigkeit ermitteln zu können.
Insbesondere, wenn mit dem Setzen von Anreizen Engpässe vermie­den werden sollen, müssen die Engpässe vorausschauend erkannt wer­den. Dazu muss der Lastfluss für die nächsten paar Stunden oder Tage bekannt sein, weil es für ein sinnvolles Anreizen notwendig ist, auch die Dauer des Engpasses zu kennen. Dr. Horst Wolter von SOPTIM: "Somit ist eine Prognose von Erzeugung und Verbrauch im Verteilnetz für die nahe Zukunft erforderlich. Im Forschungsprojekt werden wir analysie­ren, ob die Prognose für die wenigen gemessenen Netzknoten ausrei­chend ist." Parallel sind der Ladebedarf und die Rückspeisewünsche der E-Fahrzeuge an den einzelnen Netzknoten für den Vorschauzeitraum in die Lastflussrechnung zu integrieren. Neben den Engpässen werden auch die möglichen Steuerungskorridore ermittelt. Dies sind die techni­schen oder vertraglichen Grenzen, in denen Erzeugung oder Verbrauch oder Ladebedarf oder Rückspeisewünsche erhöht oder gesenkt oder bei den letzteren beiden auch örtlich verschoben werden können, um eine Entlastung des Netzes zu erreichen. Zusätzlich muss bekannt sein, in welcher Höhe ein Verändern von Erzeugung, Verbrauch, Ladebedarf oder Rückspeisewünschen erforderlich ist, um die Engpässe wirksam zu reduzieren. Darauf aufbauend können dann die erforderlichen Anreize ermittelt werden, was allerdings im „Mobilitätsteil" des For­schungsprojektes erfolgen wird. Dort wird auch simuliert, ob und in welchem Umfang die Fahrzeugnutzer im jeweils betrachteten Szenario auf die Anreize reagieren.
Abschließend wird diese Reaktion wieder in das Elektrizitätssystem übernommen, um die Wirkung der Anreize und die Entlastung der Eng­pässe zu quantifizieren.

Beispielhafter Use Case
Wie sieht nun ein denkbarer konkreter Anwendungsfall aus? Frank Hägele, Leiter Geschäftsfeldentwicklung der Stadtwerke Stuttgart skiz­ziert einen beispielhaften Use Case: "Unterstellen wir einmal, dass ein Dienstleister wie DHL oder Hermes seine Flotte auf E-Fahrzeuge um­gestellt hat. Die Ladekapazität an seinem Standort reicht im Normalfall aus, wenn die Ladevorgänge koordiniert stattfinden. Jetzt kommen die Fahrzeuge aber nach einem verkehrs- und damit staureichen kalten Wintertag abends auf den Hof und haben insbesondere in Folge des hohen Heizenergiebedarfs einen erhöhten Ladebedarf. Dies ist auch bei den privaten E-Fahrzeugen in der Nachbarschaft der Fall. In Summe würde es zu einem Engpass im Verteilnetz kommen.
Deshalb werden einige Fahrer der E-Flotte über Anreize gebeten, die Fahrzeuge mit nach Hause zu nehmen und dort zu laden. Dies sind aber nur die Fahrer, in deren Wohngegend trotz des kalten Wintertags ausreichend freie Ladekapazität vorhanden ist." Das Forschungsvorha­ben hat Ende 2017 mit der operativen Arbeit begonnen und zurzeit sind alle Partner mit der Definition des Datenbedarfs und der Datener­hebung befasst. Anschließend werden die erforderlichen Methoden entwickelt und getestet, sodass erste belastbare Ergebnisse gegen Ende 2019 erwartet werden können. Danach wird die konkrete Erpro­bung der Methoden und der Anreizmechanismen erfolgen. 

Die beteiligt Projektpartner und ihre inhaltlichen Schwerpunkte:

•    Hubject GmbH: eRoaming und Frontend zur Anreizsteuerung
•    Tom Tom Development Germany GmbH: Verkehrsnavigation und Ladebedarf
•    Stadtwerke Stuttgart GmbH: Netz• und Elektrizitäts­management
•    SOPTIM AG: Energiemanagement und Engpasserkennung
•    RWTH Aachen University: Forschung & Entwicklung
•    OM • Lehrstuhl für Operations Management (Routing und Anreizmechanismen)
•    158 - Institut für Stadtbauwesen und Stadtverkehr (Mobilitätsbedarf und Szenarien)
•    OR • Lehrstuhl für Operations Research (Back End, Datenanalyse und Algorithmen)
•    Assoziierte Partner
•    Verband Region Stuttgart
•    MHP Management· und IT-Beratung GmbH

Ansprechpartner: 
Stephanie Lemken
Leiterin Kommunikation und Marketing
Tel. +49 241 894 91-4111 

Veröffentlichung:

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