Untersuchung Potentiale gesteuertes Laden unter Nutzung der vollen Kommunikationsmöglichkeiten zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug: "Gesteuertes Laden V3.0"

FuE -Programm "Förderung von Forschung und Entwicklung im Bereich der Elektromobilität" des Bundesministeriums für Um we lt, Naturschut z , Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) Gemeinsamer A bschlussber icht Vorhabenbe zeichnung: Untersuchung Potentiale gesteuer t es Lad en unter Nutzun g der vollen Kommunikationsmö glich keiten zw ischen Ladeinf rastruktur und Fahrz eug: „Gesteuerte s Laden V3.0“ Laufzeit des V orhabens: vom: De zember 2012 bis: De zember 2015 Zuwendungs em pfänger: (Auflistung a ller Verbundp artner) BM W AG, 8 0788 München E W E AG, 26123 Oldenburg Clean Energy Sourcing GmbH, 04109 Leipzig Fraunhofer Gesellschaft IOSB-AST, 98693 Ilmenau Technische Universität Ilmenau, 98693 Ilmenau Technische Universität Chemnitz, 09107 Chemnitz Förderk ennzeichen: (FKZ´s en tsprechend der links an gegebe nen Verbundp artner) 16EM 1072 16EM 1073 16EM 1074 16EM 1075 16EM 1076 16EM 1077 U n t e r s u c h u n g P o t e n t i a l e g e s t e u e r t e s L a d e n u n t e r N u t - z u n g d e r vo l l e n K o m m u n i k a t i o n s m ö g l i c hk e i t e n z w i s c h e n L a d e i n f r a s t r u k t u r u n d F a h r z e u g : Ge s t e u e r t e s L a d e n V 3 . 0 Förderkennzeichen: 16EM1072, 16 EM 1073, 16EM 1074 16EM1075, 16 EM 1076, 16EM 1077 Projektlaufzeit: 12/2012 bis 1 2/2015 FuE -Pr ogramm "Förd erung von Forschu ng und Entw ick- lung im Bereich der Elektr omobilität" des Bundesmi nisteriu ms für U mw elt, Natursc hutz, B au u nd Reaktorsich erheit (BM UB) - Endbericht – Zusammenfa ssung und Teil 1 Stand 30 .6 .2016 Seite 2 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 Inhaltsverzeichnis L ITERA TURVERZEICHNIS .................................................................... 8 1. Z IELSTELLUNG ....................................................................... 13 2. V ERGLEICH DER P ROJEKTERGEBNISSE ZUM INTERNA TIONALEN S T A ND DER T ECHNIK ....................................................................... 14 3. Z UKUNFTS A USSICHTEN UN D WEITERER F&E-B ED A RF ............... 15 4. B EITRA G ZU DEN FÖRDERPOLITIS CHEN Z IELEN DES B UNDESMINISTERIUMS FÜ R U MWELT , N ATURSCHUTZ , B A U UND R EAKTORSICHERHEIT (BMUB) ........................................................ 17 5. TP 1 S YSTEMINTEGRATION - E INLEITUNG ................................ . 19 6. E RGEBNISSE DES TP 1 - S YSTEMINTEGRA TION ......................... 19 6.1. A P 1.1 Ge samtsy stem -Architektur ............................................................. 19 6.1.1. Ziel ...................................................................................................................................................... 19 6.1.2. Ergebn is .............................................................................................................................................. 19 6.1.3. Heraus forderungen / Ausblick ............................................................................................................. 23 6.2. A P 1.2 Fa hrzeug ........................................................................................... 25 6.2.1. Ziel ...................................................................................................................................................... 25 6.2.2. Ergebn is .............................................................................................................................................. 25 6.2.3. Heraus forderung / Ausblick ................................................................................................................. 27 6.3. A P 1.3 A nzeige -/ Bedienkonzept ( A BK) ...................................................... 27 6.3.1. Ziel ...................................................................................................................................................... 27 6.3.2. Ergebn is .............................................................................................................................................. 28 6.3.3. Heraus forderung/ Ausbli ck .................................................................................................................. 30 6.4. A P 1.4 Bac kendstruktur ............................................................................... 31 6.4.1. Ziel ...................................................................................................................................................... 31 6.4.2. Ergebn is .............................................................................................................................................. 31 6.4.3. Heraus forderungen / Ausblick ............................................................................................................. 32 6.5. A P 1.5 Ge samtfunktion ................................................................................ 33 6.5.1. Ziel ...................................................................................................................................................... 33 6.5.2. Ergebn is .............................................................................................................................................. 34 7. V EHICLE - TO - G RID ................................................................... 36 7.1. Begriffsabgrenzung Vehicle- to -Grid ........................................................... 36 VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 3 vo n 53 7.2. A nw endungsfälle für Rückspeisen ............................................................ 36 7.3. Umsetzungsmöglichkeiten für V2G ........................................................... 39 7.3.1. DC Off-Board ...................................................................................................................................... 40 7.3.2. AC On-Board ...................................................................................................................................... 41 7.3.3. Vergleich von DC Off-Bo ard und AC-On Board .................................................................................. 46 7.4. Fahrzeugseitige Randbedingungen für Rückspeisen .............................. 47 7.5. Hochvoltspeicher ......................................................................................... 47 7.5.1. Randbedingungen und grundlegende Einflussgrößen ................................................................ ........ 47 7.5.2. Projektsynergien „Gesteuertes Laden V3.0 “ mit F orschung spro jekt „Grid on W heels“ (University of Delaware, USA) ..................................................................................................................................................... 48 7.5.3. Simulation der HVS-Be lastung ............................................................................................................ 48 7.6. Steuergeräte ................................................................................................ . 50 7.6.1. Betriebsfestigkeit ................................................................................................................................ . 50 7.6.2. W eckzyklen ......................................................................................................................................... 51 7.7. Erlöse und Kosten-Nutzen .......................................................................... 51 7.8. A usblic k ........................................................................................................ 52 Seite 4 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 A utore n- / Teilprojektleiterverzeichnis Pfab, Xaver - BMW AG, 80788 München W esterburg, Michael - EW E AG, 26 123 Oldenbur g Fritsche, T obias - C lean En ergy Sourc ing GmbH, 041 09 Leip zig Bretschneider, Pe ter, Dr. In g. - Fraunhof er Gesellsc haft IOSB - AST, 98693 Ilm enau W estermann, Dirk , Prof. Dr. Ing. - T echnische Univers ität Ilm enau, 98693 Ilmenau Krem s, Josef, Prof. Dr. - T echnische Universit ät Chem nitz, 09107 Ch em nitz VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 5 vo n 53 A bkürzungs verzeichnis ABK Anzeige-/ Bedienk onzept AC Alternating Curr ent (W echselspannu ng) AP Arbeitspak et AV Audio and Video BMU Bundesm inisterium für Umwelt, Nat ursc hutz und Reaktors icherhei t ca. Circa CCS Com bined Charging S ystem CE Consum er Electronic CO2 Kohlendioxid D Deliverable DC Direct Current (G leichspan nung) EE Erneuerbare En ergie E/E Elektrik /Elektronik E2E End- to -End EEG Erneuerbare En ergien Ges etz EKGQ Eigenschaften, Kosten, Gewic ht, Qualität EV Electric Vehicl e EVSE Electrik Vehicle Suppl y Equipm ent (Ladetechnik ) EVU Energieversorgu ngsuntern ehm en g Gramm GL Gesteuertes Lad en GSG Gewerbesied lungs -Gesells chaft GSM Global System for Mobile C omm unications h Stunde HCI Hum an Com puter Interaction HVS Hochvoltspeicher IEC International E lectrotechn ical Comm ission IEEE Institute of Electrica l and El ectronics Engineers IETF IKT INT Li -Ionen Internet Eng ineering T ask Force Inform ations- und Kom m unikationstechnolog ie Version für T es t und Absicherung Lithium - Ionen LIM Ladeinterf acemodul ISO International Or ganization f or Standard ization ISP Internet Serv ice Provider ITU International T elecomm unication Un ion LL M Lokales Lastm anagem ent Mio. Million en MRL Tertiärr egelleistung oder Mi nutenreserve MW Megawatt MWh Megawattstund e Na/NiCl NaS Natrium -Nick elchlorid Natrium Schwefel OEM ÖL M Original Equipm ent Manufa cturer, Aut ohersteller Öffentliches Lastm anagement PKW Personenk raf twagen PLC Power-Lin e-Comm unication PRL Primärr egelleistung PROD Version für den Produk tiv-B etrieb Seite 6 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 PV Photovoltaik SOC State of Charg e SRL Sekundärregel leistung TP Teilprojek t UCTE Union for the Coordinati on of the T ransm ission of Electricit y ÜNB Übertragungsn etzbetreiber V1.0, 1.1, 2.0 VDE VDI Version VDE Verban d der Elek trotechnik Elektronik Inform ationstechnik e.V. Verein Deutsc her Ingenieur e e. V. VNB Verteilnetzbetr eiber V2G Vehicle- to -Grid V2H „Vehicle to Hom e“ (Rück speisung in lok ale Netze) W2V W ind- to -Vehicle W2V2G W ind- to -Vehicle- to -Gr id Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Mög liche An wendungsf älle für Vehic le - to -H om e (V2H). ............................................... 37 Tabelle 2: Mög liche An wendungsf älle V2G. ................................................................................... 38 Tabelle 3: Mark tübersicht r ück speisefähiger Sys teme. .................................................................. 38 Tabelle 4: Koste n und Auswirk ungen für ein b idirek tionales On - Board L adegerät. ....................... 41 Tabelle 5: Zuläs sige Ge bra uchsf risten für Strom zähler - Aus zug aus Mess -und E ichverordnu ng – MessEV §§34f f, Anhang 7 .................................................................................. 42 Tabelle 6: Koste n für ein Gerät zur geeichten Energie m essung im Fahr zeug. .............................. 43 Tabelle 7: Aus zug aus VDE - AR -N 41 05:2011 -08 zur G ewährleist ung eines sicher en und zuverlässigen A nschlusse s und Para llelbetriebs v on Er zeugungsanlagen am Niederspannun gsnetz. ....................................................................................... 44 Tabelle 8: Hard warek osten f ür ein S ystem zur Span nugsf reischaltung im Fahr z eu g. .................. 45 Tabelle 9: Prog nostizierte Kosten f ür V2G außerha lb des Fahr zeugs. .......................................... 46 Tabelle 10: Ver gleich von V or - und Nachte ilen der V 2G -Varia nten DC Of f -Board und AC- On - Board. ................................................................................................................. 46 VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 7 vo n 53 A bbildungs verzeichnis Abbildung 1: Zie lbild der S ystem architektur Ges teuertes Laden V 3.0 ................................ ........... 19 Abbildung 2: Unt ersuc hte Kom m unikationsvarianten in der Gebäudeinst allation ......................... 21 Abbildung 3: Ver einfachte Funk tiosstruk tur in der S ystem architek tur ........................................... 21 Abbildung 4: IKT Architek tur T est-Ladeinfrastruk tur bei BMW ...................................................... 22 Abbildung 5: Abs icherung d es Gesam ts y stem s m it den BM W ActiveE an der T est - Ladeinfrastruk tur bei BMW ................................................................................. 22 Abbildung 6: Be ispielhafte Ergebnisa uswertung e ines Integrations stufentests im Rahm en der Absicherung ....................................................................................................... 23 Abbildung 7: Ver bindungs abbrüche zwischen dem BMW -Backend und den angesc hlossenen Elektrofahr zeugen in den P hasen 1 und 2. Als Ver bindungsab bruch wur de gewertet, wenn die Verbi ndung zum Back end besteht, abbricht , und sich dann nicht innerha lb von 90 S ekunden wi ed er aufbaut. N icht ge wertet wurden Abbrüche beim Beenden d es Ladev organgs durch einen Einsch lafvorgang des Fahrzeug-B ordnet zes beendet wurde. ............................................................... 24 Abbildung 8: La deinfr astruktur f ür die Probebetr iebsph ase 3 am GSG -Gelände .......................... 25 Abbildung 9: Mo difik ationen am BM W ActiveE zur Im plem entierung der P LC - Schnittstelle ........ 26 Abbildung 10: Sm artphone -App - Übers icht und E ingabe d er benötigte n Batterie ladung ............ 28 Abbildung 11: Sm artphone -App - Einga be der Abf ahrtszeit ......................................................... 29 Abbildung 12: Sm artpho ne- App - Inc entivierung - Ak tueller Punk testand, einze ln und im Comm unity-Vergle ich ......................................................................................... 29 Abbildung 13: Re lease Not e der Absich erung GLv3.0 App iOS 8 ................................................. 30 Abbildung 14: Ergebnis Poolperf ormance aus Inte nsivteam Regelgüte ....................................... 32 Abbildung 15: Feh lerbeseit igungs - und Absicherungspr o zess ...................................................... 34 Abbildung 1 6: Anforderun gen a us T ransmiss ion Code für Tm ining bei SRL Erbr ingung .............. 35 Abbildung 17: Sch em atische Darstel lung der p hysikalisc hen Verte ilung der wichti gsten Komponenten d er zur Disk uss ion stehenden Var iante n für die Rea lisierung einer Rück speisef unktion im Elek trofahrzeug: DC Off -Board und AC O n- Board. ................................................................................................................. 39 Abbildung 18: V erlänger ung der Gü ltigk eitsdauer - Aus zug aus Mess -und E ichverordnun g – MessEV §§34f f, Anhang 7 ................................................................................. 42 Abbildung 19: E ingangsgrö ßen und Ablauf S imulation. ................................................................ . 48 Abbildung 20: Re gelles itungss ignal aus dem Projek t "Grid in W heels" der Univers ität Delaware. 49 Abbildung 21: Ä nderung de r Anzahl a n Beanstand ungen für HV S1 in Abhäng igk eit der Nut zung für V2G. .............................................................................................................. 49 Abbildung 22: Änderungen der An zahl an Beansta ndunden f ür HVS2. ....................................... 50 Abbildung 23: V orgehen zu r Erm ittlung der für V2G nut zbaren Ze it. ............................................. 50 Abbildung 24: Nu tzbare Ze it für V2G j e Fahrert yp. ........................................................................ 51 Abbildung 25: K ask adierte Erlössituat ion bei S ystemdi enstleistungen . ........................................ 52 Seite 8 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 Literaturv erzeichnis Sauer, D.U. B. L. ( Mai 2013). Potential von BEV und PHEV für Net zserviceleistung en, Netzservicele istungen – Po tential der Fa hr zeuge – Ein fluss auf die Lebe nsdauer der Batteri e. Kowal, J. (Nov 201 4). Möglichk eiten zur Do ppelnutzung von Fahr zeugbatterien für di e Netzunters tützung. Shinzak i, S. S. (Apr 2015 ). Dep lo y m ent of Vehicl e - to -Grid T echnolog y and R elated Issues. SAE Tec hnical Paper 2015- 01 -0 306. doi:10 .4271/201 5- 01 - 0306 VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 15 von 53 „Gesteuertes L aden V3.0“ hat auf dieser Basis darges tellt: • Die Im plementierung des zum Pr ojektzeitraum verfügbaren Arbe itsstandes der I SO 15118 in Form einer Powerli ne-K omm unikationsschnitts telle sowohl in de n während des P robebetrie bs verwendeten Ladestellen (W allboxen der Fa. KEBA) als auch in einer eigenen Entwick lung der Fa. E W E (Ges teuerter He im ladepunkt) • Datenaustaus ch zwischen dem Elektrofahrzeug u nd ein em Back endsy st em m it t y pischen Delayzeiten v on unter 3 Se k unden • Datenaustaus ch und I nterak tion zwischen dem Elektrofahrzeug und d em Kunden m ittels einer Sm artphone-App m it typischen Dela yzeite n von unt er 5 Sek unden • Ladeplan- basierte Steuerung von Ladevorgän gen nac h dem „fail s afe“ Prinzip: auch bei e iner Unterbrechung od er gar de m Ausfall der Kom m unikationsverbindung ist das vollständ ige A uf- laden der Batter ie des betr off enen Elektr ofahrze uges unter a llen Um s tänden gewährleistet. • Der Kunde hat zu jedem Zeitpunkt die notwendigen Inf orm ationen z um laufenden La devor gang und eine Eingrif fsm öglichk eit • Skalierbares Steuerungss ystem für einen be liebig gr oße n „ Pool“ von Elektr ofahr zeugen, m it ausreichend ho her Dynam ik , t y pische n R esponseze iten von 1 0 Sek unden und au sreichender Regelgüte zur Erfüllung der Anforderungen des T ransm issioncodes der deuts chen Übertra- gungsnetzbetr eiber für Sek undärre gelleistung. Zur Frage der zusät zlichen Belastun g der Strom netze durc h Elek trom obilität l agen zum Zeitpunkt der Projek tinitialisierung teils n u r sehr allg em eine Untersuchungen und Einschät zunge n, teil s nur an lokalen, spezifischen Gegeb enheite n ausg erichtete Unt ersuchunge n vor. M it dem Arbeitspak eten des T P4 wurde ein m ethodischer Si m ulationsansat z aufgebaut und e ingeset zt zur Unt ersuc hung ty pisc her Netztopologi en und existie render N et ze d er Verteiler netzbetreiber EW E Net z G m bH und Strom netz Berlin Gm bH. Ein parallel ent wick eltes „Öffentliches Lastm anagem ent“ ( ÖLM) wurde nicht nur in der Simulation, sonder n auch im laufenden Probebetri eb getestet. 3. Zukunftsaussich ten und w eitere r F&E-Bedarf Gesteuertes Lad en (GL) wi e im Projek t dargestellt ers chließt neue Potenziale zur Erbringung von Re- gelleistung und unters tüt zt dam it direk t die I ntegrati on der fluk tuierenden E inspeisun g erneuerb arer Energien (E E). N eben d ieser An wendungs m öglichkeit sind grun dsät zlich auch Verm arktungsm öglich- k eiten ausserhalb des h eute definierte n Mark tes für Rege lleistung m öglich, welche zudem gegeb enen- falls bess er g eeignet sind als d ie durch h ohe sicherh eitstechnisc he Anforder ung en g ek ennzeichneten heutigen Rege lleistungsf orm en: • Im aktuellen deutschen energierecht lichen Rahm en sieht der §14a des Energie wirtschaf ts- gesetzes bereits auch ausd rück lich Elek trofahrzeuge als verwendbare schaltbare Verbrau- cher vor. Hierzu wird die k onk rete Ausge st altung pas send für Elek trofahrzeuge em pfohlen, welche den s pe zifischen G egebenh eiten w ie Inform ations - und Kontrollbedürf nis des Elekt- rofahrzeug- Kunden und der bereits vorh andenen Einb indung des Elek trofahr zeugs in d ie IKT-S y stem architektur von Fahr zeug-Herste llern einers eits und dem k ünf tigen IKT -Verbund des Sm art Meter Gate way Rechnung trä gt. • Auch der Intra da yhandel mit seinen Produk ten im Zeitb ereich v on einer Stunde bis zu vier- telstündlichen Zeitsc heiben kann für den wirtschaftlich en Einsat z der Flexibilität b eim Laden wertige Pers pektiven b ilden. • Das bereits oben er wähnte Pilotprojek t „Charge For ward“ in d en USA m it der Vermark tung in s ehr einfachen F orm en der Reg elleistung ers cheint aufgrund der einf achen Um set zbar- k eit geradezu als Blaupaus e auch für de n deutsc hen Mark t. Seite 16 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 • Mit dem entwick elten techn ischen System ist auch eine direk t an die EE- Eins peisung ge- k oppelte Ladesteueru ng m öglich. Bei k ünf tigen, noch weit aus hö heren Einspeiseleistun gen aus EE-Q uellen könnte d as bereits im Vorgängerprojek t „G esteuertes Laden V2.0“ entwi- ckelte Verf ahren „W ind to vehicle“ (W 2V) die Nut zung von Üb ersc hußm egen m it unterstüt- zen. Die Kopplung der Sektoren Energie und Verk ehr würde m it allen diesen Anw endungs- m öglichkeiten direk t unterstützt. Zusamm enfass end stellen sich folgende , weitere Fors chungsf ragen auf dem W eg zur k omm erzi ellen Nutzung von GL: • Wertigkeit des GL v on Elektrofahrzeugen als Flexib ilitäts- un d Speicherpot enzial im Vergleich z u altern ativ en Technologien im Wettbewerb : Bereits m it dem Ausbauziel der Bundesregierun g von einer Mil lion Elek trof ahrzeugen in 2 020 erwäc hst ein Flex ibilitätspo- tenzial, das bere its einen er heblichen T eil des Bedarf es an Re gellei stung abdeck en k önnte. Die Frag e ist, ob die Nutzung dieses Potenzials im W ettbewerb der T echnologien, beispiels- weise ge gen konventione lle T echnologien wie Pumpspeicherk r aftwerke oder an dere auf- k ommende T echnologien wie „ Power to Heat“ wirtschaf tlich attra k tiv eingesetzt werde n k ann. Auch volk swirtschaf tlich / pol itisch k önnten sich Vortei le erg eben, beispi elsweise durch eine m ögliche Verm ei dung v on Großproj ek ten wie neuen Pumpspeicherk raftwerk en oder dem Ausbau des Str om netzes, da die gesel lsch aftliche Ak zeptanz so lcher Großpro- jek te in Deutschland k aum noch g egeben ist. • Technische He rausforder ungen des Rück speisens und des w irtschaftlichen Verb es- serungspotenzial s: Neben dem Flexibilitätspot enzial hat Elektrom obilität das Poten zial der S peicherk apazität der F ahrzeugbatterien , d as m it zwei Mi llionen Fahrzeugen in die Gr ö- ßenordnung d er Summ e aller der zeitigen P um pspeicherk raftwerke in D eutschl and vorsto- ßen wird. Der Schlüssel da zu ist die Fä higkeit von Elek trofahrzeugen, Strom in das Net z rücks peisen zu k önne n. Geprägt durc h die Auswirk ungen d er Katastrop he in F ukus hi m a, Japan, 2011, biete n einige j apanische F ahr zeugherste ller bere its Elek trof ahrzeuge m it der Befähigung z um Rücks peisen an. A ufgrund des fehlenden Gesam tkonzeptes und ei ner un- k laren W irtschaftlic hkeitsperspek tive wi rd diese Eigenschaf t je doch noch nicht genutzt. Kla- rer Forschungsbedarf besteht einerseits in Richtung des en ergie - und v olk swirtschaftlichen Nutzens sowie der Entwick lung k osteng ünstiger technisc her Lösungen f ür rücks peisefähige Elektrof ahrzeuge u nd La des y s tem e einschließlich der notwendige n Ste uerungs s y stem e und Verm arktungsm öglichkeiten. • Regulatorischer Handlungsbed arf zur kons equen ten Sektor Ko pplung z w ischen Energie un d Verkeh r: Di e vollständige Um stellung der bereitgeste llten E nergie alleine fü r den PK W -Verkehr in Deu tschland v on 37 M illionen Tonnen Mineralöl- basierte n Kr af tstoffen auf Strom aus EE würde den Energi ebedarf von 400 T erawattstunden auf c a. 100 T era- wattstunden redu zieren u nd dam it grob die Größenordn ung von 100 M il lionen Tonn en CO 2 verm eiden können (Quellen: BMVi, BMUB, Zahl en für 2014). Die Erreichbark eit dieses Po- tenzials s etzt neben des D urchbruchs der Elek trom obilität auch d ie k onsequente Vers or- gung der Elek trom obilität m it EE voraus. Eine f unk tionale K opplung d er Sek toren En ergie und Verk ehr k ann und m uß die Nutzung der Flexibilitäts - un d Speicherkapazitätspo tenziale von Elektrofahr zeugen mit einschließ en. Der Staat Kalifornien, USA , hat dazu bereits 2014 die „California Vehicle -Grid Integration (VGI) R oadm ap ve rabs chiedet, m it der Vision: VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 17 von 53 „Electric vehicl e cha rgin g creates a recipro cal rel ationship betw een batter y -pow ered cars and the pow er grid in a way th at produces mutual ben efits. With out compromisin g the driv ing habit s of consumer s, incentiv es should b e pursued a s a w ay to aggregate v ehicle charging to dev elop valuable grid services.” (Quelle: Californi a Vehicle - Grid Integrat ion (VGI) Roa dm ap, Februar 2014, CaI SO, CEC, CPUC, CARB) Eine um fass ende wissenschaf tliche Bewertung de s erschließ baren Nutzen und der Übertra gbark eit a uf Deutschland b zw. die EU wird em pf ohlen. 4. Beitr ag zu den för derpolitischen Zielen des Bundesmi nisteriums für Um w elt, Natu rsch utz, Bau un d Reaktorsicherh eit (B MUB) Gesteuertes Laden (G L) wi e im Projek t „Gesteuertes Laden V3.0“ darge stellt, ers chließt neue Pot enzi- ale zur Erbringun g von Reg elleistung und unterstüt zt dam it direkt die Integr ation d er wachsende n f luk- tuierenden Einspeisung erneuerb arer Energien (E E). Über di ese m ögliche Verm ark tungsform hinaus ist m it dem entwick elten t ech nischen S ystem auch eine direk t an d ie E E -E inspeisung gekoppe lte La de- steuerung m öglich. Die Kopplung der Sektoren Energie und Verk ehr wird durch GL funk tionale Realität m it dem Doppelnutzen „ V er besserte EE-Int egration in d en S ektor Energie  erhö h te Ber eitstellung v on EE für den Sektor Verk ehr“. Das Bewuss tsein zur Verwendung nachhaltig er zeugter Energ ie ist nach wie vor in der B evölk erung nur relativ gering ausge prägt. So betru g der Anteil der bu ndesdeutsche n Ha ushalte m it einem Grünstrom vertrag im Jahr 2013 nur ca. 22% (Quel le: statista.com ). Bei K unden m it Elektrofahr zeugen ist das Nachha ltigkeitsbe wusstsein weitaus stärk er ausgeprägt: So haben beispie lsweise ca. 70% aller BM W i3 Kunden e inen Gr ünstrom vertrag f ür ihre n Haus anschluß, ca. 45% betreiben ei ne eigene Photovoltaikanl age (Quelle: Fors chungsprojek t PREMIUM, Erhebun g 2 015). M it dem in „G est euert es Laden V3.0“ e ntwickelten Incentivierun gss y s tem ist ei ne Mög lichkeit geschaff en worden, d as K unden - / Verbraucher verha lten noc h stärk er positiv im Sinne des optim alen Eins atzes von EE b eeinflussen zu k önnen. Eine Prüfung der Übertra gbark eit in an dere Bereiche des Um gangs m it Energie ersc heint em pfehlenswert. Seite 18 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 A utorenverzeichnis für das Teilp rojekt 1 Xaver Pfab BM W AG Tim Skerra W hiteblue Consulting Gm bH Dr. Jens Berger BM W AG Florian Birnthaler BM W AG Dr. Guercan G ueles ir BM W AG Stefan Scharinger W hiteblue Consulting Gm bH Lothar Sim s W hiteblue Consulting Gm bH VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 19 von 53 5. TP 1 Sy stemintegration - Einleitun g Die Zielsetzu ng des T eilproj ek tes 1 - Sy st em integration ist das Zusam m enführen der einzeln en Kon- zeptideen d er Konsortia lpartner u nd derer str ategisch en Zie le zu einem gem einsam en Zielbild , s owie im weiteren Projek tablauf die Int egration der einzelnen Komponenten und T eilsystem e zu einem stim- m igen und funk tionsgerech ten Gan zen. B M W übernahm im Konsortialpr ojek t diese herausf ordernde Aufgabenste llung neben der Rol le des Konsortialführer s: Da ein A utom obilhersteller bei seiner Pr oduk t- entwick lung heu te i n höchstem Maße auf die Kom peten z zur Integrat ion vielf ältiger eig e ner und Zulie- ferer- Sy st em e angewiesen ist, ers chien BMW besonders prä destiniert zur Ü bernahm e di eser R olle . Durch den Einsa tz von Exp erten aus der G esam tf ahrzeugentwick lung und der E/E -(Elek trik/Elektr onik) Systemintegrati on stellte BMW das entsprechende Kno w-How dem Verbundproj ek t zur Verfügung. 6. Er gebnisse des T P 1 - Sy stemintegration 6.1. A P 1.1 Gesamtsy ste m- A rchitektur 6.1.1. Ziel Ziel des Ar beitspak ets war die Besc hreibung d er G esam tarchitektur des techn ischen S ystem s und die Festlegung des Zielbi ldes für die Ges am tarchitek tur. Dazu brachten alle Projek tpar tner Know- Ho w, Lö- sungsbausteine und Z ielvor stellungen in das Projekt ein. Zur Sichers tellung des Er folges des Gesam t- vorhabens erf olgt im AP 1. 1 eine O ff enlegung der Inp uts aller Projek tpartner, Identifik ation aller Ge- m einsamkeiten u nd Unt ersc hiede in de n L ösungss zenarien und die Erarb eitung ei nes gem einsam en für alle Partner tr agfähige n Zielbildes. 6.1.2. E rgebnis BM W f ührte in seiner Ro lle als Projek tleitung und Konsortialführer ein s ystem atisches Anf orderungsm a- nagement ein, um die Anf orderungen a ller Stakeho lder des Projek ts, z.B. technis che Regulatorie n des Energiem arktes, aufzun ehm en und für die Projek trealis ierung zu bewerte n. Abbildung 1: Zielbild der Systemar chitektur Ges teuertes Lade n V3.0 Seite 20 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 In Zusamm enarbeit m it den Projektpartnern wurde ein gemeinsam es Zi elbild für ei ne technische S yste- m architektur entwick elt, be wertet, festge legt und im Rahm en des Projek ts umgeset zt. Da m it der im Projek trahmen definerten Fahr zeugflotte von 10 BMW Activ eE nicht annähernd d ie der zeit geltende Mindestverm ark tungsschwelle von 5 M W in der Sek undärregelleistung erbracht werde n kann, wurde eine m odellhafte Dars tellung e ines Re gelleistungs betriebs und dessen Ver m arktung im Konsor- ti um festgelegt. D aher wur de vor a llem die R olle des Übertragungsn etzbetr eiber s ( ÜNB) und dessen technischem System von der TU Ilm enau m odellha ft abgebi ldet. Eine grund legende Anforderung war weiter, das s zwei „k onk urrierende“ Geschäf tsmodelle m it de m Gesamts y stem abgebildet und geg enei- nader gefahren werden k önnen: die Steuerung d es Fahrzeug - Po ols einerseits m it d en Mitteln und Mö g- lichkeiten eines Ak teurs aus der Energiewirtsc haft, hier repräsentiert durc h die EW E AG , besonders gekenn z eichn et durc h eine n eingeschränk ten Zu griff auf Fahr zeug- und Kundenin form ationen. D em ge- genüber a ls Ak teur ei n OE M, h ier repräse ntiert durch die BMW AG , gek ennzeichnet durc h de n vol len Zugriff auf Fahr zeug- un d Kundeninform ationen im Rahm en der seit Jahren genutzten Konn e ktivität zwischen Fahr zeug, BM W Connected Drive und sp ezif ischen Sm artphone A pplik ationen. Eb enso war die Im plem etierung eines m öglichen zukünf tigen Last m anagem ent - Sy st em s eines Verteilernet zbetrei- bers (VNB) vorzusehen. Neben dem technischen Z ielbild des Gesam ts y stem s k onnte das Ko nsorti um auf Basis dessen a lle s y stem bestimm enden Anforderungen auf oberster System ebene ableiten und so Festlegungen für z .B . die eingesetzten Komm unik ationskanäle zwischen den unters chiedlichen Systemk om ponenten treffen. Das i n Abbildung 1 da rg estellte Zielbild zeigt nicht nur den technischen Systemauf bau des Gesamts y s- tem s, sondern auch das no twendige R ollenm odell al ler an der p ilotierten Um setz ung beteiligten Mark t- akteure. Entsprechend der einzelnen Teilprojek te des Förderproj ek ts wurden die unterschiedliche n Ro l- len des Energi em arktes durch verschiede ne Projek tpartner dargeste llt. Ein deta illiertes Ro llenm odell der heutigen Marktsituation des En ergiem ark tes, sowie eine perspek tivische W eiterentwick lung dess en findet sich im Teilprojek t 3 – Sm art Mark ets. Die Komm unik ationsstrecken zwischen den v erschiedene n Back ends y s tem en wurden en tsprechend den Anforderun gen des T ransmissioncodes der deutsc hen Übertragungsne tzbetreiber (ÜNB) a ngelegt . Die Verbindung zwischen dem BM W - Backend und dem Elektrof ahrz eug unterglie dert s ich i n d ie f olgen- den Teilstreck en: 1. BMW -Back end - Router de s Pilot-K unden: DSL-F estn etz 2. Router des Pilot -Kunden – W allbo x: alternativ Ethernet, PLC - Komm unik ation, W LAN-Komm u- nikation 3. W allbo x – Elek trof ahrz eug : PLC-Komm unikation über T yp2-Ladekabel Alternativ wurde bei einige n Kunde n m it schwierigen Installat ionsbedingung en u nd erhöhte m Installati- onsaufwand f ür die Streck e 1 – 2 ein GS M-Mo dem direkt an der W allbox eingesetzt. VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 21 von 53 Abbildung 2 : Untersu chte Komm unikations varianten in der Gebäudeinstal lation Abbildung 3: Vereinfach te Funktiosstru ktur in der Systemarchite ktur In Rahmen ei nes intensiven Entwick lun gs - und Absich erungsprozess es konnte das Gesa m ts y stem ter- m ingerecht z um Start des Pilotbetriebs beginne nd mit de r ersten Probebetriebsp hase ab dem 3.3.2014 in Betr ieb genom m en werden (s iehe auch TP 6). Das G esam ts ystem wurde während des gesam ten Probebetriebs über die drei Phasen hinweg ständig w eiterent wick elt und b asiere nd auf den Nutze rr ück - m eldungen stet ig optim iert. Dazu wurde das Gesamtsystem pa rallel in einer „ INT “ -Version (f ür Test un d Absicherung) und einer „ PROD “ -Version (für de n Produk tiv-Betrie b) aufgeb aut und b etrieben. Seite 22 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 Abbildung 4: I KT Archite ktur Test-Ladeinfr astruktur bei BMW Abbildung 5 : Absicher ung des Ge samtsystem s mit den BM W ActiveE an de r Test-Ladeinfrastru ktur be i BMW VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 23 von 53 6.1.3. He rausforderung en / Ausblick Die Absicherung ein es Gesamts ystems bestehend aus fünf Backends y stem en, den beschriebe nen Komm unik ationsschnittstellen, so wie dem Lades ystem m it der W allbox, dem Elek trofahrzeug und der Sm artphone-App a ls Nutzer schnittstelle s tellte e ine be sondere Hera usforderung dar, welche n ur durc h eine sehr eng e Zusam m enarbeit der Projek tpartner so wie eine stra f fe T estplanung und D urc hführung be wältigt werden k onnte. Für die Um setzung m öglicher k ünftiger Serienlösungen sind hierzu zu em pfehlen : • Organi sat ion eines Part ner- übergreifende n Projek tteams m it enger Zus amm enarbeit auch über die Unternehm ensgren zen hinweg • Im Vorf eld Erarb eitung notwend iger St andards u nd N orm en f ür Komm uni k ationsschnittste llen (Beispiel ISO 15 118) • E nge Kopplung v on tech nischer Systement wicklung und G eschäfts m odell - Entw ick lung (Bei- spiel: Incentivierun gss y st em e) Die Komm unikationsstrecken und di e Zu verläss igkeit der Kommunik ationsverbindungen bedurften wäh- rend der Entwick lung und über die gesam te Probebetriebs zeit besonderer Aufm erksamkeit: Bereits bei der Installation der W allboxen bei den P ilotk unden m ussten teils m ehrfach die oben beschrie benen Varianten f ür die Komm unik ations-T eilstrecken 1 und 2 vor Ort geteste t werde n, um die bestm ögliche und insta llierbare Lösung zu identifi zieren und auf zubauen. D ennoch er wies s ich d ie Komm unik ations- strecke 1-3 als in S umm e anfällig f ür Unterbrechu ngen der Komm unikationsverbindung zwischen dem BM W -Back end und dem Elektrofahr zeug. Für vi ele Teilfunk tionen konnten Lös ungen im S inne einer ho hen Robustheit bei Komm unika tionsunter- brechungen erarb eitet werden, f ür einige Fu nk tionen wie z.B. die Erk ennung des bewussten oder lo gi- schen Beenden ei nes L adevorg angs gegen über dem f ehlerbedingtem Abbreche n od er Unterbrec hen der K omm unikation zwi sch en Fahrzeug und Back end - System k onnten im Rah m en des P rojek tes keine zufriedenstellende n Lösung en gefunden werden. Abbildung 6 : Beispielha fte Ergebn isauswertung eines Integrations stufentests im Ra hmen der Absicheru ng Seite 24 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 Dies gilt besonders f ür die Um set zung von gesteuert en Lade n f ür Elek trofahrzeug-Flotten an einem einzigen N etzansch lusspunk t (P robebetrie bsphase 3, Lade infrastruk tur auf dem G SG Gelände) . Dort k am es zu wiederkehrenden St örungen der Komm u nikations verbindung, welch e im Proj ektzeitraum nicht eindeutig geklärt werden konnten. Im Nachgang des Probebetriebs wurde f estgeste llt , dass der im Projek t verf ügbare Stand d er Firm ware d er ver wendeten W allboxen (H ersteller: Fa. K EBA) noch ein- k opplunglungsbedingte Fe hler bei PLC -K omm unik ation in m ehrf achem Parallelbetrieb zuließ. Z wi- schenzeitlich verf ügbare verbes serte Sof twarestände ( k onkret Qualcom F irmware Vers ion v1.1.0- 02 ) haben dieses Problem abgestellt. Mit ursächl ich für die hohe Anzah l der festges tellten V erbindungsabbr üche ers cheint d ie Kom m unikati- onsstreck e i m DSL-Festnetz b zw. noch a uff ällige r im Mobilfunk netz. M it den M itteln und Mö glichk eiten der Ko nsortiona lpartner konnte dazu keine um fassende Analyse im Rahm en des Proj ek tes durchgeführt werden. Es ist da her bei F olgeent wick lungen ein Partner m it Telek omm unikations -Kom petenz ein zu- binden, um ggf. erforderliche Maßnahm en bere its im Vorfeld f estlegen zu können. Kriterien könn en se in: • Prüf ung der Netzq ualität (F estnetz u nd Mobilfunk ) am Kun denstandort • Prüf ung der Performan z des Telekom -Anbieters eines Kunden in Bezug auf defini erte Min- destanforderu ngen Abbildung 7: Ver bindungsabb rüche z wischen dem BMW -Backend und den angeschlossene n Elektrofa hrzeu gen in den Phasen 1 und 2. Als Ver bindungsabb ruch wurde ge wertet, wenn die Verbindu ng zum Bac kend besteht, abb richt, und sich da nn nich t innerha lb von 90 Sekun den wieder au fbaut. Nicht ge wertet wurd en Abbrü che beim Been den des Lad evorgangs durch einen Einschlafvorg ang de s Fahrzeu g-Bordnetz es beendet wurde. VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 31 von 53 Für k ünftige Serienlösunge n , einen operat iven Betri eb und W eiterentwick lung ist der Auf wand für : • die Darstellung der App für die verbreitenen Sm artphone -Betriebss y stem e (iOS, Android, W indows) für eine m indest notwend ige Mark tabdeck ung • Absicherung fü r die im Mark t befindlichen G erät e • Absicherung neuer Betrieb ss y stem versionen und ggf. notwendige A npas sungen entsprechend einzuplanen. 6.4. A P 1.4 Backendstruktur 6.4.1. Ziel Ziel dieses Arbeitspak etes ist, eine hoc hverf ügbare und zuverlässige Komm unikation ( in der Span n- weite vom Elek trofahrzeug und des sen Nut zer über O EM- seitige Back ends y stem e und A ggregatore n bis zum Netzbetreib er) zu erm öglichen, aber gl eichzeiti g den Nutzer vor unberec htigtem Zugriff auf die Fahrzeugelek tronik und sei ne Daten zu schüt zen. Die O EM-s eitige Back end-Struk tur stellt das Binde glied zwischen d em Fahrzeug bzw. Fa hr zeug - Pool und dem Aggregator sowie ggf. dem Netzbe treiber d ar. Die Back end -Struk tur s tellt einerseits eine h och- verfügbare und zuver lässige Komm uni k ation zum /vom Fahrzeug dar, ander erseits gewähr leistet s ie Komm unikationssicherhe it und dam it d ie W ahrung de r OEM -In teressen in Bezu g a uf Produk thaftung sowie der Nut zerinteress en in Bezug auf Datenh oheit und Schutz vor Eingriff en unbef ugter Dritter. W ie im AP 1.2 stellt di e Erf üllung der D ynam ik-Anf orderungen auch eine groß e Her ausf orderung f ür das BM W -Connected Drive Ba ckend d ar. In d iesem AP is t daher zu erf orsc hen, m it welchen m öglichen Maßnahm en die notwend ige stark beschleunigte Dat enverar beitung im Vergleich zu den heutig e n Pro- duktiv-S y s tem en bewerk stelligt werden k ann. 6.4.2. E rgebnis Das B ack ends y stem wurde vollstän dig m it de n e inzelnen T eils y stem en der Projek tpartner als „ INT “ - System f ür Entwick lung und Abs icherung s owie para llel als „ PROD “ -S ystem für den o perativen Betr ieb in den Pro bebetriebsph ase n ange legt. Für die Erf assung, Auswertung und Ablage der Mess daten aus den E lektrof ahrzeugen und der La deinfras truk tur wurde e ine eigene D atenbank p arallel ange legt. Das Backends y st em ist in der Lage, di e Dynam ik anforderung en , abgelei tet a us dem Transm ission Code der deutschen Üb ertragungsne tzbetreiber, zu erf üllen. Im Probebetr ieb selbst hat sich ge zeigt, dass da s Gesam ts y stem die D ynamik anf orderungen für Sekundärregelleistun g sogar übert riff t. Dem gegenüber k onnten die die Mindest anf orderungen für e ine SRL -V erm arktung im Hinblick auf die erf orderlich e Ver- fügbark eit nicht erf üllt werden. Ursäc hlich ist dafür die Poolgröß e m it ledi glich 1 0 Fahrzeugen/T eilneh- m ern, die insgesam t hohe Anzahl von V erbindungsab brüchen und das von den Einga be n der Nutzer abweichende tats ächliche Verhalten d er Nut zer in Be zug auf die eingeg eben A bfahrts zeit en . Im Rahmen eines Forsc hungs - und Ent wick lungsproj ektes k onnte im Rahm en der S y st em auslegung die not wendige R edunda nz und Sicherung der Hochverfügbark eit als Mark tanforderung nocht nicht um - gesetzt werden. J edoch wurden für die Auslegu ng ei nes serientaug lichen Gesa m tsy stem s wertvolle Erkentnisse ge wonnen. Eine um fass ende Beschrei bung des S ystems, des Verhaltens und der Ergebnisse befindet sich im End- bericht des T P 2, Abschn itt 2 „IT “. Das entwick elte BMW -Sy stem ist in der Lage, f olgen des Datenaufk omm en zu ve rarbeiten ( Annahm en fü r uni direk tionale Kom m unikation): • CarStatusMessag e in XML unkom primiert: 10k B • Heartbeat in XM L, unk omprim iert: 1kB • CarStatusMessa ge -Interval al le 30 Sek unden • Dazwischen al le 6 Sek unden ein Heartbeat Seite 32 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 Dam it ergibt sich eine grob gesc hätzte D atenm enge vo n: • Pro Minute: ~ 2*1 0k B + 8*1k B = ~30kB • Pro Stunde: ~6 0*30k B = 1800k B • Pro Tag: 24*1 800kB = 43 200k B = ~45MB / T ag / F ahrzeug Es besteht Potenzial, diese Größenordnun g z.B. m it einer X ML -K om primierung deutlich zu redu zieren. Für eine Poolgröße vo n 500.00 0 Elektr ofahrzeug en wurden Koste n von ca. 50.0 00 EUR per anno ab- geschätzt f ür die IT Infrastr uktur zur Adm inistrion un d Steuerun g des F ahr zeug- Pools . Dazu k omm en Personalk osten von m indes tens 100 .000 EUR p er an no, wenn ein 24/7 Support gef ordert wird . Abbildung 14 : Erg ebnis Poolper form ance aus Inten sivteam Regelgü te 6.4.3. Herausforderung en / Ausblick Die Kom plexität von Steu erungss ystemen m it hohen Anf orderungen an die Re gel güte und Zuverläs sig- k eit wurde berei ts in den obigen A bschnitten dar geste llt. Mit d er Kleint eiligk eit, wi e sie m it Flotten oder großen Pools von Elek trof ahrzeugen gege ben sei n wir d, stellt sich zusät zlich die Frage nach einer k al- k ulierbaren Verf ügbarkeit. Diese wurde im Probebetrieb e ingeschränk t durch h ä ufige Verb indungsun- terbrechungen in der Komm uni k ation s owie d urch das reale, auch v on den N ut zereingaben a bwei- chende reale Verhalten d er Nutzer. Für die Ent wicklung einer s erientau glichen Lösun g zei gen sich f olgende Handl ungsbedarf e: Kommunikationsv erbind ungen: Aus den Ergebnissen und Erfahrunge n des Pr obebetri ebs leitet sich ab, dass für Serien lösungen die im Bezug auf Zuverl ässigk eit un geprüfte Nut zung der vorhandenen Telek ommunik ationsdienst e beim Kunden v or Or t k eine O ption ist. Eine D isk ussion der Ergebn isse zu den f estgeste llten Verbindungsabbr üchen m it T elek om -Anb ietern k onnte im Projek trahmen nicht m ehr geführt werden, ist ab er notwend ig, um Klarheit über die Mög lichkeiten und G ren zen der Perf orm anz der Telek om -Dienstleistung en für den Endk undenm arkt zu erhalten. E benso sind T estsy st em e aufzu- bauen, welche ei ne Teilstreck en- spezifische Analyse ermöglichen. Für k ünftige Lösungen ist zum indest für den deutschen Mark t zu bewer ten , welche Chance n das Sm artm eter Gatewa y für Lad esteu erungs- lösungen vo n Elek trofahr zeugen bieten k ann. VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 33 von 53 Datenaufkommen und Anforderungen an di e Fun ktionalität und der Softw are: Die entwick elten Poolsteuerungsf unk tionen stellen eine ers te, protot ypische Lösung dar, welche i m gegebenen Projek t- rahm en m it einem k leinen T eam bestehend aus Funktions - und Softwareent wicklern dargeste llt worden ist. Es besteht daher e in er heb liches O ptimierun gspoten zial, be ispielsweise um das Dat enaufk omm en zu redu zieren, in dem der Datenausta usch auf das funktional not wendige Maß begren zt wird. Im Pro- bebetrieb wurd en darüber hinaus e ine Vielzahl vo n Mess daten aus dem Fahrzeu g übertragen. Nutzer w eichen in ihrem realen Verhalten signifikan t von ihrem geplanten u nd über die Eingabe einer nächst en v orherseh baren A bfah rtszeit (E in ga be in der Smartpho ne- A p p) ab : D ie daraus resultierenden Plan ungsf ehler be einträchtigen d ie wirtschaftliche N utzun g und Verm arktung der zur Verfügung ste henden Flexi bilität er heblich. D ie Urs achen für d iese Di vergenz s ind stark in der b egrenz- ten Bereitschaft der Nutzer begründet, j ede kleine Planungsän derung auch gleich m it ei ner geänderten Eingabe d er Abfahrts zeit zu versehen. Da es auch n ic ht zielführend wäre, dem Kunden einen unver- hältnism äßigen Bed ienaufwand ab zuverlangen, bietet e ine lernd ende Abfahrts zeitfunk tion, welche d as Kunden-Abf ahrts z eit verhalten aus wertet, h ierzu e inen aussichts reichen Lösu ngsans atz. D abei s ind je- doch die Be dürfnisse der Kunde n nach Dat enschutz und Integri tät sehr s orgfältig zu berück sichtigen. 6.5. A P 1.5 Gesamtfunktion 6.5.1. Ziel Ziel di eses Arbeitspak etes ist , eine ge testete, abges timm te und durch P robebetr ieb evaluierte Gesam t- architektur darzustell en. In der Konzeptp hase ist aus den ei nzelnen Baustein en und E inzelfunk tionen bzw. den Anforderun gen der Proj ektp artner innerh alb kur zer Zeit eine stimm ige Gesamtf unktion zu for- m en, welche di e Erre ichun g der Projek tziele sicherste llt. In der Um set zungsphase sind die ei nzelnen Komponenten m it de n Einzelfunk tionen zuerst i m Rahmen von Teils ystemen in Betrieb zu nehm en un d die Schn ittstellen abzuneh m en. Anschließen d ist es Aufgabe der Gesam ts y stem integration, die vorab anhand von T estspe zifikationen geprüften Teils y s teme im Gesam tsy stem in Betrieb zu ne hm en, ggf. vorhandene Fe hler zu beseitigen und die term ingerechte Ges am tf unktion für den Probe betrieb zu ge- währleisten. Seite 36 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 7. Vehicle- to -Grid 7.1. Begriffsabgrenzung Vehicle- to -Grid Der Begriff „Veh icle - to - Grid “ (V2G ) ist d oppelt be legt. Zum einen v ersteht m an unter V2G d ie Fähigk eit der b idirek tionalen Komm unikation ei nes Fa hr zeugs m it der Infras truk tur, im Falle ein es am Strom netz aufladbaren Elek trof ahrzeugs zu m Beispiel m it dem Ladepunk t. Zum anderen um f asst V2G die Mög- lichkeit, die Batteri e, hier im weiteren zur Abgren zung g egen die Bord netzbatte rie als „H ochvoltspei- cher“ ( HVS ) des Elek trofahrzeugs b ezeichnet, nicht nur zum La den sondern a uch zum Entladen des Fahrzeugs zu nutzen, also Strom zurück ins Net z zu speisen und den HVS auf diese W eise als Zwi- schenspeicher f ür e lektr ische En ergie zu ver wenden. I m Gegensat z zum k onventionellen Lad en, wo die Ladesteuerung direkt im Elek trofahr zeug verortet bzw. m it der Ladestelle vern etzt ist, wird im Falle des Rück speisens eine Führun gsgröße von außerh alb de s Fah rzeugs benöt igt, wenn nich t nur eine „Not- stromaggregat e- Funk tion“ dargestellt werden sol l. Zur Darstellbark e it ei ner System funk tion „ Rück spei- sen“ ist also e ine b idirek tionale Komm unik ation Gru ndvorauss etzung. Im Folgend en wird V2G imm er im Sinne des Entladens de s HVS verwend et un d d ie Fähigk eit zur bid irektionalen Komm unik ation im- plizit vorausg eset zt. Zudem wird der Leistungsfluss imm er aus Sicht des Strom net zes betrachte t, d.h. ein HVS, der gelad en wird, f ührt zu e inem negativen L eistungsf luss und ein HVS der e ntladen wird zu einem positiven Leistungsf luss . Anwendungssei tig ist weiter z u untersc heiden nach d er Verwend ung der rück gespeisten Leistung bzw. Energie: • V2G: Rück s peisung ins öf fentliche Stromnet z, beispiels weise zur Erbr ingung v on S ystem dienst- leistungen • V2H: „ Vehicle to Hom e“, R ücks peisung i n ein lok ales Net z, beisp iels wei se a ls Alternative o der Ergänzung eines lok alen Energi espeichers 7.2. Anwendungsfälle für Rückspeisen Die Anforderung n ach einer Rück speisefähigk eit von Elek trofahr zeugen k omm t nicht pr im är aus dem Mobilitätsbedürf nis des F ah rzeug- Kunde ns, sondern aus den energi ewirtsc haftlichen A nforderu ngen o- der s ystem ischen Lösu ngs optionen eines lokalen Energiem anagem e nts des kund enseitigen Gebäudes Tabelle 1 u nd T abelle 2 f assen die identif izierten An wendungsf älle von Rück s pei sen zusamm en und weist zusätzlich Zielgrup pen, Märk te, Kennwerte, spez ielle Anforderun gen und bereits vorhand ene An- bieter aus. Erste Fahr zeug- Hersteller in Japan biete n bere its r ückspeisef ähige Elek trof ahrzeuge an in Verbi ndung m it einem Gerät als Entnahm e stelle f ür Netz -W echselspannung in der Funk tion einer Notstrom versor- gung (Mitshu bishi) und in Kom bination m it eine r rückspeisefähigen DC - Lad estelle m it Anb indungsm ög- lichkeit an e in Heim -Energiem anagem entsy stem (Niss an). Mit dem let z teren System k ann das Elektro- fahrzeug in ein em lokalen Energies ystem , z.B. i n Ver bindung m it ei ner Photo voltaik anlage, abhän gig von der Verfügbark eit des Fahr z euges ta gsüber die F unk tion eines stationären Speich ers überneh m en und überschüss ige PV- Ene rgie aufnehm en bzw. in de n Zeiten ohn e PV -Leistun g diese wieder einsp ei- sen. A nal og kann ein Elektrofahr zeug Betrie bsstrategie n i n größeren Sk alierungen (Building Ene r y Ma- nagement) unt erstützen. VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 37 von 53 Auch bei der Erbringung von S y ste m -Dienstleistungen im Rahm en großer Elek trofahrzeug - Pools erge- ben sich wertige E insatzmö glichkeiten aufbau end a uf den Funk tionalitäten zur Erbringung von Sekun- där -Rege lleistung (SRL) wie im Verbundprojek t darg estellt. D er Mehr wert durc h Rück s peisen ge gen- üb er der al leinigen Verm arktung der Flexibilität beim Laden ergibt sich aus zwei Eigensc haften: • Erhöhung der v erm ark tbaren zeitlichen Flexib ilität. Dies e ist ohne Rück speisen auf die r eine Ladezeit begre nzt. • Zusätzliche Verm ark tung der Sp eicherk apazität, z. B. in Form von Pr im är- Regelleistung (PR L) oder positiver Sek undär- / T ertiär-Regel leistung (SR L, MRL) Tabelle 1: Mögli che An wendungsfälle für Vehicle- to -Ho me (V2H ). Tabelle 3 zeigt das derzeitige Mark tangebot. Die ang ef ührten S ystem e bedienen sich des Cha dem o - Standards zum DC - Schnelll aden. D er in den m eisten anderen Länd ern bevorzugte „ Com bined Char ging System“ (C CS) zum Schne lladen a b 50 kW Ladeleistung ist d erzeit nicht auf die Um setzung einer Rüc k - speisefiunk tion angelegt. Rückspeisen wird j edoch aktuell im Rahmen der ISO 15118 Rev. 2 erarbeitet. A nw endung Emergenc y Home (V2H) Nutzen Autarkie Maxim ierung solare E igenenerg ienuzung  Kosten + CO 2 Minim ierung Lastspitzenverm eidung Funktionsausprä- gung Notfallversorgu ng Nutzung Fzg.- Batterie als Solarpuff er f ür Hausbedarf Fokus alle Elektrof ahr zeuge Zweit/Drittwage n Typ. Kennw erte 1,5 kW 1-phasig 4-7 kW 1-phasig Spez. A nforde rungen Inselbetriebf ähige DC/AC W andlung Hohe Eff izienz in K ette Ein- / Aus speiche- rung Perm anente Einbindun g ins Netz oder schnelle Ak tivierbark eit Vereinheitlichte Schnittstel len zur Interak- tion m it exteren S y stem en Balance Z y klis ierungsk osten d er Batterie m it Nut zen in j ewei liger Anwendung (kun- denspezifisch, Beratun gsbedarf ) Seite 38 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 A nw endung M icro Grid Gew erbe/Commnit y Grid (V2G) Nutzen Maxim ierung solare Eig enener- gienuzung  Kosten + CO 2 Mini- m ierung Lastspitzenverm eidung Integration Erneu erbarer Energien Netzstabilität Funktionsausprägung Bewirtschaf tung F zg. Batte rien als k ollektive Speicher Nachbarschaf tskraf twerk Potenzialer weiterung Ne tzdienstleis- tungen bzgl. positiver Re gelleistung Fokus Zweit/Drittwage n zuhause Flottenfahr zeuge alle Elek trofahrzeuge bei Beteiligung am G eschäftsm odell Typ. Kennw erte abhängig von der W eiterentwick- lung der Lades ystem e abhängig von der W eiterentwick lung der Lades ystem e Spez. A nforde rungen Hohe Eff izienz in Kette E in - / Ausspeicheru ng Perm anente Einbindung ins Net z oder schnel le Ak tivierbarkeit Vereinheitlichte Schnittstell en zur Interak tion m it exter nen System en Vertretbare Zyklisi erungsk osten der Batter ie m it Nutzen in je weiliger Anwen- dung (k undenspezifisch, Beratungs bedarf ) Tabelle 2: Mögli che An wendungsfälle V2G . Titel Partner Laden Entladen Markt Start Preis Standards Kommentare FA STO V2G Charging Syst ems Endesa Mitsubishi Bald Nis san 10 k W 9,3 kW --- --- --- OCPP 1.5 CHAdeM O --- Leaf to home Nissan Nichicon 6 k W 6 k W JPN 2012 ca. 3.000 € CHAdeM O W ird vorau s- sichtlich in CHAdeM O- Standard über- nommen D.i.v.a. – Mikro-Netz- Lösung e8energy Nissan & mehr 10 k W 10 k W EU 2014 36.000 € CHAdeM O Optional mi t inte- griertem 10 kW h Pufferspeicher Princeton Power V2X EV Charger Princeton Pow er Sys- tems 15 / 30 kW unbekann t USA 2014 (?) ca. $ 15.000 OCPP 1.5 CHAdeM O Preis gilt bei Ab- nahme von min- destens 10 Stck. GE durasta- tion v2g GE, BYD LomboX net 22 k W unbekann t --- 2015 --- CHAdeM O Vorserie im Ver- suchs-Smart- Grid Utrech t Mitsubishi Power box Mitsubishi --- 1,5 kW JPN 2012 ca. 1.500 € CHAdeM O Keine Einspei- sung, Fahrzeug fungiert als Not- stromaggreg at Tabelle 3: Mar ktübersicht rü ckspei sefähiger Sys teme. Seite 40 von 53 Zusammenfa ssung und Teilprojekt 1: Systemintegr ation Gesteuerte s Laden V3.0 7.3.1. DC Off -Board A uf w ände im Fahrzeug Ist ein Elektrof ahrzeug m it einer DC - Ladeschni ttstelle n ach CC S- o der C hadem o- Standard aus gerüstet, so besteht dam it bere its e ine e lektrisc he Verbind ung zwischen dem HVS des Elek trofahrzeuges und der L adeinfr astruk tur, die einen bidirektionalen Leistun gsf luss auf der Gleichsp annungsseit e erm öglicht. Im Rahmen einer Be wertung von Eigens chaften, Kos ten, Gewicht und Qualität wurden m ögliche f ahr- zeugseitigen Auf wände für die Rea lisierung e iner R ückspeisef unktion untersuc ht unter der Präm isse, dass eine dauerh afte m ax imale Lade - / Rück speiseleistung von 1 1 kW m öglich se in soll. Erg ebnis: Mehrk osten für Hardware fallen nicht a n, da k eine rel evante n Erweiterun gen o der Änderunge n berei ts vorhandener St euergerät e und sonsti ger Kom ponenten not wendig ersche int. E ntstehende Entwick - lungsk osten beziehen s ich auf Funk tionsentwic k l ung/Ums etzung, Absicherung u nd T esteinrichtung en. A uf w ände außerh alb des Fahrzeugs Im Spek trum der sinnvollen Variant en von k undenwertigen Ladeleistunge n exist iert zwischen der Grö- ßenordnung des einphasigen Lade ns m it m ax. 20 A / 4,6 kW in Europ a b zw. 32A / 7kW in USA und anderen L ändern m it einphas igen Str om netzen und den DC - Schne lllades ystemen m it Ladeleistunge n ab 50 kW aufwärts ein Gra ubereich m it k ontrovers dis k utierten Lösunge n: In L ändern m it dreiphas igen Strom netzen sind zwar netzseit ig La deleistung en bis zu 44 kW dars tellbar, erf ordert j edoch fahr zeug- seitig entsprec hende L adegeräte m it höherem Gewicht, Bauraum bedarf und Kosten. Aus der Sicht der Fahrzeug-Hers teller ers cheinen DC - W allboxen f ür den Leistungsbereich von 11 – 22 kW speziell f ür Heim - Ins tallationen als se hr wertige Lösung , da dam it der Kun denwunsch nach Ladeleistun gen über 4,6 kW am Heim standort auch oh ne aufwänd igere On board -L ades y st em e bedient werde n k önnen. Dies stellt die A usgangsba sis für die weitere Betrac htung dar. Zur Rück speise- Befähigung einer DC -W allbox fallen folgende zusätzlichen Um f änge an: • Ersat z des Halbbrüc k en-G leichrichters durc h eine ak tive Gleichrichtu ng ( W echselrichter) • Im ple m entierung der F unktion „Netzfre ischaltung“ • Im plementierung e ines Strom zählers z ur Erfass ung der aktuellen Ladel eistung und k om- m uni k ation des Leistungs - Istwertes in „ Echt zeit“ an e in über geordnetes Back end (V2G) o- der ein HEMS (V 2H) • Anpas sung der ISO15 118 Komm unikation auf den k ünftige n R ev. 2 Stand (m it Rück s pei- sen / „Reverse p ower Flo w“ (RPF)) • Ko mm unik ationsanbindung an ein übergeord netes Back end (V2G) o der ein HEMS (V2 H) Eine qua ntitative Bewertun g k onnte im Rahm en des Verbu ndproj ektes nicht dur chgeführt werden, d a derzeit k eine be lastbaren A ngebote f ür DC -W allboxen weder in einer B asis - noch in e iner rück speise- fähigen Varian ten eingeho lt werden k onnten. VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 47 von 53 7.4. Fahrzeugseitige Randbedingungen für Rückspeisen Unabhängig v on der Um s etz ung variante ist der Einsa tz e ines El ektr ofahrzeuges als Strom zwischen- speicher ei ne neue F unk tion, für die F ahr zeuge bisher nicht vorgesehen waren. Aus einer Rück speise- funk tion leiten sich neue Anforder ungen ab für • Auslegung d es HV S in Bezug auf Z y kl isierbark eit, Ge währleistung und Gebrau chsdauer im Kundenbetrieb • Auslegung der Le bensdaue r (Betriebsf estigk eit) • Komm unikationsf ähigkeit • W eckzy kle n • Schutzfunk tionen zur Verm eidung von n achteilig en Aus wirkungen aus einem Rück speise - Be- trieb 7.5. Hochvoltspeicher 7.5.1. Rand bedingungen und g rundlegend e Einfluss größen Im Falle des H VS existi eren für die verschieden en Mä rkte weltweit te ilweise unter sc hiedliche Anforde- rungen an se ine Ei genscha ften. Verg leichsweise s tren ge Anf orderungen g elten f ür den US -am erikani- schen Markt. So muss ein HVS nach 8 Jahren im Einsat z noch ei ne R estk apazität von 70% auf weisen. Fällt die Restk apazität innerhalb von 8 J ahren unter 70% , hat der Fahr zeugbesit zer Anspruch auf einen k ostenlosen Austausc h d es HVS, s ofern er n icht b ereits über 10 0.000 m ls (ca. 160.000 km ) gefahren ist. Es ist allgem ein b ek annt, dass durc h die N utzun g des HVS d essen K apazität sich m it der Zeit ver- ändert. W ie stark diese V eränderung ist, hän gt von vers chiedenen Einf lussgrößen ab. Die wichtigste n Größen sind L eistung, m it der Energie aus dem HVS entnom m en oder diesem zugeführt wird, T empe- ratur während des Energie austausches u nd Aufsum ierter Energiedurchsat z. Solange der Str om , der dabei f ließt , k leiner 1 C, d. h. k leiner a ls die H VS - Kapazität in Ah ist, ist d e Einfluss d er Le istung v ernac hlässigbar u nd T em peratur und Energi edurchsat z s pielen die dom inante Rolle. Neben d iesen E igenschaf ten ist auch d ie Art und W eis e wie die Verän derung des State of Charge (SOC) durc hgeführt wird, d er s ogenannte SOC -Hu b, von Be deutung. Grundsätzli ch k ann m an festhal- ten, dass ein Vollz y k lus, al so das vollständige Aufladen und ansc hließende E ntladen e in es zu B eginn k omplett leeren H VS be i id entischen Bedingungen, sc hädlicher für den H VS ist al s sogenannt e M ikro- zy k lisierung . Mik rozyklisier ung beze ichnet das k ontin uierliche A uf - und Entlad en des H VS i nnerhalb eines relativ k leinen SOC -Bereichs solan ge bis der gleiche Energ iedurchs atz erre icht ist wie bei einem Vollzy k lus. N och n icht absc hließend g eklärt ist d ie Frag e, wie viel weniger s chädlic her Mik rozyklisierung ist, ob sie noch einen re levante n E influss hat oder sogar ver nachlässigt wer den k ann im Hinbli ck auf Kapazitätsverä nderung. Es g ibt tatsäch lich Hi nweise, das s Mikro zy k lisierung k einen nega tiven Einfluss auf die Kap azität hat (Shinzak i, A pr 2015) , (D.U. S auer, Mai 2013) , (Kowal, Nov 2014), jedoch m uss auch hier w ieder die A rt und W eise der Mik rozy k lisierung g enauer betrac htet wer den. So gibt es Bereich e innerhalb des SOC - Bandes, innerhalb derer der Ei nfluss von Mikr ozy k lisierung auf die Kapazität geringer i st als in anderen Bereichen. D iese Bereich e s ind von HVS -T yp zu HVS- T y p vers chieden weshalb k eine generel le Aus- sage getroff en werden k ann, auch n icht innerh alb ein er Art von HVS wie z.B. L i -Ionen . Schluss endlich m uss also auch jeder HVS - T yp gesondert betrachte t w erden. Bei B M W wurde im Rahm en der Le bensda uerunters uchungen von H VS ein Simulationsm odell e ntwick - let, das im W esentl ichen drei Fak toren berücksichtigt: Tem peratur, Ene rg iedurchsat z und Leistung. Die k alendari sc he Alterung, also die Alterung des HV S m it de r Zeit, o hne das s dieser verwendet wird, wird in einem getrennten M odell berück sichtigt und die Ergebniss e beider Mod elle für eine gesam thafte Be- wertung kom biniert. D iese Sim ulation ist im wesentlichen auf norm alen Fahr - und Ladebetr ieb ausgelegt und daher nur begrenzt geeignet, Mikro zy k lisierung bei moderaten Leistunge n zu betrachten. Dennoch bildet sie einen g eeignete n Ausgangs punk t zur Abschä tzung des E influsses von V2G auf den HVS. VZusammen fassung und Teilprojekt 1: Systeminteg rationSeite 53 von 53 U n t e r s u c h u n g P o t e n t i a l e g e s t e u e r t e s L a d e n u n t e r N u t- z u n g d e r vo l l e n K o m m u n i k a t i o n s m ö g l i c h k e i t e n z w i s c h en L a d e i n f r a s t r u k t u r u n d F a h r z e u g : G e s t e u e r t e s L a de n V 3 . 0 12/2012 bis 1 2/2015 FuE -Pr ogramm "Förd erung von Forschu ng und Entw ic k- lung im Bereich der Elektr omobilität" des Bundesmi nisteriu ms für U mw elt, Natursc hutz, Bau und Reaktorsich erheit (BM UB) – Endbericht – Teilprojekt 2 : IKT u nd Ladete chnik EWE AG , Oldenburg Stand 31. 12 .2015 Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 3 von 170 Inhaltsverzeichnis I. Tabellenver zeichnis ..................................................................................................................... 6 II. Abbildungsver zeichnis ................................................................ ................................................. 7 1 Einleitung ................................................................ ................................................................... 13 1.1 EW E Teilv orh aben ................................................................................................ ................. 14 1.2 Autor enver zeichnis für das T eilprojekt 2 ................................................................................ 15 2 IT - Sy stem e ................................................................ ................................................................ 16 2.1 Einleitu ng ................................ ............................................................................................... 17 2.1.1 Auf gabenstellung .................................................................................................................. 17 2.1.2 Lösungsa nsatz ..................................................................................................................... 17 2.1.3 T eilprojek tziele ...................................................................................................................... 18 2.1.4 T eilprojek tabgrenzung .......................................................................................................... 18 2.2 Aufgabe n der IT - Kom ponenten .............................................................................................. 20 2.2.1 Kom ponente „Ag gregator“ ................................................................................................ .... 20 2.2.2 Kom ponente „E V - Pool“ ........................................................................................................ 22 2.3 Erk enntnisse aus den Pro b ephasen in Berlin ........................................................................ 24 2.3.1 Zeitliche Übersicht der einz elnen Testphase n ..................................................................... 24 2.3.2 Daten grundlage f ür die Aus wertung der Probeph asen 1 bis 3 ............................................ 26 2.3.3 G rafische Aus wertungen d er einzelnen T estphasen ........................................................... 28 2.3.4 Zus amm enfassung ............................................................................................................... 76 2.4 Daten auswertung en zur W i rtsc haftlichkeit ............................................................................. 78 2.4.1 Berechn ungsgr undlagen u nd Annahm en. ............................................................................ 78 2.4.2 Ergeb nisse ............................................................................................................................ 79 2.5 Aus wertungen zur Komm u nikation zwisch en Fahr zeug un d Back end .................................. 81 2.5.1 Anpas sungsbedarf ............................................................................................................... 81 2.5.2 Alternat iven ........................................................................................................................... 81 2.6 Daten auswertung en zur R edu zierung von Aus gleichsenergi e .............................................. 82 2.6.1 Fehler hafte Anga ben der V erweil zeiten ................................ ............................................... 82 2.6.2 Verb indungsabbrüche .......................................................................................................... 87 2.6.3 Ladever halten ....................................................................................................................... 89 2.6.4 Ladepl aneinhaltun g .............................................................................................................. 92 2.6.5 Zus amm enfassung der em pfohlenen Maßn ahm en ............................................................. 97 2.6. 6 Ergebnisse ............................................................................................................................ 97 2.7 Komm unikationsanbindungen .............................................................................................. 100 2.7.1 Kom m unikationsanbindung en im Probebetri eb ................................................................ . 100 Seite 10 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 Abbildung 2-7 5: Sum m e vorzeitige Absteck vorgänge pr o Maßnahm e ................................................. 85 Abbildung 2-7 6: Gesam tabweichung pro Maßna hm e ................................ ........................................... 86 Abbildung 2-7 7: Verb indungs abbrüche pro F ahrzeug i n Probephase 2 ............................................... 87 Abbildung 2-7 8: Durc hschnittliche Dau er der Verbindu ngsabbrüc he in Minute n .................................. 88 Abbildung 2-7 9: Ladever halten nac h W ochentag ................................................................................. 89 Abbildung 2-8 0: Pro zentualer Antei l Sofort Laden nach W oc hent ag .................................................... 90 Abbildung 2-8 1: W ahrscheinlichkeit der Fahr zeugverf ügbarkeit pro Viertelst unde i n Prozent ............. 90 Abbildung 2-8 2: Ausgleichs energ ie aufgrund von Sof ortladevorgä ngen m it Minim al -Fahrplan ........... 91 Abbildung 2-8 3: Durc hschnittliche Lad eplanab weichun g [ W ] nach Fahrzeug ...................................... 92 Abbildung 2-8 4: Durc hschnittliche Is t- Ladeleistung b ei Sollwer t 3.700 W nach Fah rzeug ................... 93 Abbildung 2-8 5: Durc hsc hnittliche Ist- Ladeleistung b ei Sollwer t 2.000 W nach Fah rzeug ................... 93 Abbildung 2-8 6: Übers icht Fahrplane inhaltung ..................................................................................... 94 Abbildung 2-8 7: Bestimm ung der m aximalen Ladekapa zität pro Fahr zeug .......................................... 94 Abbildung 2-8 8: An zahl Ist W erte nach Leistung bei einem Sollwert von 3000 W ............................... 95 Abbildung 2-8 9: Ab weichungen und Anzahl bei einer S ollwertvorga be über N ull ................................ 96 Abbildung 2-9 0: Ausrege lgüte, Dop pel höck er ....................................................................................... 98 Abbildung 2-9 1: Ausrege lgüte, Dopp elhöck er, Detail ............................................................................ 98 Abbildung 2-9 2: Ausrege lgüte, d ynamisc h ............................................................................................ 99 Abbildung 2-9 3: Ausr egelgüte, d ynam isch, Detail ................................ ................................................. 99 Abbildung 2-9 4: Anteil Lad evorgänge m it Verbindun gsabbruch an Gesam tanzahl Ladevorgän ge ... 101 Abbildung 2-9 5: Übers icht Sm art Meter Gate way- Verbind ungen ....................................................... 103 Abbildung 3-1: T opologie Ladepunk t ................................................................................................... 108 Abbildung 3-2: EW E Ladepunk t - Design ............................................................................................ 111 Abbildung 3-3: S ystemarc hitektur Bedienan wendung ......................................................................... 113 Abbildung 3-4: Anm eldem aske ................................................................ ............................................ 113 Abbildung 3-5: Laded etails .................................................................................................................. 114 Abbildung 3-6: Ladek alend er ................................ ............................................................................... 115 Abbildung 3-7: Anlegen einer An wesenheit ......................................................................................... 116 Abbildung 3-8: Bediena nwendung a ufgeruf en über ein Sm ar tphone ................................................. 116 Abbildung 3-9: P3 Messs ystem ........................................................................................................... 119 Abbildung 4-1: Param eter der ländlichen Referen znetze .................................................................... 124 Abbildung 4-2: Netzstruk tur der dre i ländlichen Referen znetze (schem atische Dar stellung) ............. 125 Abbildung 4-3: schem atische Net zbelas tung in (k lein-)städtische n NS -Netzgebi eten ....................... 126 Abbildung 4-4: schem atische Net zbelastung in d örflichen und ländlichen N S -Netzgebie ten ............. 127 Abbildung 4-5: Gegenü berstellung der T agesgäng e der einze lnen Ortsnet zstatione n zur Durchsc hnittsstation ................................ ............................................................................................ 129 Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 11 von 170 Abbildung 4-6: Relative A bweichu ng der Progn ose je Ortsnet z stat ion anhand e ines T agesgangs je Ortsnet z stat ion ................................................................................................ .................................... 129 Abbildung 4-7: Betrachtu ng der gem ittelten rel ativen Ab weichung bei D iff erenzierung nach Tagest ypen und Jahres zeiten ............................................................................................................. 130 Abbildung 4-8: Exem plarische Darste llung der zwe i Un tervarianten der W oc henbetrachtung bei der Prognose eines Montags ..................................................................................................................... 131 Abbildung 4-9: Vergleich versc hiedener Prognose verfa hren für eine Or tsnetzstat ion m it geringer unte rlag erten PV- Leistung ................................................................................................................... 133 Abbildung 4-1 0: Verg leich versc hiedener Prognos everf ahren für eine Orts net z st ation m it hoher unte rlag erten PV- Leistung ................................................................................................................... 133 Abbildung 4-1 1: Verf ügbare Ladeleistun g abhäng ig vom gew ählten Mo dell für Or tsnetzstationen m it geringer unterlagert er PV -L eistung (ob en) und Ortsnet zstationen m it hoher unt erlagerter PV-L eistung (unten) ................................................................................................................................................. 134 Abbildung 4-1 2: Exem plarische Dars tellung der v erfügbaren Lad eleistung im Zeitraum 17 Uhr bis 7 Uhr im Ladezeitraum am 7.2.2012 um 18:45 Uhr (J ahreshöc hstlast) ................................................ 136 Abbildung 4-1 3: Maxim ale An zahl zeitgleicher La devo rgänge bei ein er zulässigen Auslastung im Ort snetz von 100 % ............................................................................................................................. 137 Abbildung 4-1 4: Maxim ale An zahl zeitgleicher La devo rgänge bei ein er zulässi gen Auslastung im Ort snetz von m aximal 60 % ................................................................................................................ 138 Abbildung 4-1 5: Einsat z des E-Fahr zeugpools zur En tlastung/Be hebung eines EE -bedingten Engpasses ................................................................................................................................ ........... 142 Abbildung 4-1 6: Leitungsb elastun g ohne E -Fahr zeugpool / ohne Batteriespeich er (schem atisch) ... 142 Abbildung 4-1 7: Leitungsb elastun g m it E-Fahr zeugpool -Speicher (s chem atisch) ............................. 143 Abbildung 4-1 8: Engpass energie o hne und m it E-Fahr zeugpool- Speicher ........................................ 145 Abbildung 4-1 9: Verg leich der an nuitätisc hen Kosten der versc hiedenen Varia nten ohne u nd m it E - Fahrzeugpool -Speich er ................................ ....................................................................................... 146 Abbildung 4-2 0: Engpass energie o hne und m it E-Fahr zeugpool- Speicher ........................................ 147 Abbildung 4-2 1: Verg leich der an nuitätisc hen Kosten der versc hiedenen Varia nten ohne u nd m it E - Fahrzeugpool -Speich er ................................ ....................................................................................... 147 Abbildung 4-2 2: Engpass energie o hne und m it E-Fahr zeugpool- Speicher ........................................ 148 Abbildung 4-2 3: Verg leich der an nuitätisc hen Kosten der versc hiedenen Varia nten ohne u nd m it E - Fahrzeugpool -Speich er ................................ ....................................................................................... 149 Abbildung 4-2 4: Engpass energie o hne und m it E-Fahr zeugpool- Speicher ........................................ 150 Abbildung 4-2 5: Verg leich der an nuitätisc hen Kosten der versc hi edene n Variante n ohne und m it E- Fahrzeugpool -Speich er ................................ ....................................................................................... 150 Abbildung 4-2 6: Spannu ngsf all Dorf, 95 mm ², 1- phasig worst case, cos l = 1 .................................. 157 Abbildung 4-2 7: Strom belas tung Dorf , 95 mm², 1-phasig worst case, cos l = 1 ............................... 157 Abbildung 4-2 8: Spannu ngsf all Dorf, 150 mm ², 1-phasig worst case, cos l = 1 ................................ 158 Abbildung 4-2 9: Strom belas tung Dorf , 150 mm ², 1-phasig worst case, cos l = 1 ............................. 158 Abbildung 4-3 0: Spannu ngsf all Dorf, 240 mm ², 1-phasig worst case, cos l = 1 ................................ 159 Abbildung 4-3 1: Strom belas tung Dorf , 240 mm ², 1-phasig worst case, cos l = 1 ............................. 159 Seite 12 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 Abbildung 4-3 2: Spannu ngs fall Kleinstadt, 95 mm ², 1-phasig worst case, cos  = 1 ......................... 160 Abbildung 4-3 3: Strom belas tung Kleinstadt, 95 mm ², 1-phasig worst c ase, cos  = 1 ....................... 160 Abbildung 4-3 4: Spannu ngs fall Kleinstadt, 15 0 mm², 1 -phasig worst c ase, cos  = 1 ....................... 161 Abbildung 4-3 5: Strom belas tung Kleinstadt, 150 mm ², 1 -phasig worst case, cos  = 1 ..................... 161 Abbildung 4-3 6: Spannu ngs fall Kleinstadt, 24 0 mm², 1 -phasig worst c ase, cos  = 1 ....................... 162 Abbildung 4-3 7: Strom belas tung Kleinstadt, 240 mm ², 1-phasig worst case, cos  = 1 ..................... 162 Abbildung 4-3 8: Spannu ngs fall Dorf, 95 mm ² , 1 -phasig versus 3 -phasig, cos  = 1 .......................... 163 Abbildung 4-3 9: Strom belas tung Dorf , 95 mm², 1- phasig versus 3-ph asig, cos  = 1 ....................... 163 Abbildung 4-4 0: Spannu ngs fall Dorf, 150 mm ², 1- phasig versus 3- phasig, c os  = 1 ........................ 164 Abbildung 4-4 1: Strom belas tung Dorf , 150 mm ², 1-phasig versus 3-phas ig, cos  = 1 ..................... 164 Abbildung 4-4 2: Spannu ngs fall Dorf, 95 mm ² , 1 -phasig worst case, cos  variiert ............................ 165 Abbildung 4-4 3: Spannu ngs fall Dorf, 150 mm ², 1- phasig worst cas e, cos  v ariiert .......................... 166 Abbildung 4-4 4: Spa nnungs fall Dorf, 150 mm ² , 1 -phasig worst c ase, cos  variiert – Netza usbau- Erfordernisse ....................................................................................................................................... 167 Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 13 von 170 1 Einleitung Gesteuertes Lad en V3.0 ist ein v om Bundesm inisterium für Umwelt, Naturschut z , Bau und Reak tors i- cherheit gefördert es Fors chungs - und E ntwick lungsprojek t. Ziel ist, durch ein intel ligentes Energi em a- nagement - welches die Erfordernisse des Endk unden (Fahr zeugnutzer), zeitlich e Sch wankungen in der Verf ügbarkeit erneuerb arer Energi e und die inf rastruk turellen Rahm enbeding ungen berüc k sichtigt - ein technisc hes und wirtschaf tliches Optim um für das Laden von m obilen Energ iespeichern zu fi n- den. Die wesentlich en Arbeitss chwerpunk te liegen in der Er schließung der S peicherk apazität von Elek tr o- fahrzeug-Batt erien und d er Steuerbark eit der Ladevorg ä ng e . Konk ret wird da zu die Er zeugung von Regelleistung aus einem Fahr zeugpool unter d er Berü cks ichtigung von Restrik tionen eines VNB da r- gestellt. Das Projek t wird unter d er Führung von BMW von den f olgenden Verb undpartner n be arbeitet: BMW , E W E, TU Ilmenau, T U Chem nitz , Fraunho fer IO SB, Clean Energy Sourc ing. W eit erer ass oziierter Partner ist Vattenfall. Die L auf zeit des Projek tes ist von 12/2012 b is 12 / 2015. Die Fahr zeuge werden an spe zifischen Lade punkten geladen , welche k omm unikativ an einem ste u- ernden IT -System angeschloss en sind. Di e Fahr zeugnut zer geben dazu über eine Bedienanwen dung die voraussichtl iche Ver weildauer e in. Im E W E Teilvorhaben wur de hierzu ein ents prechendes IT - System k onzipiert und um ges etzt. Eine Erpro bung d es Gesam ts y stem s f and seit 2014 in dre i aufe i- nanderfolgende n Probepha sen von je 5 Monaten u nd m it je 10 Probanden in Berlin statt. Die nachstehend e Abbildun g zeigt den Ze itplan des G esam tprojek tes . Phasen 2012 2013 2014 2015 12 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Grundlagen un d Anal y se x x Konzeptphase x Umsetzungsphase x x x Probephase 1 in Berlin x x Probephase 2 in Berlin x x Probephase 3 in Berlin x x Probephase 4 (Opt im ierung) x x Auswertung x x Abbildung 1-1 : Gesamtzeitplan Seite 14 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 1.1 EWE Teilvorhaben Das Gesam tproj ekt „Gesteuertes La den V3.0“ (G L3.0) ist in sec hs T eilprojekte auf geteilt. Die nac h- stehende T abelle listet die einzelnen T eilprojek te auf . Teilprojekt Inhalt verantw ortlich TP1 Systemintegrati on BM W Group TP2 IKT und Lade technik E W E AG TP3 Sm art Mark ets & Geschäf tsm odelle BM W Group / FhG TP4 Sm art Grids FhG IOSB- AST TP5 wissenschaf tliche Nutzerst udien TU Chem nitz TP6: Probebetrieb BM W Group Tabelle 1-1: Über sicht Teilpr ojekte Das EW E Teilvorhaben um f asst insbesondere das T eilpro jek t 2 „IKT & Ladetechnik “ sowie die Mita r- beit in den T eilprojekten 3 und 4. Das T eilprojekt 2 beinhalt et vor allem die Konzeptionie rung, Um setzung und Valid ierung eines IT - Systems zur Verm ark tung der Ladevorgäng e an vers chiedenen Ener giemärk ten. Die Validierung de s System s erf olgte innerhalb von drei Probe phasen in B erlin. Im Anschluss an die Probephase n f and eine Aus wertungsph ase zu r Erm ittlung von Optim ierungsbedarf en statt. D ie Aus wertungsphase zeigte Optim ierungsbedarf e hinsichtlich der Redu zierung von Ausgleichse nergie und in der Ausr egelgüte des SRL SOLL -Sign ales. Da zu wur den Maßna hm en definiert und innerha lb der Pr obephase 4 um gesetzt un d validiert. Ebenso Bestan dteil des T eilprojek tes 2 ist d ie Entwick lung eines s teuerbaren La depunk tes f ür die Elektrofahr zeuge. Diese T ätigkeiten erf olgten im Arbeitspak et AP 2.3. Insbeson der e wurde hier das Ziel verfolgt, e ine generisc he Lösu ng für eine Vielzahl zuk ünftiger Elek trofahrzeug e zu ent wickeln. Es zeichnete sich bereits in de r frühen Kon zeptphase ab, dass die Um setzung des n euen Komm unikat i- onsstandards ISO 15118 bi s zu Beginn der ers ten Probephase i n Berlin Anfang 2014 nicht um geset zt werden konnte. Daher k am en für die drei Pro bephase n in Berlin spezifisc he BMW Ladepu nk te, abg e- stimm t auf das Fahr zeug BM W ActiveE zum Einsatz. Zeitlich unabhä ngig von de n Probephasen in Berlin entwick elte EW E im Rahm en des AP2.3 einen I SO 15118 k onform en Ladepunkt, siehe Kapitel 3. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 15 von 170 1.2 A utoren verzeichnis für das Teilprojekt 2 Ringo Drexler, EW E AG Axel Heitbrink , EBG c om pleo Gm bH Brit Jünem ann, E W E AG Heike Lüschen, BTC AG Alexander T olk sdorf, E W E AG Michael W esterburg, EW E A G Seite 16 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2 IT -Sy steme Das Kapitel 2 besc hreibt das IT -System, welches im Rahm en des Teilprojek tes 2 in de n Arbeitspak e- ten 2.1, 2.2 und 2.4 kon zipiert, entwick elt und b etriebe n worden ist. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 17 von 170 2.1 Einleitung 2.1.1 Aufgabenstellung Zur Erreichung der Projek tziele werden pro Probe phase zehn F ahrzeuge ü ber La depunk te an ein virtuelles Kraf twerk angebunden. D ie L adefahrplän e der Elek trof ahrzeuge sind m odulierbar . Da bei reagiert ein Fa hr z eug zum eist auf das Absenk en der L astauf nahme allerdings n icht zwangsläuf ig auf die W iedererhöhung der Ladeleistu ng. W ie hoch die W ahrscheinlichk eit einer W iederanhebung der Lastaufnahm e zu einem Ladezustand ist, wird im Rahm en des Projek tes erm ittelt. Zudem ist be i der Umsetzung von Ladef ahrplänen zu beac hten, dass La devorgä ng e einer L adek urve unt erliegen: Zu Beginn des Lad ens k ann eine hohe Last a ufgenomm en werden, währen d zum Ende des Ladevo r- gangs die Lasta ufnahm e sink t. Som it sink t auch die Wahrs cheinlichk eit der L aststeigerung m it ste i- gendem Ladestand. Üb er eine An wendung k ann der F ahrzeugnut zer seine Ver we ilzeit eingeben, we l- che nach dem Verbinde n des Elek trof ahrzeugs mit der Ladestati on an das B ack end übermittelt we r- den. Diese diene n als Bas isinform ation d afür, bis wann der L adeplan abgesc hlossen sein m uss. Die Ladeenergi em engen des gesam ten Fahr zeug- Pools werden als negati ve SR L verm ark tet, die darüber hinaus b enötigten Energiem engen werden a ls Basislas tgang am EPEX-S potm arkt besc haff t. Für die SRL- Verm arktung wer den m ittwochs Angebot e f ür die gesam te k ommende W oc he abgeg e- ben, während der Basislast gang an jedem T ag für den nächs ten T ag gehandelt wird. Abweichungen vom Basisf ahrplan werden auf dem Intraday-Mark t bis 30 Minuten vor ph ysischer Erf üllung geha n- delt 1 . Alle Hande lsak tivitäten erfolgen sim ulativ. Als Basis hierfür werden die Preis prognose „Po int Carbon“, sowie di e EPEX -Stun denpreise importiert. 2.1.2 Lösungsansatz I nnerhalb der Phase „Gr undlagen und Um feldanal yse“ wurde aus einem erarbeite ten Zielbi ld eine IKT - Systemarc hitektur abgele itet. Da bei galt es, notwen dige tech nische Kom ponente n und der en Komm u- nikationsschnitts tellen zu identifi zieren. Die Funk tionsum fänge der ein zelnen Kom ponenten wurden grob benannt und die Verant wortlichkeiten f estgelegt. Fr agestellunge n des Teilpr ojek tes 3, die die weitere Detai llierung der K om ponenten, Schnittstel len und Rolle n beha ndeln, wur den identifiziert. W eiterhin war die Systemarc hitektur be züglich ihrer Um setzbark eit zu bewerte n und im Anschluss daran um zusetzen. Im Rahmen des Kon zeptes einer Net zam pel wurden d ie soge nannten VN B-Funk tionen f ür ein lok ales Lastm anagem ent implem entiert und um eine Op timierung m öglicher P hasenschief lasten für Prob e- phase 3 des Probebetriebs erweitert . Eine F unktion zur Optim ierung der Ph ase nschieflast wurde in die IT - Komponente EV-Po ol verlagert. Die Anbindun g des para llel entwic k elten EW E-Lade punk tes an die IT - Kom ponente EV-Po ol wurde spezifi z iert. D ie ge wählte S chnittstelle IEC 6 0870 - 5-104 zwischen EV -Pool und Ladepunk t entspricht den Anforderu ngen des Ü NB (T ransm ission Code). A ls Schnittstelle zwischen La depunk t und Elek tr o- fahrzeug wurde di e ISO 15118 gewählt. Die Validieru ng des Systems erfolgte im ers ten Halbjahr 2015 in einem Laborbetrieb und war vo m Probebetr ieb in B erlin unabhäng ig. Die S ystem architektur wurde um eine Bedienanwendung erweitert, welche de n Nutzern di e Eingabe d er voraus sichtlichen Anw e- senheit am Ladepunk t ermöglicht. Anf orderunge n aus Sicht der N utzerf orsc hung wurden berück s ic h- tigt, insbesondere d ie Lade m odeums chaltung direkt am Ladepunk t. Diese erf orderte zusätzlichen Datenaustaus ch zwischen dem Ladepunkt und dem EV-Po ol. In der folgenden Abbildung werden die IT -Kom ponenten des G esam tprojek tes , welche im AP2.1 ko n- zipiert wurden, d argeste llt. Die bla u eingef ärbten Kom ponenten liegen im Verantwortungs bereich v on E W E/BTC. 1 Bis zum 16. Juni 2015 betrug die Vorlaufzeit für den kontinui erlichen Intraday -Handel 45 M inute n. Seite 18 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 Im Folgenden werden die IT - Komponenten „ Aggreg ator “ und „ EV -Poo l “ beschrie ben. Abbildung 2-1: Systemar chitektur Gesa mtprojekt 2.1.3 Teilp rojektz iele Die folgenden Z iele w urden im Teilprojekt 2 geset zt:  Sach-/Qualitäts ziele o Erfüllung geset zlicher Anf orderungen o Optim ierung der Ladeze iten nach Märk ten und V NB- Restrik tionen o Nutzerak zeptanz  Kostenziele o Senkung der La dekos ten  Term inziele o Bereitstellung e ines S y ste ms bis zum De z em ber 2013 2.1.4 Teilp rojektabgrenzung Folgende Punk te sind nicht Besta ndteil des Teilpr ojek tes:  Entwick lung des ÜNB- Sim ulators.  Fahrzeuge werden durch B M W zur Verfügung g estellt.  Installation un d Test der Ladepu nkte inkl. der Intern etanbindu ng. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 19 von 170  Software der Ladepunk te zur Anbindung d es Fahr zeugs und zur Komm unik ation m it de m EV - Pool.  Mobile App zur Eintragung der Verweild auer.  Entwick lung des BMW s pezifischen EV -Pools. Seite 26 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.2 Datengrundlage für die Auswertung der Probephas en 1 bis 3 Dieses Kapite l gibt eine Ü bers icht über die Anzahl der W ochenta ge, welch e in de n einzelnen Pr ob e- phasen zur graf ischen Aus wertung i n Kapitel 2.3.3 her angezogen wurden. W eiterhin wurden bei den verwertbaren Dat enbestän den Verb indungsabbrüch e herausg erechnet . A ls nicht verwertbar wird ein Tag eingestuf t, sobald ein System ausfall über zwölf Stunden k eine Datena ufzeichnun g erm öglichte oder für 24 Stu nden k eine Verbindung zum Fahr zeug bestan d. Der Test zeitraum der Probephase 1 umf asste 89 W ochentage. Aufgrund vo n technische n Sch wierigkeiten i n dieser Startphase , lagen l e- diglich 33 Tage als ver wertbare Daten v or. Diese g liedern s ich, wie in Tabe lle 2-2 veransch aulicht, auf folgende W ochentage auf: Wochentag Verwertbare T age Nicht verw ertbare Tage Montag 5 8 Dienstag 5 8 Mittwoch 5 8 Donnerstag 7 6 Freitag 6 7 Sams tag 3 9 Sonntag 2 10 Tabelle 2-2: W ochen tage m it verw ertbaren Da tenbeständen, Probep hase 1 Vor allem an Sam stagen und Sonn tagen liege n wenig e verwertbar e Dat enbestän de vor. Die Gesam tzahl der nic ht verwertbare n W ochentage bel äuf t sich m it 56 Tagen au f einen Antei l von circa 63 % . Im Gegensatz zur ersten Pr obephase k onnte i n der zweite n Probephase eine sign ifik ante Steigerung der ver wertbaren W ochentage err eicht werden. V on 1 08 W ochentagen konnt en 106 für die f olgende Datenaus wertung hera ngezogen wer den. Der Ant eil der nicht verwertbare n Tage liegt m it knapp 2 % weit unter dem W ert aus Probephase 1. Diese Entwicklung zeigt, dass es bere its in der zweiten Pr o- bephase zu einer stark en Verbesserung in Bezug auf das Zusam m enspiel der technische n S yste m- k omponenten kam . Wochentag Verwertbare T age Nicht verw ertbare Tage Montag 16 0 Dienstag 16 0 Mittwoch 15 0 Donnerstag 15 0 Freitag 15 0 Sams tag 14 1 Sonntag 14 1 Tabelle 2-3 : W o chentage mit verwertbar en Datenbestände n , Probep hase 2 Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 27 von 170 Bezugnehm end auf die Erg ebniss e der Probephase 3 veransch aulicht Tabe lle 2-4, dass in dieser Probephase di e Quote der ver wertbaren W ochentage bei 100 % liegt. Absolut k onnten i n dieser Pr o- bephase 98 T age zur Aus wertung herangezo gen werden. Wochentag Verwertbare T age Nicht verw ertbare Tage Montag 14 0 Dienstag 14 0 Mittwoch 14 0 Donnerstag 14 0 Freitag 14 0 Sams tag 14 0 Sonntag 14 0 Tabelle 2-4 : W ochentage mit verwer tbaren Datenb eständen, Probep hase 3 Seite 28 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3 Grafische Auswertungen der einzelnen Testphasen In den folgend en Aus wertu ngen bezieht s ich die H aupttarif zeit (HT) auf den Zeitraum von 08 :00 U hr bis 20:00 Uhr a n den T agen Montag bis Freita g. Der Zeitraum f ür den Niedertarif (NT ) erstreck t sich m ontags bis freitags von 20 :00 Uhr bis 0 8:00 Uhr so wie gan ztägig über d ie W ochenenden und Fe ie r- tage. Aufgrund der e norm en Anzahl an Verb indungs abbrüchen in a llen drei Prob ephase n wurden diese für die Auswertung en als Lade vorgänge m it Unterbrech ungen zusamm engefass t. Vor allem S y stem instabilitäten führten zu einer t eilweis e schle c hten D atenqualität. Diese erstr eck ten sich über säm tliche S y s teme, wie z. B. bei der ÜN B -S im ulation, bei der EV - Pool-Steu erung un d Fehler in der Benutzer App. D ies führte sowoh l zu Daten inkonsisten zen als auch zu fehl enden Daten. Unter anderem war es auf g rund von S ystem restriktionen in d en einzeln en Probep hasen nicht m öglich die tatsächlichen An- u nd A bsteck zeiten der Elektr ofahrzeuge zu erm itteln. D aher wurde ein Anstec k- vorgang im System erst erfasst, wenn das Ansteck s ignal von de m Lade punk t übertragen wurde. W u r- de ein Fahr zeug z. B. um 20:00 Uhr an gesteck t und die Ver bindung zum ladepun k t erst um 22 Uhr hergestellt, so b etrug die h interlegte Ansteck zeit im Ba ckend 22:00 Uhr. Zur Annäher ung an die tats ächlichen An- und Absteck zeiten wurden alle L adevor gänge, m it der vom Kunden geplante n A bfahrtszeit u nd unterschi edlichen Ankunf tszeiten zu einem Ladevorgang zusa m- m engefasst und die Abbrüc he in d iesem Gesam tladevorgang a ls Verbindun gsabbruch def iniert. Da die für die A us wertung benötig ten Verweil zeiten nic ht kontinuierlich d urch die Kunden ge pflegt wurden, wird als Verbindun gsabbruch nur e ine m aximale Dauer v on bis zu 60 Mi nuten gewertet . A n- sonsten wäre es m öglich, dass ein Fahr zeugha lter z. B. ausschließl ich Sonntags 0 8: 00 Uhr a ls A b- st eckzeit erfass t und sein Fahr zeug jeden Ab end um 22 Uhr an - und j eden Morge n um 08:00 U hr wieder abstec k t. Ohne die Begren zung der Unterbrec hungsd auer würde die gan ze W oche als ein Ladevorgang v on Montag abend 22: 00 Uhr b is Sonnt agm orgen 08:00 Uhr m it sechs Verbindungsa b- brüchen à 1 4 Stunden ge wertet werden. Als Absteck zeitpunkt wird im mer der letzte Verb indungs abbruch ge wertet. Es ist m öglich, dass diese Annäherung insbesondere i n Pro bephase 3 nic ht den r ealen Ergebnissen entspr icht. Da in dieser Probephase teilweise innerhal b von zwölf Stunden La dezeit laut Kundenfee dback nur einm al drei und einmal vier Minuten e ine Verbindun g zum Sy s tem aufgebaut wur de. In den folgend en Unterk apiteln sind di e geforder ten Aus wertungen zur Probephas e 1, 2 und 3 aufg e- führt. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 29 von 170 Seite 30 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.1 Durchschnittlich e Anzahl A n- und Abstec k vorgänge pro W ochentag und Fahrzeug (ERG01a) In den nachf olgenden Abb ildungen bed eutet An wesenheit, dass ein Fahr zeug anges teck t wurde und die Komm unik ationsverbindung zum Back endsy s tem gegeben ist. D ie rein e Anwes enheit gibt k eine Auskünf te über die freie Ba tteriekapazität u nd den ei ngestellte n Ladem odus. Dieses Kapite l gibt einen Ü berblick über die durchs chnittlich pro Fahr zeug durc hgeführten An - u nd Absteck vorgänge je W oc hentag. Aus Abbildung 2-4 wird ersichtlich, das s in Probep hase 1 vor al lem am Montag und Diens tag je Fah r- zeug m ehr an- als abg esteck t wurde. Am Sams tag wurde überdur chschnittl ich oft abgesteck t. Jedo ch ist zu erwähne n, dass vor a llem am W ochenende lediglich fünf vo n 19 T agen für die Auswe rtung he r- angezogen werden k onnten. Im Gegensatz zu Prob epha se 1 vertei lt sich in Probep hase 2 die Hä ufigk eit der An - und Abst eck vo r- gänge relat iv gleichm äßig auf die einze lnen W oc hentage. Dieser Verlauf ist haupts ächlich darauf z u- rückzuführen, das s die S ystem stabilität in Pr obephase 2 im Gegensatz zu Probep hase 1 wesentlich stabiler war und som it auch eine gleichm äßige Anzahl an W ochentagen mit verwe rtbaren Date n vo r- la g. Von 1 08 W oc hentagen konnten hier 1 06 für die D atenaus wertung heran gezogen wer den. In Probephase 3 ga b es, im G egensat z zu Probephase n 1 u nd 2, am Dienstag die höchste An zahl von An - u nd Absteck vorgängen. Am W ochenende wurden nur sehr wenige Fa hr zeug an - oder abgestec k t. Dies ist dam it zu begründe n, dass in Pr obephase 3 vor allem das gesteuert e Lad en am Arbeits platz untersucht wurde und som it am W ochenende k aum Fahrzeuge am Arbeitsplatz v erfügbar waren. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 31 von 170 Abbildung 2-4 : Dur chschnittliche A nzahl An- und Abstec kvorgänge pr o Wochentag und Fahrzeug , Probepha se 1 Abbildung 2-5 : Dur chschnittliche A nzahl An- und Absteckvorgä nge pro W ochentag und Fahrz eug, Probe phase 2 Abbildung 2-6 : Dur chschnittliche A nzahl An- und Absteckvorgä nge pro W ochentag und Fahrz eug, Probe phase 3 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 A nz ahl Ansteckvorg änge Absteckvorg änge 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 A nz ahl Ansteckvorg änge Absteckvorg änge 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 A nz ahl Ansteckvorg änge Absteckvorg änge Seite 32 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.2 Durchschnittlich e Anzahl A n- und Abst eck vorgänge nac h Tageszeit pro F ahr zeug und Tag (ERG01b) Dieses Kapite l gibt einen Ü berblick über die d urc hschn ittliche Anza hl An- und Abst eck vorgänge nach Tageszeit pro Fa hr zeug und T ag. W ie in Abbildung 2-7 sk i zziert, erfolgen d ie m eisten Absteck vorgänge in Prob epha se 1 bereits m o r- gens, m it einem Peak um 07:00 Uhr . Die m eisten Anst eck vorgänge erf olgen abends, geh äuft von 16:00 bis 18: 00 Uhr un d vo n 21:00 bis 23:00 Uhr. Der Peak der A bsteck vorgänge um 07:00 Uhr ist f ür die SRL Verm arktung zu NT -Zeiten nicht opt im al, da die NT -Zeit bis 08:00 Uhr morgens a ndauert . Ladekapazitäte n der Fahr zeuge m üss en bis zum Ende der NT -Zeit für Abruf e frei gehalten werden. Haben diese d ann ihren W unsc hladezustand n och nicht err eicht, m üss en sie mit Energiem engen vom Spotmark t vollgeladen werden. Steck t ein Nut zer vor oder um 08:00 Uhr a b, m uss das Fahrzeug b e- reits vorher vo llgeladen werden und steht nicht bis zum Ende d er NT -Zeit für Abrufe bere it. Eine H ä u- fung der Absteck vorgän ge gegen 0 9:00 Uhr wär e somit vorte ilhafter f ür eine opti m ierte SRL- Verm arkt ung. Ähnlich der Probeph ase 1 wurden in Pro bephase 2 die m eisten Fahr zeuge um 08:00 Uhr m orgens abgesteck t. Das Ansteck en erf olgte gehäuft zwischen 17:00 un d 21:00 Uhr. D a die SR L- NT -Zeit bis 08:00 Uhr m orgens an daue rt, ist das Absteck en um 08:00 Uhr als Nachte il zu seh en, wenn es auc h so erwartet war. Im Gegensatz zu den ers ten beide n Probephase n wurden die Fahr zeuge überwiegend m orgens zw i- schen 08:00 U hr und 1 1:00 Uhr an gesteck t und abend s zwischen 17 :00 und 19 :00 Uhr abgest eck t. Die HT-Z eit reicht all erdings bis 20:00 Uhr. D ieses ge änderte Verha ltensm uster zu Probeph ase 1 und 2 repräsentiert im W esentlichen das angenomm ene Verhaltensm uster eines Vo llzeitarbeitnehm ers . Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 33 von 170 Abbildung 2-7 : Durchschnittli che Anz ahl An- und Absteckvorg änge nach Tage szeit pro F ahrzeu g u nd Tag, Probephase 1 Abbildung 2-8 : Dur chschnittliche Anzah l An - und Abs teckvorgäng e nach Tagesze it pro Fahrz eug und T ag, Probephase 2 Abbildung 2-9 : Dur chschnittliche Anzah l An - und Abs teckvorgäng e nach Tagesze it pro Fahrz eug und T ag, Probephase 3 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A nz ahl Stunde Ansteckvorg änge Absteckvorg änge 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A nz ahl Stunde Ansteckvorg änge Absteckvorg änge 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 A nz ahl Stunde Ansteckvorg änge Absteckvorg änge Seite 34 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.3 Durchschnittlich e Anwesen heit und ge ladene E nergie nach T ages zeit und W ochentag pro Fahrzeug (ERG 01c) Dieses Kapite l fok ussiert die Aus wertung der durchsch nittlichen Anwesenh eiten und geladen en Ene r- gien nach T ages zeit und W oc hentag pro Fahr zeug. Abbildung 2- 10 sk izziert die durchs chnittliche Anwesenheit eines Fahr zeuges pro W ochentag ei n- schließlich der i n diesem Zeitraum geladenen Energie in Probeph ase 1. Hier bei wer den am Mittwoch und Donners tag die höchst en An wesenheits werte und Max im a bei der gelad enen Ener gie erreicht . Im Gegensatz zu Prob epha se 1 beobach tet m an in Pro bephase 2 über den gesam ten W ochenverlauf eine deutliche W iederholungsfr equenz der anwesenden Fahr zeuge, welche am Wochenende abf lacht. Die geladene Energiem enge ist am Donners tag u nd Fr eitag am höchsten. In Probephase 1 wurde der Höchst wert bereits am Mittwoch erreicht. D ie An - u nd Absteck aktivitäten n ehm en ähnlich der ersten Probephase zum W ochenende ab. Dies wird d urch d ie deutlich abf lachende Am plitude ab Fre itag ersichtlich. In Probephase 3 wurden im Zeitraum von Montag b is Freitag wie erwartet d ie meisten Fa hr zeuge angesteck t. Am Montag un d Dienstag wurde die gr ößt e Energiem enge geladen . Am W ochenende sind sowohl di e Anzah l der angeste ckten Fahr zeuge als auch die Höhe der ge lad e- nen Energie am geringste n. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 35 von 1 70 Abbildung 2- 10 : Dur chschnit tliche Anw esenheit und gelad ene Ener gie nach Tagesz eit und W ochen tag pro Fahr zeug, Probeph ase 1 Abbildung 2- 11 : Dur chschnit tliche Anw esenheit und gelad ene Ener gie nach Tagesz eit und W ochen tag pro Fahr zeug, Probeph ase 2 Abbildung 2- 12 : Dur chschnit tliche Anw esenheit und gelad ene Energie nach Tag eszeit und W o chentag pro Fahrzeug, Probeph ase 3 0 5 10 15 20 25 30 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 Montag Dienstag Mittwoch Donne rstag Freitag Samstag S onntag Montag geladene Energie in kWh A nw esenheit Fahrzeug a nwesend geladene E nergie 0 5 10 15 20 25 30 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 Montag Dienstag Mittwoch Donne rstag Freitag Samstag S onntag Montag geladene Energie in kWh A nw esenheit Fahrzeug a nwesend geladene Energi e 0 5 10 15 20 25 30 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samsta g S onntag Montag geladene Energie in kWh A nw esenheit Fahrzeug a nwesend geladene Energi e Seite 42 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.7 Durchschnitt liche Ab weichun g Plan- v on I st -Verweilze it je Fahr zeug und La devorgang (ERG 10) In diesem Kapitel erf olgt die Darstellung der durc hschnittlichen Abweichung zwisc hen den geplanten und den realisiert en Ver weilzeiten je e inzelnem Fahrz eug u nd Ladevor gang in den unterschi edl iche n Phasen. Eine Untersc heidung zwischen nicht durchgäng ig gepflegten D aten in der Nutzer - App und e iner ta t- sächlichen Ab weichung ist nicht m öglich. Unabh ängig davon, wor aus die Ab weich ungen resu ltieren, begründen d iese hohe n durc hschnittliche n Ab weichun gen. W ie in Abbildung 2- 22 darges tellt, sind die durc hschnit tlichen Ab weichungen von den vorgege benen Abfahrts zeiten in Probephase 1 über wiegend sehr hoc h. Das Fa hr z eug VR99962 übertriff t die durc h- schnittliche I st -Ladezeit sogar um c irca 50 %. D ies k ann ein Indi z für nicht ausr eichend gepfle gte K a- lender sein. D ieser Um stand wirk t sich negativ auf die Vorhers agbark eit und Plan bark eit für eine opt i- m ierte SRL-Verm ark tung der Fahrzeuge a us. Betrachtet m an die Ab weichungen zwisch en den gep lanten un d tatsächl ichen Verweilzeite n in Pr ob e- phase 2, sin d diese im m er noch sehr hoch. Im Vergleic h zur ersten Probe phase f allen die A bweichu n- gen jedoch gerin ger aus. B ei vier Fahr zeugen beträ gt die durchsc hnittliche Ab weichung zwisch en Plan und IST imm er noch weit über zehn Stunden. D iese Abwe ichungen wirk en sich negativ auf die Verm arktung der Energ iem engen aus und begründen einen er höhten Antei l an Ausgleichsener gi e- m engen. Die Plan-I st -Abweich ungen s ind in der dritten Probeph ase de utlich h öher als in d en Pro bephasen 1 und 2. Ein Gru nd für diese Verschlecht erung k önnten die verm ehrt aufgetret enen Verbindungsa bbr ü- che sein. In Probephase drei wurden vier Austausc hfahr zeuge benötigt. Di e k omm uni k ative Anbindun g der L a- depunk te erfolgte bei allen Nutzern über Ethernet. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 43 von 170 Abbildung 2- 22 : Dur chschnittli che Abwe ichung Plan- von I st -Verw eilzeit je Fahr zeug und Lad evorga ng , Probephase 1 Abbildung 2- 23 : D urchs chnittliche Abw eichung Plan- von I st -Verw eilzeit je Fahr zeug und La devorga ng , Probepha se 2 Abbildung 2- 24 : D urchs chnittliche Abw eichung Plan- von I st -Verw eilzeit je Fahr zeug und Ladev organg , Probep hase 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 M inuten Fahrzeug Ø Absolute A bweichung (Plan - Ist) Ø Ist-Ladez eit 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 M inuten Fahrzeug Ø Absolute A bweichung (Plan-Ist) Ø Ist-Ladez eit 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 M inuten Fahrzeug Ø Absolute A bweichung (Plan - Ist) Ø Ist-Ladez eit Seite 44 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.8 Abweichung vo n der angeg ebenen Ver weil zeit je W ochentag (ERG 38) Dieses Kapite l fok ussiert sich auf die Auswertun g von Menge u nd Art d er Abweic hung zwischen der Plan und I st -Ver weilzeit. Zur Berechnun g der Abwei chung (   ) wurde die folgen de Form el v er wendet:    󰇛          ä 󰇜 󰇛     󰇜 Eine Untersc heidung zwisc hen einer n icht eingetrag enen Abf ahrt eines Probande n oder einer f ehle r- haft eingetragen en Abfahrt ist aus den vor liegenden D aten nicht m öglich. Teilweis e wurden die A b- fahrtzeiten in der Probanden - App nicht k ontinuierlich gepflegt, s odass sich insgesam t hohe Ab we i- chungen ergebe n. Die in Ab bildung 2- 25 darg estellten Ab weichungen im negativen B ereich bedeut en, dass d as Fah r- zeug be zogen auf die gep lante Ver weildauer z u früh a bgesteck t wurde. W eiterhin ist zu erkennen, dass die in der Prob ephase 1 der über wiegen de Anteil der einges etzten Fahr zeuge deutlich zu früh abgesteck t wurden. T eilweise betrugen die Ab weichungen sogar 1 00 % von d er geplante n Ver wei l- dauer. W ie Abbildung 2- 26 verans chaulicht, si nd Abweich ungen von der a ngegebene n V erweilzeit von b is zu 100 % r elativ gleichm äßig über alle W ochentage verte ilt. Nur selten wird ein Fahr zeug zu spä t abg e- steck t. Lediglich in vier dies er Fälle gab es Ausreißer, i n denen die Fahr zeuge viel zu spät abgest eck t wurden. Die h ohen proze ntualen Abweichungen s ind darin begr ü ndet, dass n ur se hr k urze Ladezei t- räum e eingegeben wurde n. In Probephase 3 wurden die ei ngeset zten Fahrzeuge ähnlich der b eiden vorh ergehenden Probeph a- sen über wiegend zu fr üh abgesteck t. Im Hinblick auf übers chrittene Verweildau ern wurde vor al lem donnerstags u nd freitags teilweise zu sp ät abges teck t. Ei nze lne Ausreißer bewege n sich sogar im Bereich einer zehn- b is zwölff achen Überschreit ung d er geplanten Verweildauer. Ein Grund hierf ür ist, dass teilweise sehr geringe Ver weilzeiten g eplant wurden, die n icht ei ngehalte n wurden. Seite 46 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.9 Durchschnittlich e Abweichu ng der Ver weilzeit nach W ochentag pro Nutzer (ERG 7 0) In diesem Kapitel erf olgt die graf ische Be wertung der durchschnittlich en zeitlichen Ab weichun g von der geplanten V erweilze it pro Nutzer, W ochentag und Phase. E ine Diff erenzierung zwischen einer nicht eingetragen en Abfahr t eines Proban den oder ei ner f ehlerhaft e ingetragenen Abfahrt ist aus den vorliegenden Date n nicht m öglich. T eilweise wurden di e Abfahrtzeite n in der Prob anden -Ap p nicht k ontinuierlich gepflegt, sod ass s ich insgesam t hohe Ab wei ch ungen ergeb en. In Abbildung 2- 28 wurde die m ittlere Abweichung zwis chen tatsächl icher und gep lanter Verweilzeit nach W ochentagen in der e rsten Probep hase auf getragen. Es fällt auf, dass die m ittlere A bweich ung im Zeitraum von Donnersta g bis Sam st ag m it täglich weit über 10 Stunden am höchs ten ist. Diese hohen W erte s ind vor allem dadurc h begründet, d ass n icht imm er f ür jeden Tag, an dem Fahr zeuge abgesteck t wurden, auch ta tsächlich eine Abfahr zeit geplant war. Unt er anderem wurde oft nur ein Tag p ro W oc he m it einer Abf ahrtszeit versehen . W urde z . B. ausschließlich d ie Abf ahrtszeit „sonntags, 08:00 Uhr“ a ngelegt, so wird beim Absteck en am Mont agm orgen um 08:00 U hr eine Ab weichung von 144 Stunden zum nächsten Sonnta g bestim m t. In Probephase 2 be trägt di e m ittlere Abweichung d er Abf ahrtszeit von der angeg ebenen Abfahrts zeit im Schnitt über 1 0 Stunden . Dies ist dadurc h begrü ndet, dass n icht in allen Fä llen Abfahrts zeiten k o n- stant gepflegt wurden. D ie sehr groß e m axim ale Abweichung für Donn erstag resu lt iert dara us, dass ein Nutzer se ine nächste g ültige Abfahr zeit für ein en Dienstag e ingegebe n, das Fahrzeug allerd ings an einem Donn erstag abge steck t hat. Um Abweichungen in d er Planung der Ladeenerg iem engen durch solche Feh ler zu verr ingern, wurde die IT - Ko m ponente EV-Poo l im weitere n Verlauf um eine Routine er weitert, welche d ie Abfahrts zeit selbststän dig reduziert. D ie m axim ale Abweichung wurde somit durch d en EV- Pool auf 14 Stunden pro A nsteckvorga ng beschränk t. In Probephase 3 be trägt die m ittlere Ab weichu ng der Abfahrts zeit von der angeg ebenen Abf ahrts zeit pro W ochenta g im Schnitt 12 Stun den. Bei einer Heraus rechnung der W ochenenden beträgt d ie A b- weichung im Schnitt 7,5 St unden. Dies ist s innvoll , da in d ieser Prob ephase nur s ehr wenige L adevo r- gänge an de n W ochenenden stattf anden. An alog zu Probephase 2 wurden auch in Prob ephase 3 die Abfahrts zeiten nicht kontinuierlich gepflegt. So wurde zum Beispiel nur am Sonntag um 08:00 Uhr a ls Abfahrts zeit definiert. Das Fahrzeug wurde dann jedoc h erst Montag abend ang esteck t und Diensta g- m orgen wieder abgesteck t. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 47 von 170 Abbildung 2- 28 : Dur chschnittli che Abw eichung der Verw eilze it nach W oche ntag pro Nu tzer , P robeph ase 1 Abbildung 2- 29 : Dur chschnittli che Abw eichung der Verw eilze it nach W oche ntag pro Nu tzer , P robeph ase 2 Abbildung 2- 30 : Dur chschnittli che Abw eichung der Verw eilze it nach W oche ntag pro Nutzer , Probe phase 3 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 M inuten Mittlere Abwe ichung Maximale Abweichung 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 M inuten Mittlere Abwe ichung Maximale Abweichung 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 M inuten Mittlere Abwe ichung Maximale Abweichung Seite 48 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.10 Anzahl Verb indungsabbrüc he pro St unde (ERG 20a) Das folgende Kapitel gibt e inen Überb lick über die Anz ahl der Verb indungsabbrüc he in d en einzeln en Probephasen. Ein Verbindu ngsabbruc h liegt vor, wenn eine best ehende Ver bindung zum Back end unterbrochen wird und s ich innerha lb einer Stund e wie der aufbaut. T heoretisc h können Ver bindung s- abbrüche auch länger and auern. Für EW E war jedoch nicht direkt ers ichtlich, ob ein n icht sichtbares Fahrzeug abges teck t wurde, oder ob ei ne Unterbrech ung de r Komm uni k ationsverbindung vorlag. Daher wurden V erbindu ngsabbrüch e als s olche gewert et, wenn das Fahrzeu g innerhalb v on 60 Minuten m it dem selben oder einem höheren SOC wieder e ine Verbin dung zu m IT -Back end aufg e- baut hat. In der ersten Probephas e e xistieren v iele Zeiträum e, in denen k eine Verbin dungsa bbrüche nachg e- wiesen werd en können. Ins gesam t konnten in dieser P robephase circa 1 25 Verb indungsabbrüch e identifiziert werden. Aufgru nd der un vollständ igen Datenlage ist die Aus wertung allerdings n ur bedingt aussagefähig. In der zweiten Probephase wurden eb enfalls Verb indungsabbr üche reg istriert. Ins gesam t konnten in dieser Probeph ase währen d 720 Lade vorgängen 6 71 Verb indungsabbrüche dete k tiert werden. In Probephase 3 wurden 1 80 Verbindu ngsabbrüche in insgesam t 518 Ladev orgängen reg istriert. Die tatsächliche An zahl der Ver bindun gsabbrüche k ann au ch hier aus oben gen annten Gr ünden nicht erm ittelt werden. Alle F ahrzeuge in Pro bephase 3 waren üb er Ethernet an gebunde n. Au f grund dive r- ser Um stände wurde die Verbindun g der Ladep unk te zum BM W - Backend häufig unterbrochen. Da r- aus resultierten l ängere un d häuf igere Verbindungs abbrüc he als bei d en über Ethernet ang ebundenen Fahrzeugen in Probe phase 1 un d 2. Seite 50 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.11 Anzahl Verb indungsabbrüc he je Fahr zeug (ERG 20b) In den folgend en Abbildu ngen werden die Verbi ndungs abbrüche pro F ahr zeug ausge wertet. Die vorliegen de Date nbasis ist n icht geeignet, um in ei ner der gen utzten Techno logien eine n Vorteil bezüglich einer St abilität de r Komm unik ationsverbindung zu erkenne n. Dies liegt zum einen daran, dass bestimm te T echnologien, wie G SM-V erbindu ngen, häuf iger als andere eingeset zt wurden. Zum anderen sind d ie Verbindun gsqualitäten auc h innerh alb einer T echnologie n icht imm er vergleichbar hoch. Dies weist darauf hin, dass die Tec hnologie nich t der einzige Grun d für di e Verb indungsqua lität sowie die Häufigk eit und D auer der Verbindungs abbrü che ist. Ferner wurden F ahrzeuge in Einzelfä l- len getauscht, sod ass ein E V in Pro bephase 1 bsp w. di e erste Zeit ü ber W LAN angesc hlossen war und nach einem W echsel an einem Ladepunk t genutzt wurde, der ü ber GSM m it dem Back end ve r- bunden war. Da die Aus wertunge n nach Fahr zeugen und nicht nac h Ladepu nkten gef ahren wurden, entstehen hier Überschne idungen. Deutlich zu sehen ist, dass die Häuf igkeit der V erbindu ngsabbrüc he in Probeph ase 1 und 2 unabhä n- gig von der ei ngeset zten Technologie ist. In Pro bephas e 3 waren a lle Ladepunk te über Ethernet a n- gebunden. In Probephase 3 k onnte die An zahl der Verbi ndungsabbrüc he auf circa ein Zehnte l der Abbrüc he aus den Prob ephasen 1 und 2 r eduziert werden. Jedoc h b etrug die Dau er der Verb indungsabbrüc he hier deutlich länger als eine Stu nde. Verb indungsabbrüc he m it einer längeren Dau er von einer Stu nde wurden nicht s ystem isch erfas st. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 51 von 170 Abbildung 2- 34 : Anzahl Verb indungsabbr üche je Fahrz eug , Probeph ase 1 Abbildung 2- 35 : Anzahl Verb indungsabbr üche je Fahrz eug, P robeph ase 2 Abbildung 2- 36 : Anzahl Verbindung sabbrüche je Fah rzeug, Probeph ase 3 0 1 2 3 4 5 A nz ahl A bbrüche pro Ladevorgang 0 1 2 3 4 5 A nz ahl A b brüche pro Ladevorgang 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 A nz ahl A b brüche pro Ladevorgang Seite 58 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.15 Durchschnittlich e Ladem enge in kW h nach W ochentag pro Verweildauer in h und ang e- schlossenem Fahr zeug (ERG 41a) In diesem Unterk apitel wird die durchsc hnittliche Lad em enge pro einstün dige Ver weildauer und Fah r- zeug abgebi ldet. Als Ver weildauer wird hierbei die Zeit gewertet, in d er das Fahr zeug angesteck t war und eine Kom m unikationsverb indung zum Back end bestand. In Probephase 1 wurden d urchsc hnittlich zwischen 0 ,7 kW h und 1,2 kW h pro Stunde und Fahr zeug geladen. Vor a llem m ittwochs wurde im Durchs chnitt die höchste u nd m ontags und do nnerstags die niedrigste La dem enge pro Fahrzeug auf gen omm en. In Probephase 2 wurden d urchsc hnittlich zwischen 0 ,5 kW h und 1 k W h pro Stunde geladen . Im G e- gensatz zur erste n Pro bephase ist die durchsc hnittlich e Ladem enge etwas ger inger. Den größte n Ausschlag gab es dienstag s. W eiterhin ist anzum erk en, dass sic h die durchsc hni ttliche Ladem enge an allen anderen W ochentagen im Bereich von 0,5 kW h bis 0,6 k W h pro Stunde be wegt. Som it ist das Verhältnis von geladener Energie zur Ver weildauer rel ativ gleichm äßig vertei lt. Im Verg leich zur Pr o- bephase 1 besteht e ine wesentlich ger ingere Volatilität . Im Unterschied zu den erst en beiden Probephasen ers treckt sich in der Pro bephas e 3 die durc h- schnittliche Ladem enge über eine größere Bandbre ite von bis zu 1,4 kW h zwischen der m inim alen und max im alen Lademenge pro Stu nde. In den ers ten beiden Pro bephasen betrug di e Bandbreite jeweils 0,46 kW h, w as circ a einem Dr ittel von Probeph ase 3 e ntspricht. In Prob ephase 3 wird durc h- schnittlich zwische n 0,20 k W h un d 1,63 kW h pro Stunde geladen, wobei die bei den daf ür verant wortl i- chen Extrem werte am Sams tag und Sonntag entstand en sind. Durc h die gerin ge Anzah l an Ladevo r- gängen am W ochenende sind diese W erte nicht aussagek räf tig. An den Tagen M ontag bis Fr eitag liegen die Ladem engen im Bere ich zwischen 0,5 kW h und 0,8 kW h. Dies entspricht in etwa den W e r- ten der zweiten Probeph ase. Da die Fahr zeuge in der Praxis ei ne Ladeleistun g von m a ximal 3,2 kW aufnahmen, ergibt sich aus den Daten f ür alle drei Probephase n e in gutes Vers chiebepote ntial. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 59 von 170 Abbildung 2- 43 : Dur chschnittli che Lade m enge in k W h nach Wochentag pro Verw eildauer in h und ang eschlo ssenem Fahr zeug , Probeph ase 1 Abbildung 2- 44 : Dur chschnit tliche Lade m enge in k W h nach Wochentag pro Verw eildauer in h und ang eschlo ssenem Fahr zeug, Probeph ase 2 Abbildung 2- 45 : Dur chschnittli che Lade m enge in k W h nach Wochentag pro Verw eildauer in h und ange schlossen em Fahrz eug , Probeph ase 3 -0,1 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag kWh -0,1 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag kWh -0,1 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag kWh Seite 60 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.16 Durchschnittlich e Anzahl vers chiebbarer St unden nac h W ochentag pro Ladevorgang (ERG 41b) In diesem Kapitel wird auf die Auswertung der d urc hschnittlich verschiebbare n Stunden pro Lade vo r- gang in den ein zelnen Pro bephasen e ingegang en. In der ersten Probephas e wurde fr eitags das m it Abst and größte vers chiebbare Poten zial erzeugt. Laut Ab bildung 2- 43 beträgt die durchs chnittli che La dem enge pro W ochentag 0,9 kW h. An den restl i- chen W ochentagen lag d ie Anzahl d er versc hiebbaren Stunden im Bereich von c irca 8 St unden. Im Gegensatz zu Prob epha se 1 exist ieren f ür die zweite Pro bephase k eine hoch v olatilen Sch wa n- k ungen bei den versc hiebbaren Stunden je W ochentag. Im Durc hschnitt standen circa 5,8 Stunde n pro W ochenta g und Ladev organg zur Verf ügung. Bezugnehm end auf Abbildu ng 2- 44 b eträgt die durchschnittliche L adem enge pro W ochentag 0, 6 kW h und fällt dam it k leiner aus als in Pro bephase 1 . In der dritt en Probe phase s tanden im Durc hschnitt circa 5,1 Stund en pro W ochentag mehr f ür einen Ladevorgang zur Verf ügung, als ben ötigt ge wesen w ä re. Bezugnehm end auf Abb ildung 2- 45 beträ gt die durchschnittl iche Lade m enge pro W ochentag 0, 74 k W h und fällt damit k leiner aus als in Prob e- phase 1, jedoch größer als in Probephase 2. D ie Lade m engen für sam stags und s onntags in Prob e- phase 3 ber uhen vor a llem darauf, dass verei nzelt Fah rzeuge am W ochenende a m Arbeitsplatz gel a- den wurden. D ie Stichprob engröße bef indet sich h ierbei im Bereich von ein bis zwei Ladevorgän ge n über die gesam te Probeph ase und a lle Fahrzeuge und stel lt som it keinen repräs entativen W ert dar. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 61 von 170 Abbildung 2- 46 : D urchs chnittliche Anz ahl verschiebbar er Stunden nach W ochen tag pro Ladev organg , Probeph ase 1 Abbildung 2- 47 : Dur chschnittli che Anzah l verschiebbarer Stunden na ch W ochentag pro Ladevorg ang , Probe phase 2 Abbildung 2- 48 : Dur chschnittli che Anzah l verschiebbarer Stunden na ch W ochentag pro Ladevorg ang , Probe phase 3 0 2 4 6 8 10 12 14 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Stunden 0 2 4 6 8 10 12 14 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Stunden 0 2 4 6 8 10 12 14 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Stunden Seite 62 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.17 Durchschnittlich e Ladem enge und Verbra uch nach W ochentag pro Pool (ERG 43) Dieses Kapite l fok ussiert auf die Aus wertung der d urchsc hnittlich geladene n Ener giemen ge u nd deren Verbrauch pro W erktag und Fahrzeug i n den Probe phasen 1 bis 3 . Abbildung 2- 49 sk izziert die durchs chnittlich gela dene Energ iem enge sowie de n Verbrauch je Fa h r- zeug pro W ochentag in der Probeph ase 1. Es wird ersic htlich, dass vor a llem mittwochs am m eisten und donnerstags am weni gsten ge laden wird. Der Ver brauch ist hi ngegen f reitags und sam s tags am höchsten. Mitt wochs, freita gs und sonnt ags wurd e m ehr gelad en als verbrauc ht. In Probep hase 1 wurden durchsc hnittlich 12, 1 kW h pro Tag geladen und 11, 7 kW h verbraucht. In Probephase 2 wurde do nnerstags am m eisten gela den. O bgleich m ittwochs d ie m eisten Fahrzeu ge an - und a bgesteck t wurden, war d ie Ladem enge hier a m geringsten. Im Schnitt wurden in Probephase 2 pro Tag und EV- Pool 9,2 kW h geladen und 9,1 kW h v erbra ucht. In Probephase 3 ist der Peak in Verbrauc h und Ladem enge sam stags zu sehen. Aufgrund der geri n- gen Anzahl an L adevorgän gen hat dieses Ergebn is jedoch wenig A ussagek raft. W erktags liegt die durchschnittliche L adem enge m ontags m it 5,0 kW h am höchs ten und f reitags m it 3,9 kW h am nie d- rigsten. Der Verbr auch liegt im Schnitt diens tags am höchsten. Durc hschnittlich wurden in Probeph a- se 3 pro Tag und Pool 8,9 kW h geladen und 7,4 kW h v erbra ucht. Die Verluste erk lären s ich durc h die Um bauten an den F ahrzeugen zur Da tenauf zeichnung und Konnektivität. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 63 von 170 Abbildung 2- 49 : Dur chschnittli che Lade m enge und Verbrau ch in k Wh nach W ochentag pro Pool , Probepha se 1 Abbildung 2- 50 : Dur chschnittli che Lade m enge und Verbrau ch in kW h nach Wochentag pro Pool , Probephase 2 Abbildung 2- 51 : Dur chschnittli che Lade m enge und Verbrau ch in k Wh nach W ochentag pro Pool , Probepha se 3 0 5 10 15 20 25 30 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag kWh Ø Ladem enge Ø Verbrauch 0 5 10 15 20 25 30 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag kWh Ø Ladem enge Ø Verbrauch 0 5 10 15 20 25 30 Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag kWh Ø Verbrauch [kWh] Ø La demenge [k Wh] Seite 64 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.18 Durchschnittlich e Verf ügbarkeit pro Fahr zeug (ERG 44) In diesem Kapitel wurde di e durchschn ittliche Verfügb ark eit pro Fahrzeug un d Probephase erf asst. Laut den Präqua lifikationsb edingungen f ür eine SRL -Verm arktung ist eine M indes tverfügbark eit von 95 % zu gewährleiste n. Zur Erm ittlung der durchs chnittlichen Verfügbark eit wurde folg ende Form el ange wandt:     ü    󰇛       ü 󰇜   Bei der Berech nung der du rchs chn ittlichen Verfügb arkeit ist zu berück s ichtigen, dass nicht jed er Ve r- bindungsabbruch als Verb indungsabbr uch reg istriert wurde. D auerte d er Verbindungsa bbruch lä nger als eine Stund e an, so wurde das erne ute Verbind en als nächst er Lade vorgang r egistriert. Som it k onnte die tatsächliche Verf ügbarkeit nicht genau erm ittelt werden und liegt vermutlich j eweils unter den errechnet en W erten. Die durchschnit tliche Verf ügbarkeit der ersten Probe phase m it 93,4 % ist f ür eine SRL- Verm ark tung nicht ausreichend. Vier von zehn Fahr zeugen erfüllten in dieser Probephas e nicht die Mindest vorau s- setzungen der SRL- Verm arktung und verh inderten so m it den Zugang des Fahr zeugpools zum SRL - Mark t bzw. verursachen e in erheblich es Risiko hoch preisige Aus gleichsenerg ie zuk auf en zu müss en . Analog zu den Ergebnissen der ersten Probephase ents pricht die durc hschnittliche Verf ügbark eit von Probephase 2 einem W ert von 91,1 % u nd entspric ht s omit auch nicht den SRL Mindestanf orderu n- gen. Sieben von zehn Fahr zeugen erf üllen nicht die Mi ndestvora usset zungen der SRL- Präqualifik ationsbedingung en und verhindern som it de n Zugang dies es Fahr zeugpools zum SRL Mark t bzw. verursachen e in erheblich es Risiko hoch preisige Aus gleichsenerg ie zuk auf en zu müss en. In der dritten Probephas e wurde m it 84,8 % e ine noc h schlechtere d urchs chnittliche Verfügb ark eit als in den beiden v orhergehe nden Prob ephasen erreicht. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 65 von 170 Abbildung 2- 52 : Dur chschnittli che Verfügba rkeit im Ans teckzeitrau m nach Fahrz eug , Probephase 1 Abbildung 2- 53 : Dur chschnittli che Verfügba rkeit im Ans teckzeitraum n ach Fahrzeug , Probephase 2 Abbildung 2- 54 : Dur chschnittli che Verfügba rkeit im Ansteckzeitra um n ach Fahrzeug , Probephase 3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Durchschn. Verfügbarkeit in % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Durchschn. Verfügbarkeit in % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Durchschn. Verfügbarkeit in % Seite 66 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.19 Latenzzeiten nach 15- Minu ten-Mitte lwert pro Fa hrzeug (ERG 45 a) In diesem Kapitel werden d ie m ittleren Latenz zeiten pr o Fahrzeu g in den ein zelnen T estphasen au s- gewertet. W ie in Abbildung 2- 55 sk izziert, sch wanken die Late nzzeiten der Fahrze uge der ers ten Pro bephase überwiegend in einem Band zwischen 0,01 und 1 0 Millisek unden. Dies ist für die Erfüllung der Prä qu a- lifikationsanforder ungen e iner SRL -Verm arktung ausreichend. Z ur besseren Übers icht gibt Abbi ldung 2- 58 ein en Einblick in die aggreg ierten Daten pro Fahrzeu g. In der zwe iten Probe phase s ind vor allem im ers ten Drittel Sch wank ung en der Lat enzzeiten ers ich t- lich. Die Laten zzeit liegt h ier zwi sche n 0,01 Millisek unden und ru nd 100 Sekunden . Die Ausre ißer sind hier besonders in den erste n W ochen deutlich höher als in Pr obephase 1. Größtentei ls bleiben d ie Latenzzeiten jedoch unter 100 Mi llisekunden. Dies ist höher als in Probe phase 1, jedoch noch weit unter den Anforder ungen zur SRL - Erbringun g. In Probephase 3 lie gen die Latenzzeiten f ast durchgä ngig im Bereich vo n 0,1 bis 1 Millisek unden. Gut zu sehen sind di e (langen) W ochenend en un d Feierta ge, an dene n in dieser Probephas e nur in Au s- nahmef ällen geladen wur de. Da in dieser Pro bephase am gemeinsam en Arbeitsplatz der Prob anden geladen wurde, liegen f ür diese freien T age nur se lten Lade vorgänge u nd som it W erte f ür Laten zze i- ten vor. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 67 von 170 Abbildung 2- 55 : La tenzzeiten nach 15-Minu ten-Mittelw ert pro Fahrze ug von allen Fahr zeugen , Probep hase 1 Abbildung 2- 56 : La tenzzeiten nach 15-Minu ten-Mittelw ert pro Fahrze ug von allen Fahr zeugen , Probep hase 2 Abbildung 2- 57 : La tenzzeiten nach 15-Minu ten-Mittelw ert pro Fahrze ug von allen Fahrze ugen , Probep hase 3 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 28.05.14 25.06.14 23.07.14 Latenzzeit in ms Durchschni ttliche Latenz zeit 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 25.08.14 24.09.14 24.10.14 23 .11.14 23.12.14 22.01.15 Latenzzeit in ms Durchschni ttliche Latenz zeit 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 06.04.15 26.04.15 16.05.15 05 .06.15 25.06.15 15.07.15 04.08.15 Latenzzeit in ms Durchschni ttliche Latenz zeit Seite 74 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.3.23 Abweichung SRL I ST un d S RL SOLL ( ERG 51) Dieses Kapite l gibt einen Ü berblick über die A bweichung zwischen SRL Ist und SR L Soll . Die Algorithm en zur Berechnung der Lastvorga be in Probephase 1 waren noc h nicht finalisi ert. En t- sprechend erk lären sich die in Abbildung 2- 67 aufgezeigten Abweichung en. Die B erechnung der Las t- vorgaben war in dieser ersten T estphase noch f ehlerh aft. Entsprech end fielen die Ab weichungen zw i- schen SRL S OLL und SR L I ST aus. A ls m inim ale Abweichung ergab s ich ein W ert von null. Durchschnittlich e Abweichu ng: 3 kW Maxim ale Abweichung 29,4 kW Minim ale Abweichung 0 kW Tabelle 2-9: Abw eichung en SRL IST zu SRL S OLL , Probephase 1 Die Abweich ungen zwisch en SR L I ST u nd SRL S OLL sind auch in der zweiten Prob ephase h och. Der SRL-Regler wurde erst im J anuar 2015 optim iert. Erst e Erfolge s ind bereits a b Mitte Jan uar in A bbi l- dung 2- 68 sichtbar. Durchschnittlich e Abweichu ng: 3,227 kW Maxim ale Abweichung 26,08 kW Minim ale Abweichung 0 kW Tabelle 2- 10 : Abw eichunge n SRL IST zu SRL SOLL , Pro bephase 2 Auch in der dri tten Pro beph ase sind di e Abweichu ngen zwischen SRL I ST und S RL S OLL sind nach wie vor vorhanden. Allerdings f allen diese bere its viel geri nger als i n den Probephase n 1 und 2 aus. Durchschnittlich e A bweichung: 0,28 kW Maxim ale Abweichung 30,04 kW Minim ale Abweichung 0 kW Tabelle 2- 11 : Abw eichunge n SRL IST zu SRL SOLL , Pro bephase 3 Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 75 von 170 Abbildung 2- 67 : Abweichung SRL IST zu SRL SOLL nach 15 Minu ten Mittelw erte vom Gesa mtpool, Probepha se 1 Abbildung 2- 68 : Abweichung SRL IST zu SRL SOLL nach 15 M inuten Mittelw erte vo m Gesamtpool , Probeph ase 2 Abbildung 2- 69 : Abweichung SRL IST zu SRL SOLL nach 15 M inuten Mittelw erte vo m Gesamtpool , Probeph ase 3 0 5 10 15 20 25 30 A bw eichun g in kW 0 5 10 15 20 25 30 A bw eichun g in KW 0 5 10 15 20 25 30 A bw eichun g in kW Seite 76 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.3.4 Zusammenfassung Die Kernergeb nisse der tec hnische n Aus wertung der d rei Probephase n k önnen wie folgt zusamm e n- gefasst werden: Die System s tabilität in der ers ten Pro bephase k onnte i n den Folge phase n 2 und 3 wesent lich verbe s- sert werden. Die von den Proban den präferierte Absteck zeit in den Probephasen 1 und 2 war im Zei t- raum von 7:00 bis 8:0 0 Uhr m orgens. Für das Anst ecken wurde d er Zeitraum von 17 :0 0 bis 21: 00 Uhr genutzt. Für e ine SRL V erm arktung im NT -Zeitraum wäre eine Absteck zeit nach 08:00 Uhr wü n- schenswert. Im Gegensatz da zu erfolgte n das A nstecken in d er dritten Prob ephase m it Verm ark tung im HT -Zeitra um durc hschnittlich von 08:0 0 b is 11:00 U hr und das Absteck en im Zeitrau m von 17 bis 19 Uhr. Die Anwesenh eit der Fahr zeuge in Pro bephase 1 und 2 war m ittwochs un d donn ers tags am höchsten. Die größten E nergiem engen wurde n in diese n Probep hasen don nerstags u nd frei tags gela den. In der dritten Probe phase k onzentrierte sich so wohl d ie höchs te Anwesenheit a ls auch d ie Ladem enge auf Dienstag. D er Anteil von ge steuerten La devorg ängen an alle n Ladevorg ängen in Probephase 1 un d 2 lag durchschnittl ich zwisch en 70 u nd 1 00 %. In Probe phase 3 stieg dieser Antei l auf fas t 100 %. Ein W echsel vom Ladem ode gesteuertes Laden zu Sofortladen erfolgte m it einem Anteil von circ a 0,5 % eher s elten. Der vorwiegend e W ec hselzeitpunk t lag ein b is zwei Stunden nach dem Ansteck en de r Fahr zeuge . Ein W echsel vom Ladem ode Sofortladen zu ges teuert es Laden erf olgte nur in 0, 5 % der Lade vorgä n- ge in zwe iten Probephas e. Die Abfahrts zeiten in der N utzer -App wurden ü ber alle T estphasen n icht kontinui erlich durc h die Pr o- banden gepf legt bzw. die geplante n Abfahrt zeiten eing ehalten . Di e Ab weichungen von der geplanten Verweilzeit wur den vor alle m durch ein zu fr ühes Absteck en der Fahr zeuge er zeugt. Ein zu spätes Absteck en fand eher s elt en statt. Bei de n Ab weichungen bzg l. der Einhalt ung de r Abfahrt zeiten gab es in Probeph ase 3 Ausrei ßer im Bereich ein er zehn- bis zwölff achen Übers chreitung der geplant en Verweildauer. Gründe für dies e signifik anten Abweichungen liegen in der Pflege der Ka lendereinträge durch die Proba nden. Dadu rch liegt die resu ltieren de m ittlere A bweich ung zwischen Plan- und Ist - Abfahrts zeit je nach Probephase zwischen 1 0 und 12 Stunden. Di ese hohe Abweichun g ist som it für eine energie wirtschaftliche Verm arktung nicht gee ignet. Dah er erfolgten a b Pro bephase 3 e ine Pro g- nose, Be wertung und Opt im ierung der vom Probande n geplante n Abfahrt zeit. Zu den Kom m unikationsanbindungen der L adepunk te k önnen folgende Auss agen getrof fen werde n. Im Probebetrieb des Projek tes Ges teuertes La den V3.0 waren die Ladepunk te der Nut zer über W LAN, PLC, Ethernet od er GSM m it dem BM W -Back end verbunden. Über a lle Tec hnologien waren Lad e- punkte m it einer hohen Anzahl an Verbindun gsabbrüchen vorhanden. D ie Häufigk eit und auch die Dauer der Abbrüc he waren hierbei unabhäng ig von de r verwendet en Techno logie. Der W iederaufbau der Verbindu ngen hat te ilweise sehr lange gedauert, was eine u nm ittelbare Auswirk ung auf die G e- samtverf ügbarkeit des Poo ls hat: Fa hrzeuge k önnen nic ht angesteuert werden, ob wohl diese m it dem Ladepunkt ver bunden s ind und geladen werden m ü ss ten. Dies führt da zu, dass die fr eien Ladek apaz i- täten der Elek trof ahrzeuge energiewirtsc haftlich nicht optim al genutzt werden k önnen. Aus diese n Gründen wäre eine Reduk tion der Verb indungs abbrüche f ür den Betrie b und die Verm arktung eines EV - Pool notwendi g. Das Ansteck en der Fahr zeuge erf olgte über al le Prob ephasen vorwiegend m it einer freien Batt eriek a- pazität zwisc hen 10 un d 23 kW h. Selten wurden die F ahrzeugbatterien nahe zu leer gefahren. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 77 von 170 Die Ladem enge in den erst en beiden Probeph asen lag im Schnitt zwischen 8, 1 und 8, 5 kW h pro L a- devorgang. Donners tag s erfolgte i n de n Probep hasen 1 und 2 d ie durchsc hnittlich höchst e Energieauf nahm e. In Probephase 3 wurde insgesam t häufiger jed och m it durchsc hnittlich 6,59 kW h pro L ade vorgang wen i- ger geladen als in den ersten b eiden Prob ephasen. Nic htsdestotrotz ergab sich auf grund der lange n Ansteck z eite n und tro tz der gerin gen Lade leistung von 3,7 kW in allen drei Probe phasen ei n gutes Verschiebepoten tial. Im Durchschnitt standen sec hs Stunden pro W ochentag und Lade vorgang als versc hiebbare Zeit zur Verfügung. Aufgrund der g eringen Po olgröße von le diglich zehn Fahrzeugen k onnten er wartu ngsgem äß in keiner Probephase di e Mindestanf order ungen für e ine SRL -V erm arktung im Hinblick auf die erf orderlich e Verfügbark eit erfüllt werden . Der Energiebe darf wurde in den Prob ephasen 1 und 2 über wiegend über den Spotm arkt ge deck t . I m Gegensatz da zu wurde in Probe phase 3 d ie verm arktete Lademenge über wiege nd über den SR L- Mark t bezogen (Faktor drei im Vergleich zu den ers ten beiden Pro bephasen) . Die Anzahl der SRL- Abrufe war in dieser Probephase ze hn Mal hö her als in den Pro bephasen eins un d zwei. J edoch wu r- de hier der E nergiebedarf über wiegend durc h Ausgleic hsenerg ie gedeck t. Seite 78 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.4 Datenauswertungen zur W irtschaftlichkeit Ziel dieses Kapit els ist die Betrachtung der Märk te auf W irtschaftlichk eit und die Berechnung der Ko s- ten pro Mega wattstunde f ür versc hiedene Verm arktungsk ombinationen . D am it sollen die wirtschaf t- lichsten Verm arktungsf ormen für verschiedene Poolgrößen erm ittelt werden. D ie Ergebnisse k önnen genutzt werden , um z u prüf en, ob und a b welcher Po olgröße e ine Anbindung von F ahrzeugpools an den Energieha ndel sinnvol l ist. 2.4.1 Berechnungsgrundlagen und Annahmen. Die Berechnun g basiert a uf den in Prob ephase 2 erhobene n Daten des Nut zerverhaltens u nd wurde für j ede Viertelstunde des zu betrach tenden Zeitr aum s (autom atisiert) durchgef ührt. So wurden die realen Nut zervorgaben wie spe zifizierte Absteck zeit, Sofortlade wunsch, Puff er- und Mindestladestan d berück sichtigt. Ebenso wurden die tatsäch lichen An - und Abs teck zeiten sowie Ve rbindungsabbrüch e in die Datengru ndlage m it einbezogen. Es wurden d ie realen D ay Ahead- und Intra d ay -Preise für diesen Z eitraum verwe ndet. Hierf ür w urden für j eden Geltungszeitraum auch d ie unters chiedlichen Preise der unters chiedlich en Angebotsa bg a- bezeiträum e berück sichtigt. Es wurden n ur die Inf orm ationen verwend et, die zu de m Zeitpunkt auch vorlagen und n icht rück blick end mit m ehr Inform ationen opt im iert. Beispiel: W ird um 13:00 U hr ein Intra d ay - Angebot f ür 17:00 Uhr abgegeb en, kann der Preis anders sein, als wenn um 13:30 Uhr ein Intra d ay -Angeb ot für 17:00 Uhr abg egeben wird. Da die Ausg leichsenergie inzwischen nie günstig er sein darf , als ein regu lärer Ha ndel, wird f ür den Kauf von Ausg leichsenergi e stets der höchste Pre is für die Erbri ngungsvierte lstunde, für den Verk auf stets der niedr igste Preis fü r die betreff ende Erbringun gsviertelstund e ver wendet. Die verwend eten Strom nebenk osten werden in de r f olgenden T abelle aufgesc hlüs selt. Stromneben kosten 2014 Betrag Einheit Beschreibung Preise für die N etznutzung 1,03 ct/kW h variiert nach N etzbetreiber zzgl. Fixpreis nac h Maxim alleistung Strom steuer 2,05 ct/kW h Um lage nach dem EEG 6,24 ct/kW h Konzessionsab gabe 0,11 ct/kW h Um lage nach dem K W KG 0,178 ct/kW h 0-100.0 00 kW h: 0,178 ct/kW h > 100.000 kW h: 0,055 ct/kW h Um lage nach § 19 Abs. 2 Strom NEV 0,092 ct/kW h 0-100.0 00 kW h: 0,092 ct/kW h 100.000 kW h- 1.000.000 k W h: 0,482 ct/kW h Offs hore-Um lage nach § 17 f EnW G 0,25 ct/kW h Um lage für abschaltbare L asten 0,009 ct/kW h S umme 9,959 ct/kWh exk l. 19 % Um satzsteuer Tabelle 2- 12 : Stro mnebenkos ten Die o.g. Strom nebenkosten sowie di e 19 % Um satzsteuer sind in de n f olgenden b erechneten Koste n pro MW h enthalten. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 79 von 170 2.4.2 Ergebnisse Für die in T abelle 2- 13 aufgelisteten Verm arktungss zenarien wurden di e Kosten p ro MW h ermittelt. A bkü rzun g Definition ID Intrada y-Verm arktung DA Day Ahead- Verm ark tung – ganzer Bed arf 0.5 DA Day Ahead- Verm ark tung – halber Bedarf SRL Sekundärreserv eleistung AP Arbeitspreis in € pro M W h Tabelle 2- 13 : Abkürz ungen Ver marktungs szenarien Abbildung 2- 70 : Kosten pro M W h nach Vermar ktungsart „Keine Verm ark tung“ bezeichnet den Basisf all „Laden zu H aus im Sofortladem odus“. Für die SRL V erm arktung wurden v erschiedene Arbeits preise ver wendet. Der Ar beitspre is (AP) von 0,90 € pro MW h war der geringste AP m it den m eisten Abruf en. Der AP von 79 € pr o M W h der höch s- te, der noch für e inen Abruf gezogen wurde. Die Arbeitspreise von 13 € und 17 € pro MW h waren W erte aus dem oberen und untere n Mittelfeld. Es lassen sich zwischen de n verschiedene n Verm ark tungen Kosten in H öhe v on 80 € pro MW h ei n- sparen. Im Schnitt hat ein Fahr zeug in Probeph ase 2 in einem Monat ca. 193 kW h gelad en, i n Probephase 1 ca. 99 kW h. Es li eße n sich also pro Fahr zeug u nd Monat m axi m al 15,44 € eins paren. Eine Da y Ahead Verm arktung (DA) ist für El ek trof ahrzeuge nicht zu empf ehlen. 80 € 100 € 120 € 140 € 160 € 180 € 200 € € pro M W h Kosten p ro M Wh nach Vermarktungsart Probephase 2 Seite 80 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 Die Intrad ay -optim ierte Ver m arktung ist für eine günst ige Verm arktung erforder lich und be wirk t allein bereits eine Kostense nk ung um 60€ pro M W h. Dies entspric ht nach den D aten a us Probephase 2 im Durchschnitt 11, 58€ pro Mon at und Fahr zeug. Die weiteren Einsparunge n durch S RL und/oder R ücks peisung sind vorha nden a ber eher ger ing, so dass die entst ehenden Auf wände sich h öchstens bei ein er sehr hohen An zahl Elek trofahrzeuge rec h- nen könnten. Als rück speisbare Energiem enge wur de das Delta zwisch en aktue llem und gewünsc h- tem Sicherheitsladestand verwend et. Zwar sind die Eins parungen m it Rück speisung am höchsten, jedoch sind d ie Kosten f ür die erf orderliche T echnik sowie die Kundenak zeptanz ak tuell unbekannt. Abbildung 2- 71 : Ko stenzusa mmensetzung nach Ver m ar ktungsko mbination - 30,00 € - 20,00 € - 10,00 € - € 10,00 € 20,00 € 30,00 € 40,00 € 50,00 € 60,00 € Kosten p ro M Wh Kostenzusammensetz ung nach Vermarktungskombination Probephase 2 Day Ahe ad Intra Day SRL Ausgleichs energie Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 81 von 170 2.5 A usw ertungen zur Kommunikation zwischen Fahrzeug und Backend 2.5.1 Anpassungsbedarf Für eine optim ale Verm ark tung der Ladevorgäng e von Elektr ofahr zeugen, wurden f olg ende Anpa s- sungsvorschläge an der I SO 15118 i dentifiziert: 1. Die Überm ittlung eines ver bindlichen La deplanes anst elle eines nur nach ob en b egrenze n- den, maxim alen Ladeplans ist insbesond ere für di e Ver m arktung an Regelm ärkten erf orde r- lich. 2. Der Bedarf von zusät zlich zu der Batterieladun g not wendiger Energie ( Erhaltungs ladung, Vorkondition ierung etc.) , die entsprechen d nicht ü ber Ladepl äne eingepl ant ist, s ollte dem EV -Poo l (Back end) bis zu einer Stunde im Voraus gem eldet werden. 3. State of Charge (SOC) : Um ein e hohe Reg elleistungsg üte erreichen zu k önnen, ist ei ne ve r- pflichtende vierte lstündlich e Überm ittlung des SOC bzw. der n och fr eien Batteriekapa zität unerlässlich. 2.5.2 Alternativen Die nachstehend en Lösun gen wurden sk i zziert; diese k önnen die Verfügbark eit der oben g enannten Inform ationen für den E V-P ool (Back end) jedoch nicht vollum fänglich erset zen: 1. Iterative Berechnu ng des L adebedarfes durc h den E V -Poo l (Back end) nach folge nder Log ik : a. Überm ittlung einer absteige nden T arifkurve an das zu prüf ende Fahr zeug b. Überm ittlung eines Ladepl anes m it m aximaler Ladeleis tung über einen Zeitraum , de r zum vollstän digen Laden d es Fahr zeugs benötigt wird. Dieser Z eitraum k ann über die m ax. Batteriekapazität und die m ax. Ladeleistun g in St unden berec hnet werden. c. W ird dem Ladeplan nicht g efolgt, so wird der Ladepl an um eine Viertelst unde gek ürzt, bis eine Leistungs aufnahm e erfolgt. d. Der Energiebedarf k önnte som it iterativ grob err echnet werden. 2. Steuerung über T arifk urven Für große Poo ls m üsste geprüft wer den, ob eine Prognose a nhand d er T arifkurven m öglich ist, um die Notwendigk eit der rege lmäßigen SOC -Über m ittlung zu umgehen u nd den Berec h- nungsaufwand bei großen Pools zu reduzieren. a. Prognose der Last anhand historisc her Date n nach T ages zeit, Typtag und T arif stufe. b. Handel der pro gnosti zierten Last. Dies ersche int als eine seh r perf ormante und übers ich tliche Lösung, welc he jedoc h nur für große Pools m it einem verlässlichen „Durc hschnittsver halten“ gee ignet ist. Seite 82 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.6 Datenauswertungen zur Reduzierung von A usgle ichsener gie In P robep has e 2 wurden 2 9.55 0 kW h eingekauft, davon fielen 11 .3 64 kW h in di e Ausg leichsenerg ie. Ausgleichsenerg ie ist auf G rund von ges etzlichen Vorschrif ten imm er teurer als re gulär bezo gene Energie. Daher ist der Bed arf an Ausg leichsenerg ie zu m inim ieren. Mögliche Urs achen, d ie Abweichunge n vom Ladeplan er zeugen können , und s omit einen erh öhten Bedarf an Aus gleichsen ergie v erursachen : 1. Fehlerhafte Anga ben der V erweil zeiten 2. Verbindungsabbrüc he 3. Unerwartete Sofortlade vorgänge 4. Einhaltung der La depläne des EV- Pools durch die E lektrof ahrzeuge (EV) Diese Ursach en werden im Folgenden für di e Daten aus der Pro bephase 2 betra chtet. Für die Au s- wertungen wurde n die Verb indungsabbrüc he annäh erungs weise heraus gerechnet. 2.6.1 Fehlerhafte Angaben der Verw eilzeiten 2.6.1.1 Begriff lichkeiten Ladevorgang: E in Lade vorgang be zeichnet d en Vorgang Ans teck en eines Fahr zeuges, Absteck en eines Fahr zeuges und b eliebig vie le Ladephas en zwisc hen dem Ansteck en und Absteck en des Fah r- zeuges. Verweilzeit: Die Verwei lzeit bezeichnet den Zeitraum eines Lade vor gangs. 2.6.1.2 Analyse W erden die angegebenen m it den tatsächlichen Abf ahrts z eiten verglichen, s o findet m an sc hnell eine Erklärung f ür den hohen Bedarf an Aus gleichsenergi e. Als „negative Abweichung“ wird f olgend der Mittelwer t der Diff erenzen zwische n angegebene r u nd tatsächlicher Verweilzeit be zeichnet, be i denen der tat säc hliche Absteck zeitpunk t vor dem angegeb e- nen liegt. Insgesam t waren die Fa hrzeuge in der Probephase 2 für 9.360 Stunden an de n Ladepunk ten an g e- bunden. Die Abweich ung von den a ngegebenen V er weil zeiten betrug in Summ e 6.815 Stu nden. Hierv on wu r- de insgesam t 6.796 Stund en zu früh abgesteck t. Aufgeteilt auf d ie teilnehm enden Fahr zeuge wird dies f ür die Probephase 2 in der f olgenden Graf ik verdeutlicht dargest ellt. Hier ist deutl ich erkennbar, dass d ie Abwe ichungen se hr hoch sind und die tatsäc hliche Ver weilzeit teilweise sogar überschrei ten. Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 83 von 170 Abbildung 2- 72 : Abweichung en der Abfahrt szeiten Ausgleichsenerg ie wird häu fig benötigt, wenn ein Fahr zeug vor zeitig abgesteck t wird, da e in Handel am Intraday-Mark t spätestens 45 Min uten vor Erbr ingu ng getätigt wer den m uss . Um dieses Verhalten gena uer zu c harak terisieren u nd Hin weise auf m ögli che Opt im ierungsm aßna h- m en z u finde n, wurden weit ere Auswertun gen er s tellt. Insgesam t wurde ein Großt eil der Lad evorgänge in Pr obephase 2 zu f rüh beende t. Über die Hä lfte der Ladevorgänge wurden m ehr als eine Stunde v or der angegebe nen Abf ahrts zeit beendet. Ein Opt im i e- rungsbedarf ist hier also zu f inden, siehe nachs tehende Abbildung 2- 73 . 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 M inuten Fahrzeug Durchschn. A bweichun g Plan - von Ist-Verw eilzeit je Fahrzeug und Ladevorgang Probephase 2 Ø Absolute A bweichung (Plan-Ist) Ø Ist-Ladez eit Seite 90 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 Abbildung 2- 80 : Pro zentualer An teil Sofor t Laden na ch Wochentag Die Periodi zität ist hier wen iger a usge prägt. Jedoch wird bis a uf s onntags stets ein Peak erreicht, in dem alle angebunde nen Fa hrzeuge im Sofortladem odus laden. In der folgenden Abbildung erfolgt eine Aus wertung, wie hoch die W ahrscheinlichkeit ist, dass eine bestimm t Anzahl Fahr zeuge zu einer bes timm ten Zeit online ist. Abbildung 2- 81 : W ahr scheinlichkei t der Fahrze ugverfügb arkeit pro Vie rtelstunde in Prozent 0 20 40 60 80 100 120 Samstag Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Fre itag Samstag So nntag Prozent Prozentualer A nteil Sofort Laden nach Wochent ag Probephase 2 prozentua ler Anteil S ofortladen zu Fa hrzeuge n im Pool prozentua ler Anteil S ofortladen zu a ngebunden en Fahrzeug en 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19 :12 21:36 00:00 Prozent Uhrzeit Wahrscheinlichkeit der Fahrzeugverfüg barkeit pro Viertelstunde in Prozent Probephase 2 Prozent der V iertelstun den in denen mindestens ein Fahr zeug angebun den ist Prozent der V iertelstun den in denen mindestens zwei Fahrz eug angeb unden sind Prozent der V iertelstun den in denen mindestens drei Fah rzeug angebund en sind Prozent der V iertelstun den in denen mindestens vier Fahrze ug angebun den sind Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 91 von 170 2.6.3.2 Maßna hm en Um geeignete Optim ierungsm aßnahm en zu definieren , wurde zunächs t versucht einen m inim alen Fahrplan zu ers tellen, der m öglichst auch Fahr zeuge , die neu im Sofortlad em odus angesteck t werden , berück sichtigt. Für die weitere n Berechnu ngen wurden D aten der zuvor besc hriebenen Opt im ierung der spe zifizierten Abfahrts zeiten einschließ lich der heraus gerec hneten V erbindungsabbr üche als Da tenbasis v erwe n- det. Abbildung 2- 82 : Ausgleichsene rgie au fgrund von So fortladevor gängen mit Minimal-Fahrplan Die Einführung eines m inimalen Fahrp lans reduziert d ie Ab weichun gen und som it Ausg leichsenergie durch Sof ortladevorgän ge deutlich. Der m inimale Fahrplan f ür die Vi ertelstund e in einer St unde wird m indestens auf die Summ e der akt u- ell im Sof ortladem odus angebunden Fahrzeu gleistung gesetzt, a uch wenn die spezifi zierte Abfahrt s- zeit vor dem Erbringungs zeitraum liegt. Sollte m ehr als ein Dritt el aller Fahr zeuge des P ools angebu nden sein, so wird der Fahrplan auf ein Zehntel der m ax imalen Poolleistung g esetzt, auc h wen n dies die Sum m e der ak tuel l im Sofortlad em o- dus angebund en Fahr zeugleistung ü berschreit et. Als Datenbasis werden di e optim ierten spe zifizierten A bfahrtszeiten verwendet. Die Abweich ungen durc h Sofortladevorg änge k onnten in Probephase 2 durc h die Einführung eines m ini m alen Fahrplans von 1 .422 kW h auf 228 kW h reduziert werden. 116,5 111,5 228 0 1422 1422 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Summe Abweichung durch zu hohen minimalen Fahrplan in kWh Summe Abweichung durch zu niedrigen minimalen Fahrplan i n kWh Summe Abweichung kWh A usgleichsene rgie aufgrund v on Sofortladev orgängen nach Einsatz eines minimalen F ahrplans Probephase 2 optimierter mi nimaler Fah rplan ohne minim alen Fahrpl an Seite 92 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 2.6.4 Ladeplaneinhaltung 2.6.4.1 Analyse Die Einhaltung der Ladeplä ne durch die E lektrof ahrzeuge ließ i.d.R. zum Ende ein es Ladevorgan gs nach. Die Fahr zeuge n ehmen k eine verbindlichen Lad epläne entgeg ennehm en, sondern der Ladeplan beschreibt ledi glich die m axim ale Ladeleistung üb er di e Ze it, i n dessen Gr enzen das Fahr zeug selbs t- ständig lädt. E ntspricht die Energiem enge des La deplans der be nötigten Ladeenergie zum Erreiche n des W unsch-SOC, so wird dieser Lad eplan ex akt vom Fahrzeug abgef ahren. Aktuell wird der ak tuelle Ladestand nach ISO 15 1 18 le diglich beim Ansteck vorgang vom Fahrzeug k ommuniziert. Um s icherzugehen, dass der Nut zer den W unsch - SOC zum Abfahrts zeitpunkt erhält, wurde die Energi em enge des Ladepl ans eher zu hoch als zu niedrig ge wählt. In Abbildung 2- 83 wird die durchs chnittliche Ab weichung pro Fahr zeug darg estellt. Hier zu wurden nur die W erte verwendet, be i denen der Sollwert größer als 0 ist. Abbildung 2- 83 : Dur chschnittli che Ladeplan abweichung [ W ] nach Fa hrze ug Bei jedem Fahr zeug sieht m an eine signifikante U nters chreitung der t atsächlichen Le istung zum Fah r- plan. Nähere Anal ysen zeigten, dass diese Unters chreitung en nur bei Fahr zeuge n statt fanden, die auf 100 % ge laden werde n soll ten. Dies ist dadurc h begrün det, dass der EV- Pool d ie tatsäc hliche Ladestän de (SOC) sc hätzen m uss. Ist ein Fahrzeug bere its vollg eladen, der EV - Pool hat aber noch eine k leine freie Lade m enge berechnet, so versucht dieser jede Vier telstunde den F ahrplan zu k orrigieren , um die verm ein tliche freie Lad e- m enge zu laden. Das Fahr zeug k ann diesem Ladeplan jedoch nicht m ehr folgen und es erf olgt eine Fahrplandiff eren z um die verm eintliche freie Ladem enge f ür jede Vi ertelstu nde bis zum Absteck vo r- gang des Fahr zeugs. -2000 -1800 -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 A bw eichun g [W] Fahrzeug Durchschnittliche Ladeplanabw eichun g [W ] nach Fahrzeug Probephase 2 Abweichun g Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 93 von 170 Abbildung 2- 84 : Dur chschnittli che Ist-Ladeleis tung bei Sollw ert 3.700 W nach Fahrze ug Abbildung 2- 85 : Dur chschnittli che Ist-Ladeleis tung bei Sollw ert 2.000 W nach Fahrze ug Es ist deutlich zu s ehen, d ass die Fahrzeuge im Schnitt deu tlich weniger Le istung aufnehm en, als gefordert. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Leistung [W] Fahrzeug Durchschnittliche Ist -Ladeleistung bei Sollw ert 3.700 W nach Fahrz eug Probephase 2 Ist (AVG) S oll (AVG) 0 500 1000 1500 2000 2500 Leistung [W] Fahrzeug Durchschnittliche Ist -Ladeleistung bei Sollwert 2.000 W nach F ahrzeug Probephase 2 Ist (AVG) S oll (AVG) Seite 94 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 Dieses Verha lten wurde a nhand der Fa hrplan verfolgu ng k urz überprüf t. Exe m pla risch sind zwei Fa h r- pläne und Ist-W erte dargestellt: Abbildung 2- 86 : Über sicht Fah rplaneinha ltung Es wird deutlich, d ass die Fahrpl äne zum Ende hin sch lechter eingehal ten werde n. Zudem wird d ie Vorgabe von 37 00 W nie er reicht, sondern eher ein Wert im Bereich 3000 W . Um die tatsächliche m aximale Last zu bestimm en, wurde der Mi ttel wert aller Fahrzeu ge, mit einem Fahrplanwert v on 3700 W und einem Ist-W e rt größer 3000 W , sowie die m aximale Last pro Fahr zeug erm ittelt. Abbildung 2- 87 : Be stimmung der m ax imalen Ladekapaz ität pro Fahrz eug 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Watt Bestimmung der maximalen Last pro Fahrzeug Probephase 2 Ist [W] Fahrplan [W] Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 95 von 170 Die Fahr zeuge erreichen nicht die m axim ale Ladeleistung vo n 3. 700 W . Die durc hschnittlich e m axim a- le Ladeleistun g liegt b ei 3.2 32 W . 2.6.4.2 Maßna hm en Bei der Einha ltung der erre chneten La de pl äne liegt s om it Optim ierungsbedarf vor. Es wird em pf ohlen, die maxim ale Leistung der Fahr zeuge auf 3047 W herunterzusetzen. Die Einhaltung der L adepläne sol l zudem zyklisch über prüft wer den. Liegt die ak tuelle Lade leistung deutlich unter dem Lade plan, so wird d ieser neu errec hnet . Die ak tuelle Lad eleistung (Ist -Le istung) schwank t jedoch deutl ich um den Fahrplan wert. Daher ist e in ausreiche nd hoher Sch wellwert zu b e- stimm en, bevor der Ladeb edarf reduziert wird. H ierzu wurden zunächst die Ist W erte bei einer S ol l- wertvorgabe von 3000 W betrachtet. Abbildung 2- 88 : Anzahl Ist W erte nach Leistung bei einem Sol lwer t von 3000 W Auffällig hier d ie Zeitein heiten, in denen die Lad eleistung ta tsächlich 0 W beträgt . Im nächsten Schritt wurde die An zahl der unters chiedlichen Ab weichung en ausgewer tet, für alle Zei t- einheiten, in de nen der L adeplan > 0 W betrug. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 0 500 1000 1500 20 00 2500 30 00 3500 40 00 A nz ahl Ist Leistung [W] A nz ahl bei Sollw ert = 3000 W Probephase 2 Anzahl be i Sollwert = 3000 W Seite 96 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 Abbildung 2- 89 : Abw eichung en und Anzahl bei einer Sollw ertvo rgabe über Null Die höchsten A bweichunge n liegen in Schritt weite von 1000 W verteilt. Ein Schwel lwert von 75 0 W erscheint daher als s innvo ll . Die Fahr zeuge reagi eren m it ihrer Lei st ungsauf nahme in nerhalb weniger Sekunden, da her sollte e ine Überprüf ung im Zeita bstand von einer Minute ausreic hend sein. Da a uch der interne Fahrp lan 15 Mi nuten gehalten werden so ll, k ann die freie La dem enge iterat iv um die ta t- sächliche Ab weichun g in di eser Zeit redu ziert werden. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 -5000 -4000 - 3000 -2000 - 1000 0 1000 2000 3000 A nz ahl Watt A nz ahl A b w eichungen bei Sollw ert >0 Probephase 2 Anzahl A bweichungen bei Soll >0 Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 97 von 170 2.6.5 Zusammenfassung der empfohlenen Maßnahmen 2.6.5.1 Verbess erung d er spe zifizierten Abfahrts zeit Die spezifi zierte Abfahrts zeit wird begren zt auf das Minim um aus durchsc hnittlicher Abfahrts zeit (T y p- tag) des Fahr zeugs, spe zif izierter Abf ahrts zeit abzüglich einer St unde und e iner Verweilzeit von m a- xim al 14 Stunden. 2.6.5.2 Sof ortladevorgä nge Die Einführung eines m inimalen Fahrp lans reduziert d ie Ab weichun gen und som it Ausg leichsenergie durch Sofortlad evorgänge deutlich. Der m inimale Fahrpl an für die Viertelstund e in ein er Stunde wird m indestens auf die Sum m e der ak t u- ell im Sof ortladem odus angebunden Fahrzeu gleistung gesetzt , a uch wenn die spezifi zierte Abfahrt s- zeit vor dem Erbringungs zeitraum liegt . Sollte m ehr als ein Drittel al ler Fahr zeuge des P ools an gebunden sei n, so wird der Fahrplan auf ein Zehntel der m ax imalen Poolleistung g esetzt, auc h wenn di es die Sum m e der ak tuel l im Sofortladem o- dus angebund en Fahr zeugleistung ü berschreit et. 2.6.5.3 Fahrpl aneinhaltun g Die max imale Ladeleistun g der Fahr zeuge wird auf 3.0 47 W herabgestuft. Jede Minute wird für j edes Fahr zeug überprüft, o b der Ist W ert m ehr als 750 W unter der Sollwertvo r- gabe liegt. Im pos itiven Fall wird eine Re duk tion der be rechneten fr eien Energiem enge durchg eführt und die Fahrp lanaufteilu ng erneut an gestoße n. 2.6.6 Ergebnisse Die oben gena nnten und d urchgeführten Maßnahm en z ur F ahrplano ptim ierung en war en se hr erf ol g- reich. Die Men ge an Ausgl eichsenergi e konnte som it signifik ant redu ziert werden. Dam it einher ging auch die Optim ierung d er S RL-Ausreg elgüte. A bw eichung SRL S OLL zu SRL IS T Probephase 2 Probephase 4 (optimiert) Auszug Dopp elhöck er - 1,6 % Gesam tabweichung innerh alb des T estphase 315 % 11 % Ø Gesam tabweichung pro Viertelstunde 3155 (k ) W 836 (k )W Tabelle 2- 15 : Ergebnis Fahrplanopti m ierung In der Probeph ase 4 lag di e gesam te Abweichung zwisc hen SRL SOLL und SRL IST bei 11 %. In der Pr o- bephase 2 hi ngegen noch bei über 315 %. Die verb liebene Ab weichun g von 11 % begründet s ich dadurch, dass in der Probephase 4 zeitweise te ils wen ige b zw. kein Fahr zeug angesteck t war en . Der Tes t der Doppelhöck erk urve ergab eine Abweichu ng von 1, 6 % . Dies er W ert ist absolut zufri e- denstellend un d begrün det sich durch L aten zzeiten und durch leichte Schwank ungen der Fahrze uge in ihrer Leistu ngsabnahm e. Die prozentual e Abweichu ng wurde zum SRL SOLL gere chnet. Da d as SR L SOLL -S ignal vor der O ptim i e- rung bei 1 MW und innerha lb der Pro bephase 4 auf 6 M W geset zt wurde, ist der Vergleich der pro ze n- Seite 98 von 170 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Ge steuertes Laden V3.0 tualen Angab en nicht aussagek räftig. Aus diesem Grund wurde noch d ie durchsc hnittliche Ab we i- chung in W pro Viertelstun de erm ittelt . Die folgenden Ab bildung en z eige n die Ausreg elgüte S RL SOLL zu SR L IST . Abbildung 2- 90 : Au sregelgüte, Do ppelhö cker Abbildung 2- 91 : Ausreg elgüte, Dopp elhöcker, Detail Gesteuerte s Laden V3.0 Teilprojekt 2: IKT und Lade technik, E W E AG Seite 99 von 170 Abbildung 2- 92 : Ausreg elgüte, dyna misch Abbildung 2- 93 : Ausregelgü te, dynamisch, Detail Seite 32 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 werke. Einh er geh en diese Ma ßnahmen mit ein em Ansti eg der St rompreise für Endverb raucher. W ei- terhin führt der h ohe Anteil der Erneuerb aren E nergi en am Kraftwerkspark zu einem Preisverfal l an den Spotmärkten. Eine w eitere Tendenz is t in der Harmonisierung der Energienetze und – märkte zu sehen . Unterstrichen wird dies durc h den Ausba u des Eu ropäis chen Ve rbundnetzes so w i e den zuneh menden grenzübersch reitender Handel (EE X mit Ö ste rreich, Sch weiz und Fr ank reich). Auc h die F orschu ngsför- derung zu r großflächi gen Ei nführung von Elektrofah rzeugen so wie zur Umsetz ung von Sm art G rid und Smart Market w i rd vorang etrieben. Alles vor dem Hintergrund de r Senkung de r CO2 -Emissi onen, d .h. u.a. die Festlegun g eines CO2-Footp rint für F ahrzeugfl otten der Hersteller. Trotz aller Bestrebungen ist ein Netzausbau unvermei dlich. 3.1.5.2 M arktcharakteristik ( 67) ( 68) (69) (70) Tabelle 3- 17 : Mar ktrecherche - Wettbe werb Markttyp Aktive Markt- partner Produkte Anbieter (Kraftwerke, Anlagen) Marktbarrieren / -kontrolle Einfluss - faktoren Terminmarkt (EE X) Händler, Kraft- werksbe- treiber Futures, For- wards, Derivate Kraftwerksbe- treiber, Händ - ler Haftendes Eige n- kapital v on mi nd. 50.000 €, Aner- kennung du rch die E CC (Euro- pean Com modit y Clearing AG ) OTC Händler, Kraft- werksbe- treiber Händler, Kraftwerksbe- treiber Spotmarkt (Day-Ahead, Intraday) Händler, Kraft- werksbe- treiber Viertelstun - den -, über Stunden- bis Blockkontrakte Händler, Kraftwerksbe- treiber Zulassungs -pro- zess, Mitglieds - gebühren, Clea - ring-Bank Regelleis - tungsmarkt ÜNB, A nla- genbetrei- ber, P ool- betreiber Minutenre- serve, Seku n- därregelleis - tung, Primä rre- gelleis tung, ab- schaltbare Las- ten konventio- nelle K raft- werke, Bio - massekraf- werke, Bio - gasanlagen, W asserkraft- werke, Elekt- roerhitzer und andere Ver- braucher, N ot- stromaggre- gate, Batterie - speicher Mindestange- botsgößen je Re- gelenergieart, Definition de r An - forderungen in Transmission Codes, V erord- nung zu absc halt- baren Lasten Kraft- werks- verfüg- barkei t, Einspei- sung e r- neuerba- rer Ener - gien, Spot- markt- preise Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 33 von 142 Tabelle 3- 18 : Mar ktrecherche - Regular ien Regularien Betroffene Märkte Betroffene Marktteilneh - mer Art der Umsetzung/ Kon - trolle Legisla- tive Einfluss - faktoren Energie- wirt- schaftsge- setz (EnWG) weitreichen- des G rund- lagengesetz mit Einfluss- bereich auf Elektrizitäts - und Gasver- sorgung weitreichen- des Grundla - gengesetz Genehmigungs - und An - zeigepflic hten, eigen - tumsrechtlic he E ntflech - tung, Begrenzung de r freien Preisbildung, Ein- griffsrechte d er Bundes - netzagentur Stromnetz - zugangs- und Stro m- netzent- geltveror- dunung Alle Marktteil- nehmer, di e Stromnetzzu - gänge b enöti- gen ode r Stromnetze nutzen Erneuer- bare-Ene r- gien-Ge- setz (EEG) insbeson- dere Spot- markt un d Letztvern- br aucher- versorgung ÜNB, VNB, Direktver- markter Förderung des Zubaus von St romer zeugngsan - lagen a us erneuerbaren Energien in Form v on fes - ten Einspeisevergütun - gen Kraft- W ärme- Kopp- lungsge- setz (KW KG) Förderung des Zubaus von Strome rzeugungsa n- lagen, die auf dem Prinzip der Kraft-W ärme-Kopp- lung b asieren übe r di e Regelung von Einspeise - tarifen Seite 34 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Tabelle 3- 19 : Techno logierecher che - Wet tbewerb Technolo- gie Betreiber Produkte Potenzi- elle Märkte Marktpo- tenzial W ettbe- werber Einflussfakto- ren Braunkohle Großunter- nehmen Alle Märkte 26% Kernener- gie Großunter- nehmen Alle Märkte 15% politis ch be- schlos sener Ausstieg aus der Kernener- gie Steinkohle Großunter- nehmen Alle Märkte 20% Erdgas Private B e- treiber, KMU bis zu Groß - unterneh- men Alle Märkte 11% W indener- gie Private B e- treiber, KMU bis zu g ro- ßen Unter- nehmen Keine Termin- und Re- gelleis - tungs- märkte 8,4% Förderung über EEG W asserkraft Private B e- treiber, KMU bis zu Groß- unterneh- men Keine Termin- märkte 3,2% kaum Zuba u mehr möglic h, Niederschl ag Biomasse Private B e- treiber, KMU bis zu Groß- unterneh- men Alle Märkte 6,7% Förderung über EEG Photovol- taik Private B e- treiber, KMU bis zu Groß - unter-neh - men Keine Termin- und Re- gelleis - tungs - märkte 4,7% Förderung über EEG Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 35 von 142 Ta belle 3- 20 : Techn ologierecher che - Regular ien Technologien Regularien Anforderungen für Marktteilnahm e Gesetzliche V er- gütung Einfluss -fak- toren Erzeuger Technisc he An - schlus sbedingun- gen Erzeuger Niederspan nungs- anschluss verord- nung Tabelle 3- 21 : z ukünftige Mar ktausp rägungen Markttyp Markt- partner Technolo- gien Pro- dukte Regula- rien Einflussfaktoren Regelleis tungs- markt Entso-E Konvergenz eur opä- ischer Regelene r- giemärkte Emissions rechte- handel Politisc h bestimmte Ausgabemenge von Emissions rechten Termin- un d Spot- markt Ziel d er Voll endung des Elektrizitäts - marktes auf europä- ischer Ebene 3.1.6 Zusammenfassung In diesem Absc hnitt wurden rel evante eu ropäisc h e Märkte hi nsichtl ich der Einführung vo n Elektrofahr- zeugen u ntersucht. Die Mä rkte Österreich, Sch weiz, Frank reich und Deutschland wurde aus gewählt, da hier eine Kopplung zwi schen de n Energiemä rkten übe r di e EE X b esteht. Der Schwedis che Ma rkt wurde unt ersucht au fgrund der Ta tsache, dass dort durch s taatliche Subventio nen ei n eno rmer Zu- wachs an zugelassenen El ektrofahrzeugen z u v erzeic hnen i st. Untersuchun gsgegensta nd der Betrach- tung waren der Auf bau der Mä rkte, die existi erenden regulatorisc hen Vorgabe n s o wi e der K raftwerks - park. Bei d en Mä rkten lassen sich deutli che Gemeinsamkei ten zwischen den Lä ndern erkenne n. Der E ner- giemarkt unterscheidet sich in die Termin -, DayAhead - und Intradaymärkte. In den Ländern Österreich, Schweiz, Frankreich und D eutschland werd en diese Geschäfte über die EEX bzw. EPE X S pot getätigt. In Sch weden wird a n der Börse Nordpool gehan delt. Die Aufteilung de r Regelleis tungsmärkte wird i n allen fünf Ländern nach Primär-, Sekundär- und Tertiä rregellei stung un terschi eden (Ausnahme Schwe- den bes itzt kei ne Terti ärreserve ). Die L änder, welche über die EE X gek oppelt si nd, weise n auch v er- gleichbare Struktu ren in ihren Regelleis tungsprodukte n auf. Somit is t die Vorauss etzung fü r eine zu- künftige Koppl ung der Reg ellei stungsmärkte gegeb en. Da alle Märkte liberalisi ert s ind, ist auch de r regulatoris che R ahmen ve rgleic hbar. Neben ei ner R eguli e- rungsbehörde bes itzen alle fünf Lände r Gesetze bzw. V erordnung zur Regelung der Energieve rsorgun g und Ene rgiewirtschaft. Fra nkreich und Schweden hab en zusätzlic h Ge setze fü r den Handel am Regel- leistungsmarkt eingeführt. Bezüglich der K raftwerkste chnologien gibt es länders pezifisc he Cha rakteristi ka. In Sc h weden, Öst er- reich un d de r Schweiz ist die W asserkraft die d ominie rte Energieform. W obei Frankreich hi ngegen auch Seite 38 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 3.2.1.2 Geschäftsmodel l freie Ve rmarktun g von Flexibilität Die Anfangssch ritte dieses Si mulationskon zeptes (vgl. Abbildung 8 ) s timmen mit denen für die Regel- leistungsv ermarktung überein. Es werden d i e gleichen Szenarien v erwend et, welche als Eingangsgröße für das Energiemarktmo dell (FENIA ) und d as Poten zialmodell EVs dienen. Diese zwei Modelle sowie das Regelleis tungsmarktmodell w erden wie unter Abschni tt 3.2. 1.1 verwendet. Das Poolbetreibe rmodell hat eine n eue Aufgabe. Nicht mehr die Bedarfszeit reihen fü r SRL soll en ermittelt, sondern di e Flexibili - tätsgrenzen des Fahrzeugp ools und di e Zeitreihe für di e Ladeen ergie. Diese Date n ge hen u.a. i n das differenzi erte Ag gregato rmodell ein, w elches aus einem Mod ell zur Stromb eschaffung und einem Mod ell zur Optimierung der Ladesteue rung besteht. D as Stro mbeschaffun gsmodel l si muliert verschiedene Be- schaffungsst rategien und ermittelt daf ür die K osten der Strombes chaffu ng am S potmarkt ( DayAhead und IntraDa y) . Als Einga ngsgröß en da zu di enen die his torischen und zukünfti gen Daten de r St rom- preise (EE X, FENIA), die Angeb otsleis tung u nd – p reise für den SRL -Markt und d ie si ch daraus erge - bende Abrufzei treihe. Das Optimierungsmo dell der Ladekosten mi nimie rt di e Ladekost en für ein en Fahrzeugpool, indem die v i ertelstündli che Ladeleistung innerhalb der Flexibili tätsgrenzen angepass t wird (preisbasie rte Ladesteuerun g). Die mi nimalen La dekosten werden anhand der Da yAheadpreise (historis ch und zukün ftig) e rmittelt. Es e rgeben s ich Ladekoste n für das gesteue rte Laden und Erlöse (Differenzbeträge ) zum u ngesteue rten Lade n). Die Modelle für den Reg ellei stungsmarkt, di e Strombe - schaffung un d di e Optimierung der L adekost en li efern Koste n u nd E rlöse als Eingangskoste n fü r di e Kosten-Nut zen-Anal yse. Die Größen werden um Koste n und Nut zen ergänzt, w elc he zusätzli ch im Rah - men des Gesc häftsmodells enstehen. 3.2.2 Kurzbeschreibung Simulationsmodelle Tabelle 3- 22 : Beschr eibung Sim ulationsmode lle Modell Beschreibung Inputparamete r Ergebnisse Cross-Impac t- Analyse - Ermittlung von Deskriptoren für Langfristszena rien - Aufzeigen von 2 Extremsz ena- rien und deren St örereignis sen - Experten w is sen - Ergebniss e aus Tr endstudien - Qualitativ un d quantitativ be wer- tete Deskripto ren für Szenarien FENIA - Optimierungsmo dell für d en Kraftwerkseinsat z - blockscharfe Abbi ldung d es deutschen Kraft werks - und Spei - cherparks - Abbildung der Handelsak tivi tä- ten mit den Nachb arstaat en - installierte Leis tun- gen und Einspeis e- zeitreihen von EE - installierte Leis tung von konventionel len KWs (Standortan- gabe) - Wirkungsgrad, Ver- fügbarkeiten, Anfahr- bedingungen - Brennstoffpreise, CO 2 -Zertifikatspreis e - Nettostrombed arf - Gesamt-e rzeu- gung EE - Kraftwerksfahr - pläne - Erzeugungsmix, CO 2 -Emissionen - jährliche Brenn - stoffpreise, KW - Grenzkosten - Lastdeckung, KWK-Stromb e- darfs-deckung Potenzialmodell EVs - Ermittlung de r maximalen Leis- tung eines EV -Pools , welch e über die gesam te Nebenz eit (Mo.-Fr. 20:00 bis 8:00 so wie an W ochenenden und Feie rtagen) am Sekundä rregelleistungs markt bereit gestellt werden kann - Anzahl EVs - Batteriekapa zität [kW h]  für alle EVs gleich - Verteilung de r Min- destreich weite über EVs - maximale Leis- tung des EV -Pools [MW] - Prozentsatz de r vollgel adenen EVs zu Ende der N e- benzeit Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 39 von 142 Modell Beschreibung Inputparamete r Ergebnisse - in Abhängigkeit v on versc hie- denen Ladeste uerungen (unge- steuert, gesteu ert 1 und 2 ) - Bestimmung der Anzahl d er vollgel adenen (Mindestreich- we it e) EVs - Verteilung des Start-SOCs übe r EVs - Ladesteuerunge n - Zeitreihe de r Leis- tung des EV -Pools Modell Regel- leistungsmarkt - Abbildung des Regell eistungs- marktes auf his torischen D aten (Ausschreibungse rgebniss e, Zu- schläge und A brufmengen ) - Bestimmt die Ein ordnung eines Angebotes in di e Merit -Ord er des Regell eistungsma rktes - SRL und M RL - historische Aus - schreibungserge b- nisse und Ab rufen als Jahreszeitrei hen (LP [€/MW ] , AP [€/MW h], Mengen [MW]) - Angebotsdate n (LP, AP, Mengen j e Aus- schreibungszeit raum bzw. Jahr) - Zuschlags wahr- scheinli chkeit LP - Abrufwah rschein- lic hkeit AP - Erlöse als W erte je Zeitscheibe bz w. Jahr - Abrufzeitreihe Modell EV-Pool - betreiber - Simulation des V erhaltens ei- nes EV-Flot tenparks (Lade ver- halten) sowie der Kommuni ka- tion zwischen E Vs und EV -Pool- betreiber - Ermittlung des Leis tungsa nge- botes und de r Angebotsprei se für die Kapazität der EV -Flotte - Ermittlung de r Flexibilitäts gren- zen des EV -Pools - Fahrverhalten EVs - Abrufzeitreihe fü r SRL (Prognose ) - SRL-Preise, Bör- senpreise - Leistungsangeb ot [MW] - Angebotsprei se [€/MW , €/MW h] - Ladeenergiebe - darf (Zeitreihe ) [MW/¼ h] - Flexibilitätsgren - zen Modell Strombe - schaffung - Simulation de r Strombesc haf- fungskosten an hand ve rschiede- nen Beschaffun gsstrategie n (aus Sicht Aggreg ator als Liefe rant) - Börsenpreise - SRL-Abruf zeitreihe - Leistungsangeb ot [MW] - Angebotsprei se [€/MW , €/MW h] - Ladekosten [€] Modell Optimie- rung La dekos ten - Optimierung d er Ladekost en anhand Flexibi litätsv orgaben und DayAhead -Prei szeitreihen - Anpassung der viertelst ündli- chen Ladeleis tu ng - Leistungsangeb ot [MW] - Börsenpreise - Flexibilitätsgren zen - Ladeenergie al s zeitreihe - Ladekosten [€] - Erlöse (einge- sparte Ladek osten) [€] Modell Kosten- Nutzen-Anal yse - Das Modell ermittelt anha nd der Kapital wertmethode di e Wi rt- schaftlic hkeit vo n Szenarie n/Ge- schäftsmodelle  K osten- bzw. Nutzenübersc huss - Basiert auf Be rechnungs- schema der St romNEV - Kosten und E rlöse in Euro - Anzahl der E Vs - Marktzins[ %] - Laufzeit des S zena- rios [Jahren] - Kapitalwert fü r Geschäftsmod ell - jährliche Kost en und Nut zen - weitere W irt- schaftlic hkeitskenn- zahlen Seite 40 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 3.2.3 Schnittstellenparameter der Modelle Tabelle 3- 23 : S chnittstellenpar ameter der Modelle Bezugsmodell nachgeschaltete M o delle Inputparamete r Cross-Impac t- Analy se Energiemarktmo dell (FE NIA) - Deskripto ren mit Zahlen werten Potenzialmodell EVs - Deskripto ren mit Zahlen werten Poolbetreibe rmodell - Deskripto ren mit Zahlen werten Energiemarkt- modell (FENIA ) Modell Stromb eschaffung - Preiszeitreihen Modell Ladeko stenoptimi erung - Preiszeitreihen Potenzialmodell EV Modell Regell eistungsma rkt - Angebotsleis tung [MW ] Modell Ladekoste noptimie rung - Angebotsleis tung [MW ] Modell EV-Pool - betreiber Modell Ladekoste noptimie rung - Bedarfszeit reihe SRL [M W /15min] - Zeitreihe Be darf Ladeene rgie [MW/15min] - Flexibilitätsgren zen [MW ] Modell Regel- leistungsmarkt Modell Stromb eschaffung - Abrufzeitreihe [MW /15min ] - Angebote (LP [€/ MW ], AP [€/MW h], Leistung [MW ]) Kosten-Nut zen-Modell - Erlöse [€] Modell Strombe - schaffung Kos ten -Nut zen-Modell - Ladekosten [€] Modell Ladekos- tenoptimierung Kosten-Nut zen-Modell - Ladekosten [€] - Erlöse [€] Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 41 von 142 4 A P 3.3 – Definition Produkt und Kunden nutzen Durch die Integration de r El ektrofahr zeuge in di e En ergi ewirtschaft entste hen neue H erausf ord e rungen, welche du rch das h eutige Rollenmodel l des Ene rgiemarktes ni cht me hr abzubil den si nd. Daher wird i n diesem Arbeitspaket eine Erweiterung des Rollenmode ll s vorgenommen, um den geänd erten Rahmen- bedingungen Rec hnung zu tragen. Bevor jedoch das erweite rte Rollenmo dell detail lierter b eschrieb en wird, soll zunächst kurz auf das aktuell e M odell ei nge gangen werden. W eiterhin wird ein V ergütungs - modell ent w ic kelt, welches die E V- Nutzer für ih re Teilnahme am Gesteu erten Lad en entlohnt. 4.1 Rollenmodelle in der Energiewirtschaft In de r Ene rgiewirtschaft dienen Rollen der B eschreibun g v on A ufgaben, Beziehun gen und V erträge, die ein Funktioni eren des En ergiemarkt es ge währleis ten. Dabei ist eine Rolle nic ht z wingend an ei nen Marktakteur geb unden, so ndern kan n gegeben en falls von verschied enen Akteu ren ausgeübt werden. Um das V erständnis für die Rollenmod elle zu e rhöhen, w erden im Folgend en die existierenden Rollen sowie die Vertr äge und Prozess e zwischen de n Roll en beschrieben. Tabelle 4-1: Beschreibung der Rollen Rolle Beschreibung Aggregator (A GG) Anbieten von Dienstleistun gen für Stro merzeuge r und -verbraucher (=Kunden), die das Zusammenf assen meh rerer, vornehmli ch dezent- raler Erzeuger und Verbrau cher (=techni sche Ein heiten) zu Anla gen- pools beinhal tet, um da raus einen Meh rwert für die Ku nden zu g ene- rieren. In die Anla genpools können auch EV integ riert und geste uert geladen werden, wodurch die kl einsten technisc hen Ei nheiten eine elektrische Leis tung von ca . 3,6 kW au f w eisen. Bilanzkreisv erantwortlic her (BKV) Der BKV ist fü r eine ausge glic hene Bilanz z w isc hen Besc haffung (Er- zeugung, Impo rte) und Abg abe (Ve rbraucher, Expo rte) in jeder Vie rtel- stunde inne rhalb seines Bil anzkreises v erantwortli ch. BKV kön nen z. B. Stromhän dler oder Ve rtriebsabteil ungen sein, abe r auch gro ße In- dustriebetriebe, di e ihre St rombesch affung in eig ener Verant wortung durchführen. Datendienstlei ster ( DDL) Dient als Schnittstel le z w is chen d er ph ysikalischen Eb ene bezogen auf die Elektrofa hrzeuge / EV-Pool und d em Energi ema rkt. Er sammelt Daten, ver waltet diese und lei tet sie an die entsp rechenden Ma rkt- partner weite r. Gleichzeitig steuert er den Pool so, das s dies er dem Aggregator fü r einen Leis tungsabruf bereitsteh t. Erzeuger (E Z) Bereitstellung v on elektrisc her Ene rgie über Kraft werke (konvention ell und regenerativ ). Fahrzeughe rsteller (FH) Verkauf von (Premium) - Fahrzeu gen, Moto rrädern und Mobili täts- dienstleis tungen. Seite 48 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 alternative Erzeugungsanl agen können dazu verwendet werden. Dafür muss der Aggregator einen Re- gelenergievert rag mi t E rzeugern absc hließen, die ih re Ene rgieproduktion bei B edar f ku rzfris tig an die Anforderung des A ggregators an passen können. Der Aggre gator i st somi t mit ei nem Be treibe r eines virtuellen Kraft werks vergl eichbar. Tabelle 4-4: Rol lenbes chreibung Agg regator Produktbeschre ibung: Anbieten von Dienstleist unge n für Strom erzeuger und -v erbraucher ( =Kun- den), die das Zusam m enf assen mehrerer, vornehm lic h dezentraler Er zeuger u nd Verbra ucher (=technische Einheiten) zu Anlagenp ools beinh altet, um daraus einen Mehr wert für die Ku nden zu generieren. In die Anlage npools k önnen auch E V inte griert werden , wodurch d ie k leinsten techni- schen Einheiten eine elek trische Leistung von ca. 3,6 k W aufwei sen. Bereich Baustein A usp rägung Produkt 1. W ertangebot - Bindet EV-Fahrzeug pool ins virt uelle Kraftwerk ein und ver- marktet flexibl e Verbrauchs - und Erzeugungsl eistung i n Kombination vo n anderen Anlagen o Über die Ve rmarktung von Netzdienstl eistungen e nt- steht ein finan zieller Meh rwert für EV -Nutzer, die d afür ihre Flexibil ität beim Laden zur Ver fügun g stellen Zu diesen Netzdie nstleis tungen zählen: S ystemdienstl eis- tungen an ÜNB o Lastmanageme ntma ßnahmen für den VNB Infrastruktur 2. Schl üsselak tivi - täten - Vermarktung der Erze ugungs - und Verbrauchs flexibili tät - Optimierung der verschied enen Verma rktung s optione n ge- geneinander - Anforderungsanal y s e für P rodukte 3. Schl üsselres- sourcen - Personal mit Kompeten zen im Bereich der E nergie wirt- schaft und Koo rdinationstal ent - Dur ch große Anza hl techni scher Einheiten sind lei stungs fä- hige Kommunik ations - und Abrechnungss ysteme not wen- dig 4. Schl üsselpart- nerschaften - Rahmenverträge mit d en Ü bertragungsnetz betreibern - Kon t akte zu Ve rteilnetzbet reibern - Kooperationen mit E V-Po ol-Betreibern ( OEMs, Ene rgiever- sorger, etc.) - Kooperationen und Ve rmark tungsverträge mi t EV -Nutzer n (Einzelnutzer, Flottenbetrei ber, ggf. OEMs , etc.) - Wenn Aggregator nic ht gleichzeitig St romverso rger: Ver- einbarungen z um Bilanzk reis management mit d en Strom- versorgern de r EV- Nutzer Kunden/- Schnittstel- len 5. Kun denseg- ment - EV -Pool-Betr eiber - EV -Nutze r - EV -Flottenbetrei ber 6. Kan äle - EV -Kundenak quise über K ooperatione n mit OEMs, Flotten- betreibern - Regelmäßige Kundenko m munikation (n ur) zur Übe rmitt- lung der fü r die Vermarktun g not wendigen Informati onen (z.B. durch Sma rt-Pho ne-App) Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 49 von 142 7. Kun denbezie- hung - Zuverläss iges Agieren i m Hi ntergrund mit eher wenig p er- sönlic hem Kontakt, da große An zahl von Kunden und ge- ringem Erlöspotential pro K unde - Dienstleistung en sind abe r erklärungsb edürftig Finanzen 8. Kostenst ruktur - Investition: IT-S ysteme für Ma rktzugang u nd Ab rech nung - F ixkoste n: Pe rsonalkosten, Miete - Variable Kosten: Erlösbet eili gung der Kunden 9. Erlösq uellen - Einnahmen aus de r Bereitstell ung und Erbringun g von Re- gelleis tung 4.1.2.2 Der Ladestationsbet reibe r Der Ladestatio nsbetreiber ermögl icht dem Fah rzeugnutzer das Bela den eines El ektrofahrzeugs ü ber eine Ladestati on. Dabei agi ert er al s Ansc hlussnehm er und Ansc hlussnut zer und hat in diesem Sinn e einen Netzanschluss vertrag mit dem V NB abzusc hließen. Für die Besc hreibung des Lades tationsbe- treibers ist eine Untersc hei dung zwischen dem öffentli chen und priv aten Laden vorzunehmen. Der Betr eiber eine r öffe ntlic hen Ladesta tion is t ein unabhängig er Akte ur, welcher eine r Vielzahl von Fahrzeugnut zern das Beladen ihres E Vs ermögl icht. Die A usübung der Rolle des Lad estatio nsb etrei- bers kan n bspw. d u rch Li eferanten, Bet reiber von Park häusern, Vermiete r von W ohnhäuse rn (mit Ge- meinschaftsga rage) oder g roßen Industrieun ternehmen wahrgen ommen werden. Hierbei i st die Dop - pelrolle als A nschl ussnehm er und – nutzer aus energiewirtschaf tlicher Sicht sinnvoll , da sonst der Fahr- zeugnutzer ( als Anschl ussnutzer) s ich seinen Stromlieferante n an der Ladesäule selber wählen könnte . Diese Form des Lieferanten wechsels ist über die aktuell en P rozesse nicht ab bildbar ( 71). Daher schli eßt der L adestations betreiber einen Stroml iefervertrag mit einem Lief eranten, der i hn mit Strom verso rgt, um d en Fahrzeugn utzern das Belad en i hrer Fahrze uge zu ermögli chen. Die geli eferten Stromme ngen sind zu bilanzie ren, da her i st es erforde rlich, dass diese Men ge e rfasst un d an den VNB übe rmittelt werden. Das ist die Aufgabe des Mess stellenbet reibers, der gleichz eitig die Funkt ion des Messdi enst- leisters übernimmt. Dabei werden Daten erfas st, welc he di e Abwickl ung de r energie wirtschaftlichen Prozesse g e währleisten, vorneh mlic h die Energie mengenab rechnung, die Net znut zung und Bil anzie- rung. W ird das private Laden bet rachtet, welches i m Pil otbet rieb des Projek tes „Geste uertes Laden 3.0“ um- gesetzt wird, e rgeben si ch ei nige Än derung. B eim p rivaten L aden (Einfami lienhaus ) is t die Ladestation in der G arage d es Fahrzeugnutzers install iert (W all box) . Ist de r Fahrzeug nutzer gl eichzeitig Besitze r der W allbox, übe rnimmt er die R olle des Ladestationsb etreibe rs, d. h. i hm ob liegt die W ahl des Lieferan- ten z ur Verso rgung des EV s mit Strom. Fü r den Fall, dass die Ladesta tion im Bes itz des Lieferanten , Vermieters od er Fah rzeugherst ellers i st, übernimmt di eser die Rolle des Lades tationsbetreib ers und auch Anschlussneh mers. In der nachfolgenden Rollenbesc hreibung i s t der Fahrzeugnutzer weiterhin der Anschlus snutzer (w i e P ilotbetrieb) un d entscheidet über den Lieferanten . Da hi er ein 1 zu 1 – Ve r- hältnis zw isc hen A nschlus snehme r und – nutzer vo rherrsc ht, entspric ht diese Kon s tellati on den Prozes - sen des aktuell en Rollenm odells. Bei der Ve rmarktun g von Net zdienstleistung en ist der Ladesta tions- betreiber (hier EV- Nutzer) ein sog. Prosume r, de r d abei als einer von viel en EV -Nutzern Flexibilität im Ladeprozess be reitstellt. Seite 50 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Tabelle 4-5: Rol lenbeschre ibung Ladep unktbetreiber Bereich Baustein A usp rägung Produkt 1. W ertangebot - Erbr in gt durch das g esteue rte Laden Flexibili tät für den Vermarkter von Netzdienstl eistungen z.B. Aggregato r Infrastruktur 2. Schl üsselak tivi - täten - Anstecken des Fahrze uges bei Anku nft an de r Wal lbox - Eingabe per HMI (z. B. SmartPhone ), wann E V- Nutzer das Fahrzeug mit welchen Mind est -SOC w i eder ben ötigt 3. Schl üsselres- sourcen - SmartPhone App - Kommunikationsfähige W allbox - Kommunikationsfähiges EV 4. Schl üsselpart- nerschaften - Ggf. andere poten zielle Fahrzeugn utzer (z.B. Famili enmit- glieder) Kunden/- Schnittstel- len 5. Kun denseg- ment - Pr ivatkun den/ Firmenkunden 6. Kan äle - Abhängig vom Anbiet er des gesteue rten Lad ens 7. Kun denbezie- hung - EV -Nutzer unt erhält Kun denbeziehu ng zum Anbiete r des gesteuerten Lad ens Finanzen 8. Kostenst ruktur - Z eit, die der EV -Nutze r aufbringt, u m Eingab en für ges teu- erten Ladep rozess zu tätig en - Ggf. Mehrkosten du rch kommuni kationsfähige W allbox/ Fahrzeug 9. Erlösq uellen - EV -Nutzer e rhält Benefit fü r Bereitstell ung seiner Fle xibili tät 4.1.2.3 Der Datendienstl eister Der Datendi enstleiser a ggregiert die Daten der einzel nen EVs (z.B. Verfüg barkeiten, L adestatus, Kun- denwünsche ) i nnerhalb eines definierten EV -Pools und steue rt de n E V-Pool so, dass dies er de m Ag- gregator f ür einen Leis tungsabruf als aggregierte Anlage bereitste ht, wobei di e W ünsche un d Anfo rde- rungen der Fahrzeugkund en bz w. des Vertei lnetzbetrei bers g e wahrt bleiben. E r kann somi t auch al s Poolbetreibe r be zeichnet werde n. Der Datendienstlei ster v erbindet di e ph y si kalische Ebene (Elektro- fahrzeuge/ Ladestatione n) mit der energiewirtschaftlic hen Ebene (Aggregato r). Zu sei nen Aufgaben ge- hören d as Zusa mmenfasse n und Aufb ereiten der tech nisc hen Paramete r u nd K undenanf orderunge n, welche üb er di e Lades tation und Fahrzeug e rfasst we rden. Diese Pa rameter gleicht er mi t den Anfo r- derungen d es Aggeg rators bezüglich der G enerierun g v on Produkten für den Strommarkt ab . Da rauf aufbauend erstellt er einen Fah rplan zum Beladen de r Fahrzeug e seines Pools, um die g ewüns chte Energie (positiv od er negativ) zum ge wünschten Zeitpu nkt und f ür die ge wünschte Zeitdaue r zur V erfü- gung zu stell en. Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 51 von 142 Tabelle 4-6: Rol lenbes chreibung D atendienstleis ter Bereich Baustein A usp rägung Produkt 1. W ertangebot - Poo li ng von Elekt rofahrzeu gen als agg regierte techni sche Anlage zur nach gelagerten Vermarktung - Bereitstellung von Kapa zitäten - Anb iet en von au fbereiteten EV -Daten z.B. an Aggregator/ EV -Nutz er Infrastruktur 2. Schl üsselak tivi - täten - Datenerfassung un d – agg regation - Datenaufbereitung - F ahrpl anerstellung - Steuerung eines EV -Pools 3. Schl üsselres- sourcen - Mess- und Kommuni kation stechnik - Monitoringssystem - Steuerzugriff auf Fahrzeuge 4. Schl üsselpart- nerschaften - Lade st ationsbetr eiber - EV -Nutzer - Messstellenbetreiber/ Messdienstl eister - F lotte nbetreibe r Kunden/- Schnittstel- len 5. Kun denseg- ment - Aggregator - Betreiber virtueller K raftwerk e 6. Kan äle - Automatisierte Schni ttstellen zu A ggregator - Elektronischer Informati ons austausc h 7. Kun denbezie- hung - Automatisi erte Prozes se für Daten übermittl ung und Er zeu- gung von Poolkap azitäten - Bilateraler Vertrag mit Aggregator Finanzen 8. Kostenst ruktur - Investition: IT-S ysteme für Pools teuerung und Kom munik a- tion, Monito ringsystem e - F ixkoste n: Pe rsonalkosten, Miete - Variable Kosten 9. Erlösq uellen - Vergütung durch Aggrega t or 4.1.3 Zusammenfassung Durch die Integration von Elektrofah rzeugen i n den Energiema rkt en tstehen n eue Rollen, di e es zu beschreiben gal t. Dabei l assen sich z w ei Art en unterscheiden. Zum einen R ollen, die traditionelle Rol len ersetzen und z um anderen Rollen, die neu in den Markt eintreten un d deren Aufga ben entsprechend z u definieren si nd. Zur e rsten Kate gorie zähl en der La depunktbetrei ber, de r Fahrzeugnu tzer und der Da- tendienstleiste r. Der La dep unktbetreiber ersetzt den Anschluss nehmer, de r Fahrzeugnut zer den An - schlus snutzer und der Datendienstleis ter de n Mess dienstlei ster. Die Fahrzeugherstell er, Flottenbe trei- ber und M obili tätsanbieter existieren in ande ren Bereic hen be reits, agie ren über die El ektrofahrzeuge erstmals auch auf d em En ergiemarkt. Eine Zwisc henstell ung ni mmt d er Aggreg ator ein, der ein erseits als Händler agiert und Produkte am Markt anbietet und andererseits als Dienstleister auch einen Mehr- wert für Erze uger und Ve rbrauche r schafft. Alle genannten Rollen mit i hren Aufgaben u nd Bezieh ungsgeflec hten g arantie ren ei ne Integration der Elektromobi lität in den Ene rgiemarkt ohne dessen Rahmenbeding ungen zu ve rletzen. Seite 52 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 4.2 Vergütungsmodell Für die A nwendung im P robebe t rieb wurde ein Geschäftsmod ell ent wickelt, da s die T eilnehmer am Probebetrieb für ei n s yste mdienlic hes Verhalten ent sprechend mit Vergütunge n belohnt, damit die Elektrofahrzeuge mö glic hst planbar und pünktlic h an die W allbox angeschlossen werden und zur N et z- stabili sierung (Regelene rgieerbringun g) beitragen kö nnen. 4.2.1 Funktionsweise des Vergütungsmodells Basis fü r das ent wickelte Incentivierungsmod ell s ind die Ergeb nisse aus der im T P5 (Nutze rforschung) durchgeführten Nutzerpräf erenzmessun g. Den Teil nehmern w i rd im Rahmen des Probebetriebs eine SmartPhone App zur Verfügung gestel lt, mit der es ihnen mögli ch is t am Gesteuerten Laden teilzuneh - men. Mit H il fe der App können die Teil nehmer den Lades tatus ihres Fahrzeuges verfolgen, Aus wertun- gen einsehen und Eingabe n z. B. z u ihren geplanten A bfahrtszeiten machen, welche helfen den Lade- vorgang hins ichtli ch der Netzsta bili sierung zu optimie ren. Si ehe dazu nachfolg end einen Screens hot der App (si ehe A bbildun g 11 ). W eitere Ausfü hrungen zur App si nd de m End bericht von T P 5 (T U Chem- nitz) zu entnehme n. Abbildung 11 : App Screenshot z um Einstellen der Abfahrtsz eit Für jeden ges teuert e rfolgten L adevorgan g er halten di e Teilnehme r Punkt e. Je wei ls alle z wei W ochen erhalten sie auf B asis der bi s dahin gesammelten Punk te ei ne Gutschrift auf die Stromrechnung. Ein e hohe Punktzahl bedeutet dabei, dass die Teilnehmer mit ihrem Verhalten die Stabili sierung des Netzes optimal unterstützen, und s i e ei ne höhere Gu tsc hrift auf i hre Stromrechnung erhalten. Um die maximale Punktzahl von 40 Punkten zu e rhalten, müss en die T eil nehmer i n vier Kriterien di e v olle Punktzahl er- reichen. P unkterelevante Krite rien geordnet nac h ihrer Gewichtung sind: o A nst eckd auer inn erhalb der Zeiträume - Die Zeiträume für das Sammel n von Punkte n sind wo- chentags von 20: 00 Uhr bis 08:0 0 Uhr und am W oc henende von 08:00 Uh r samstags bis 08:00 Uhr montags. Die maximale Punktz ahl e rhält der Tei lnehme r, wenn e r sein e Abfahrts zeit so eins tellt, dass das Fahrzeug mind. 12h inn erhalb dieser Zeiträume an di e W allbox angesc hl ossen bleibt. (Ge- wichtung: 50 %) o Flexibilität - Die Flexibili tät gibt an, w ie vi ele Minuten eh er das Fahrzeug von der W allbox abgest eckt werden kann, ohne die Punkte für den Ladevorg ang zu verlieren. Die maximale Punktzahl e rhält d er Teilne hmer, wenn e r seine Abfahrtszei t mit der geringst en Flexibili tät von 5min plant. (Gewichtu ng: 20%) Seite 54 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Abbildung 13 : Übe rsicht z ur theoretischen Ermittlung der Maximalpun kte Für die z weiwöchige Gutsc hrift war zu klären, in welcher Form und in welcher Höhe die Teilnehme r diese erhalten. Dazu wurde n bestehende Vergüt ungss ysteme wi e Mil es & Mo re, Pa yback un d and ere Bonuss y stem e vergli chen und be wertet. All e Ver gütungss y s teme setzen eine re gelmäßige, t eil weise zeitlich be gren zte T eilnahm e ihrer Kunden voraus. Der Nutzen aller Vergütungss y s teme für die Kunde n ist ei n finanzieller V ort eil in For m von P rämien, Rabatten, Gutscheinen oder Barausza hlungen. Die Grundintention de r Anbiet er i st d er Anreiz ihrer Kund en zum Konsum b zw. z ur K undenwerbung u nd - bindung. Bei den w enigsten Mode ll en konnten die gesammelte n Punkte in Eurogel dbeträge u mgerech- net werde n, d.h. ein gesammel ter Punkt hatte keinen f esten Euroumrechnun gs wert. Zudem waren die gesammelten Punkte imm er vom i ndividuell en Verhalten der Nut zer abhängi g. Im Gegensatz zu den im M arkt gewöhnli chen Verg ütungss y s temen wurde im T P3 eine feste Umrech- nung vo n 2ct p ro Punkt festgelegt. Damit wurde den im Rahm en v om T P5 erhaltenen Nutzerpräfe renzen insofern R ech nung getragen, dass den Teil nehmer eine direkte na chvol lziehbare Gutschrift je Ladevor- gang gegeb en wer den kan n. Damit läss t si ch die je weils erzielte G utschrift pro La devorga ng di rekt ins Verhältnis zu de n Kosten des La devorgangs setzen. Bei einer tägli chen gefahren Kilometerleistung von 45 km und einem Stromp reis von 28ct/ kW h beträgt die Gutschrift bei maximaler Punktzahl von 40 Punkten 0,80 EUR und hat damit ei nen Anteil von ca. 32 % an den St romkosten i. H.v. 2,52 E UR. 4.2.3 Validierung Diese theoretisc hen Annahmen wurden im Jahr 2014 i n zwei Feldtestphasen mit je 10 K unden übe rprüft. Dabei wurden die K unden mit Beginn der zweiten Phase g e wechselt. Die Phase n erstreck ten sic h au f 10 W ochen (Phase 1: 12.0 5. bis 21.07 .2014 ) b zw. 12 W ochen (Phase 2: 13.10. 2014 bi s 19.01.201 5). Im Vorde rgrund d er Aus wertung stan den der L adeenergiebeda rf, um das Potenzial für den Regell eis- tungsmarkt abzus chätzen, und die Höhe der Gutsch riften, um den Kundenanreiz z u bewerten. W ie Ta- belle 4-7 z eigt, weichen die rea l erzielten Gutschriften stark von den maximal möglichen Gutschriften in Höhe vo n 25€ p ro Monat u nd Kunde ab. Mit k napp 12 € p ro Monat wird nur rund die Hälfte der möglichen Gutschrift erzielt. Dements prechend i st auch die Ladeene rgie und somit das P otenzial fü r den Regel- leistung mini miert (ca. 60 %). Das führt im U mke hrschl u ss dazu, dass größere Fahrzeugpools nötig si nd, um ein definie rtes Leistung sband anbiet en zu könne n. U h r z e it M o , 07.04 . D i , 08.0 4. M i, 09.04 . D o , 10.0 4. F r , 11. 04. S a , 12.04 . S o , 13. 04. M o , 14.04 . D i, 15.04 . M i, 16.0 4. D o , 17.0 4. F r , 18. 04. S a , 19. 04. S o , 20.04 . M o , 21.0 4. P u n k te 240 40 160 560 480 400 320 240 400 440 520 640 500 460 320 360 400 440 480 520 560 680 18 . L a d e - v o r g a n g 22:00 00:00 80 80 120 160 200 240 280 320 360 11 . L a d e - v o r g a n g 12 . L a d e - v o r g a n g 13 . L a d e - v o r g a n g 14 . L a d e - v o r g a n g 16 . L a d e - v o r g a n g 4. L a d e - v o r g a n g 5. L a d e - v o r g a n g 7. L a d e - v o r g a n g 9. L a d e - v o r g a n g 10 . L a d e - v o r g a n g 640 16 . E n d e P u n k te : 4 0 18 . E n d e P u n k te : 4 0 02:00 04:00 06:00 08:00 6. L a d e - v o r g a n g E n d e P u n k te : 4 0 7. L a d e - v o r g a n g E n d e P u n k te : 4 0 15 . L a d e - v o r g a n g E n d e P u n k te : 4 0 17 . L a d e - v o r g a n g E n d e P u n k te : 4 0 10:00 12:00 S T AR T W O S T AR T W O 2 E N D E 14:00 10 . E n d e P u n k te : 4 0 11 . E n d e P u n k te : 4 0 12 . E n d e P u n k te : 4 0 13 . E n d e P u n k te : 4 0 14 . E n d e P u n k te : 4 0 3. E n d e P u n k te : 4 0 4. E n d e P u n k te : 4 0 5. E n d e P u n k te : 4 0 7. E n d e P u n k te : 4 0 9. E n d e P u n k te : 4 0 00:00 1. E n d e P u n k te : 4 0 2. E n d e P u n k te : 4 0 16:00 18:00 20:00 1. L a d e - v o r g a n g 2. L a d e - v o r g a n g 3. L a d e - v o r g a n g 680 Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 55 von 142 Tabelle 4-7: Auswertung Feldtestp hasen 1 und 2 4 Wochen Zeitraum [pro Kunde] Phase 1 Phase 2 theoret isch real theoretisch real Gutschriften 25 € 5,90 € 25 € 11,90 € Ladeenergie 340 kW h 160 kW h 340 kW h 198 kW h Seite 56 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 5 A P 3.4. – Wirts chaftlichkeitsbe rechnun g Neben d em Nutzen, welcher durch das Geschäftsmodel l entste ht, bringt es a uch K osten mit sic h, wel- che der Geschäfts modell inhaber zu trage n h at. Aus der Gegenü berstellung v on Kosten u nd Nutzen ermittelt sic h die W i rtschaftlichkei t des Geschäftsmodel ls . Die W irtschaftlic hkeit wird u.a. bestimm t v on der zukünfti gen Entwickl ung des Energiema rktes, welche anha nd v on Sze narien da rgestell t wird. Fü r die Ermittlun g der W irtschaftlic hkeit wird dieses A rbeitspaket in folge nde Aktiv itäten unterteilt. o AK 3.4.1 – Umfeldanal y se o AK 3.4.2 – Szenariendefini ti on und Modellk onzeption o AK 3.4.3 – Modell umsetzung o AK 3.4.4 – Auswertung der W i rtschaftlichkeitsberechnung AK 3.4.1 – Umfeldanal y se Die Umfeldanal y s e umfass t z wei Themensch werpunkte. Zum einen die Bewertung des technisc hen u nd rechtlichen Umfelds f ür die Einfüh rung von Geschäf tsmodellen i m Zusammenha ng mit dem Gesteue r- ten La den. Diese wird in de r Nut zwertanal ys e und der damit ve rbunden en G esch äftsmodell datenbank umgesetzt. A nderen die nt das A rbeitspaket d er Sch affung vo n Grundlagen fü r di e W i rtschaftlichk eits- berechnung. Das bedeutet, es w ird recherchiert, welche Ansät ze un d Methoden zur W irtschaftli chkeits- berechnung gen utzt werden und wie diese im Bereich der Energi ewirtschaft umg esetzt si nd. W eiterhin sind die rel evanten Kosten - und Nut zen zu bestimm en u nd die Szenarien für Berechnung zu en twickeln. 5.1.1 Geschäftsmodelldatenbank 5.1.1.1 Ziel und Vorgehen Ziel di eses Abschni ttes ist Entwicklung eine r allge meinen Methode zur Bewertung von Geschäftsmo- dellen im energie w i rtschaftli chen Hintergru nd. Dabei sind quantitative und qual itative Faktoren zu iden- tifizieren, welche eine Bewertung der Kosten und des Nutzens von Geschäftsmo del len und Technolo- gien im Energieverso rgung ss y stem e rmögli chen. V ergleic hbare Ansät ze aus anderen Branchen (IT, Maschinenbau, Kommuni kation, Ve rkehr) sind zu b etrachten. Die Bewertun g der Geschäftsmodelle erfolgt anhand einer N utzwertan al y se. Die Nutzw er tanal yse dient der Beurteilung von Inves titionen, welche d urch ein e Vielzahl v on s ch wer quanti fizierbaren Krite rien beschrieben wi rd. Dabei werden folgende Arbeitssc hritte durchlau fen: 1. Aufstellen eines Ziels ystem, d.h. Zusammenstel len de r Zielkrite rien fü r die Beurteilung de r Inves- titionen 2. Gewichtung der Zielkriterien (bzgl . der Aus w i rkung auf die Investition) 3. Ermittlung Ziel wert (Erfüllungsgrad der Zielk riterien) 4. Bestimmen der Nutzwerte pro Al ternativ e 5. Er st ellen eine r Rangfolge d er Investitionen Für die Arbei ten wird die In vestiti on mi t der Umsetzun g des Geschäfts modell s gleichgesetzt. Die Me - thodik des Ansat zes wird i n Abbildung 14 v erdeutli cht. Die Umsetzung de r Geschäftsmod elldatenban k wird so wohl übe r den T op Do wn Ansatz als auch den Bott om Up Ansatz realisi ert. Top Down werden die beste henden Be wertungsansät ze in div ersen B ranc hen anal ysiert u nd auf das Modell üb ertragen. Ziel ist die Erfassung übergreifen der Kriterien, du rch welche sämtli che Geschäftsmodelle besch rieben werden können (allgemeiner Ansat z). Über den Botto m Up Ansatz werden gezie lt Kriterien für spezifi- sche Geschäftsmo delle ermi ttelt (spezifisc her Ansatz) und somit de r allgemeine Ansatz erweitert. Seite 64 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Methoden Beschreibung Vorteilhaft, wenn Statische Meth oden ( 72) Kostenverglei chsrech- nung Betrachtung der fixen un d variablen Kosten meh rerer Investitions alterna- tiven. Anwendung bei Entscheidu ngsprob- lemen Kosten der I nvestiti on ge - ringer als Kosten einer Alternativinv estition Gewinnverglei chsrech - nung Einbeziehung de r Kosten und Er löse für Berechnung. Gewinn = Erlös – Kun den. Anwendung b ei Entsc heidungsi n- vestiti onen oder Einzelinv estitionen Gewinn de r Investiti on is t größer al s Alternativin- vestiti on, Gewinn > 0 Rentabili tätsrechnung (Return on Investment) Rentabili tät is t das Verhältnis zw i - schen dem G ewinn und d em du rch- schnittli ch gebundenem K apital ei - ner Investition. Entscheidend ist die korrek te Be- stimmung des Kapitalei nsatzes üb er die Nutzungsdau er Rentabili tät der Investi - tion g rößer als die Mi n- destrentabil ität ist Statische Amortisations rechnung Amortisations zeit i st di e Zeit, die b e - nötigt wird um den Kapital ei nsatz ei - ner Investi tion aus Rückflü ss en wie- derzugewinnen. Durchschnitts rechnung, d.h. jährli ch fallen Z ahlungss tröme i n gl eic her Höhe an Amortisations zeit kleiner als Refere nzwert (m axi- male Amortis ationszeit) (entspricht Kritischer Nutzungs - dauer). Neben den kl assi schen Verfah ren (siehe Tabelle 5 -4) können auch k ombini erte Verfah ren ange wendet werden. Dazu zähl en: o Kritische-W erte-Analy s e (Break -Even -Anal yse) o Kosten-Nut zen-Rec hnung o Nutz wertanalyse (73) Die Kritis che-W erte-Analyse besc hreibt ein Verfah ren , bei dem de r kriti sche W ert berechnet wird, bei welchen di e Erlöse und K osten b ezogen auf einer Variable (Absat zmenge ) gleic hgroß s ind. Bei di esem W ert lohnt sic h eine Inves tition g erade n och ode r gerad e erst. Das Ve rfahren stütz t s ich auf d ynamische Verfahren ( z.B. Kapi talwertmeth ode, Interne -Zinsfu ß, Annui tätenmethod e). Sie findet Anwendung zur Risikoabschätzun g. Dabei k önnen Auss agen getroffen werden, wieweit der W ert einer Variablen a bwei - chen darf, damit sic h Investi tion dennoc h l ohnt. Auch zur Aus wa hl z wischen mehreren Investiti onen i st möglich, in de m der Bereic h des Kritischen W ertes betrachtet wird. Die Kosten- Nutzen- Anal y s e ist ein Instrume nt zur Ent scheidungsunte rstützung, welche die Kos ten und Nutzen ab gezinst g egenüberstell t. Dabei bedient si c h die Me thode d y namis cher Berech nungsverfah ren. Die Nutz wertanalyse wird verwendet, wenn mon etär s chwer b ewertba re Kriterien v orliegen. Es dient der Besti mmung d er v ortei lhaftesten Alternativ e, in dem di e Alternativ en param etrisiert und dadurch vergleichba r gemacht werden. Nachdem die grundlegen den Ve rfahren kurz s kizziert wurde, soll im nächs ten Schritt eine für di e Ener- giewirtschaft geeig nete Met hode ausg ewählt werden. Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 65 von 142 5.1.3.2 Wirtschaftlichkeitsmet ho de für die Ene rgiew irtschaft Grundsätzlich wird f ür Inves titio nen im Bereich Energi e die Ver wendung von d y nami schen Ve rfahren (eindimensional) o der der Nutz wertanal yse (meh rdim ensional) für Ein zelinvesti tionen o der ein Mi x aus mehreren Investiti onsrechnunge n empfohl en. Die E uropäis che Union hat hierzu auch Empfehlun gen gegeben. In ihrem „Guide to Cost Benefit Ana- l y sis of Investment P roject” l egt si e die Anwendung der K osten - Nutzen- Rechnung dar. Das Ve rfahren soll sich der Kapital wert- oder Internen Zinsfußmethode bedienen ( 74) . Der gleic hen Ausfassung ist die Europäische K ommi ssion i n ihrer „Empfehl ung vom 9. März 2 012 z u Vorbereitungen für die Einführung intelli genter Messs ysteme“ (75). Diese Empfehl ung wird ebenfalls dur ch Ernst & Young in ihren Bericht zu r „Kosten -Nut zen- Anal y s e für einen f lächendecke nden Einsatz intell igente r Zähler“ unterst richen (76) . Daher w i rd im Rahmen d es Projektes „Gesteue rtes Laden 3.0“ das V erfahren der Kosten -Nut zen-Ana - l y se unter Ve rwendung de r Kapit al wertmethod e verwendet. Kosten - Nutzen - A na l y se: Das Vorgehen d er Kosten - Nutzen -Analyse ist in Abbildung 15 dargestell t. Schritt 1: Prüfung und Beschreibung der Technologien, Elemente und Ziele Schritt 2: Darstellung der Anlagen (Assets) in Form von Funktionen Schritt 3: Darstellung der Funktionen in Form von Nutzeffekten Schritt 4: Festlegung des Basisszenarios Schritt 5: Monetarisierung der Nutzeffekte und Ermittlung der Begünstigten Schritt 6: Ermittlung und Quantifizierung der Kosten Schritt 7: Vergleich von Kosten und Nutzeffekten Abbildung 15 : Du rchführungs schritte der Kosten-Nutz en-Analyse (75) Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 67 von 142 die Ber echnung werden di e Vorgab en der Bundes regierung zur Ent w ick lung der En ergieversorgun g (Netzentwickl ungsplan 201 5 und EW I Studie) verwendet. Als Zielzeit raum wird das Jahr 2025 bis 2030 angenommen, weil für diesen Zeitraum eine flächenmäßige Durchdringung des M arktes mi t Elektrofah r- zeugen er wartet wird. Abbildung 17 : Übe rsicht der Sz enarien für die Wirtscha ftlichkeitsbe rechnu ng Die einzelnen Szenarien werden im Folgenden kurz beschrieben und die Ausgestal tung der Parameter in entsprechende n Tabell en darstellt. Basisszenari o A : Basisszenario a nim mt an, dass sic h die Entwickl ung des Stromma rktes und di e Einfüh rung der EV nach den Vo rgaben de r B undesregi erung (Ene rgiesz enarien 2010 ). Das be trifft die Ent wicklung de r Erzeugungskapa zitäten de r einzel nen Technolo gien, des Ma rktpreises s owie des Verbrau c hs. Dabei findet ein Handel d er Produkte, welche durch EVs be reitgestell t werden, übe r den E nergiemarkt (Strom- börse) statt. Im Unterszena rio A1 än dern si ch di e Annahmen des Basi sszenarios i n der Hinsicht, d ass die Ent wick- lung der Erzeug ungskapazi tät aus K onkur renztechnol ogien stark ansteigt. Konkurrenztechn ologien u m- fassen Tech nologien , welche dasselbe Marktsegm ent be dienen wie Elektrofah rzeuge. Dazu zählen Technologien, w elche durch Endverbraucher genutzt u nd i m ge wissen Maße gest euert werden kön nen, wie PV -Anlagen, Mic ro- BHKW s, W ärmepumpen und tei l w eise W indkraftanlagen. Der starke Zuwachs dieser Technologi en bedingt, dass der Marktantei l für E Vs schrumpft u nd somit das Erlöspotenzial sinkt. Szenario A2 berücksic htigt Netzrest riktionen, welche e xistieren wie die Einhaltun g der Grenzen f ür die Spannungsqual ität oder di e Grenzwerte fü r di e Übertragun gskapazitäten der Lei tungen und Transfo r- matoren. Dies resulti ert in einer Beg renzung de r Fahrzeuge j e Ortsnetztrafo b zw. Leitu ngsstrang . Dadurch wird die lokale Bündelung der EVs beg renzt, was zu einer Einsch ränkung der Angebotserstel - lung führt. Diese Eins chränku ngen können d urch unterschiedli che Maßnahme abges chwäc ht werden. Dazu zäh- len die direkte u nd indirekte Steuerung d er Fahrzeu gnutzer im Sinne des Netzbet r eibers. Der direkte Zugriff wird i n Szenario A2a da rgestellt. Über die Umset zung des BDEW -Ampelkonzept es soll der Netzbetreib er in kriti schen Net zsituationen Durchgriff auf steue rbare Kapazitäte n, d.h. Elektro- fahrzeuge, erhalte n, um durch eine geziel te S teuerung (Zu - und Abschal ten) die Netzsi tuationen zu beseitigen. Im u nkritisc hen Zustand beste ht ein freie r Spielraum fü r Marktaktivi täten. Eine Mögl ichkei t des indirekten Zugriffs wird in S zenario A 2b b eschrieben. Die Vorgab e de r Netzr est- riktionen er folgt in Form von Flexibil itätsbändern durch den Netzbetr eiber an den L ieferanten. Innerhalb dieser Grenzen kan n d er Li eferant (BKV) agie ren, d .h. den Last - u nd Einspeis everlauf im Bilan zkreis variieren. Ein weiterer A nsatz is t die Beeinflussung ü ber variable N etzentg elte (Szena rio A2c ). Dies e B as i s s zen ar i o A V o r g ab en B u n d es r eg i er u n g , Han d el an S t r o m b ö r s e B as i s s zen ar i o B V o r g ab en B u n d es r eg i er u n g , Han d el am R eg el l ei s t u n g s m ar k t S zen ar i o A3 V2G (R ü c k s p ei s u n g ) S zen ar i o A1 M ax. Ko n k u r r en z S zen ar i o A2 Net zr es t r i k - t i o n e n S zen ar i o B3 V2G (R ü c k s p ei s u n g ) S zen ar i o B1 M ax. Ko n k u r r en z S zen ar i o B2 E u r o p äi s c h e r M ar k t f ü r M R L S zen ar i o A 2a Di r ek t e S t eu er u n g S zen ar i o A 2b i n d i r ek t e S t eu er u n g S zen ar i o A 2c F l exi b i l i t ät L i ef er an t S zen ar i o A 2d w ei t er e Seite 68 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Netzentgelte sind so gestal tet, dass sie die Ziels etzungen des Netzbetr eibers unterstützen. I m Zusam - menspiel mit variable n St rompreisen k önnen Zeiträu me für netz günstiges La den defini ert, u m bsp w. Engpässe zu ve rmeiden. So ll ten si ch weitere Tech nologien etabl ieren, welch e zur Absch wächung de r Netzrestriktione n he ran- gezogen werden kö nnen, erfolgt deren Bet rachtung in Szena rio A2d. Nachdem in den v orangega ngenen S zenarien nur das Laden de r EVs üb er d en En ergiema rkt fokuss iert wurde, beinhaltet Szena rio A3 zusä tzlich eine möglic he Rückspeisung i ns Netz (Vehicle to Gr id – V2G). Dadurch könne n meh r Produkte generie rt und ein höh erer Erlös erzielt werden. Basisszenari o B Die Szena rien der zweiten Sto ßrichtung („B“) ba uen auf dense lb en Anna hmen auf wie unte r Basi ssze- nario A b eschrieben. Das b etrifft die Ent w ick lung de r Erzeugun gskapa zitäten, de r Verbrauch s owie di e Zusammenset zung des Kraftwerksparks. Der Unte rschi ed besteht ledigl ich im Zielmarkt. Dieser i st de r Regelleis tungsmarkt und n icht der Energi emarkt. Szenario B1 besc hreibt de n ü bermäßig en Ausbau vo n Konku rrenztechnologie n. Dahe r finden hie r die gleichen Auss agen w ie für Szenario A1 Anwend ung. Im z weiten Unterszenario, Szenario B2, wird die Öffnung des eu ropäisc hen Ma rktes für Minute nreser- veleis tung unte rsucht. Dies bedeutet, dass ein Handel von Regelleis tungsprodukten g renzüberschrei - tend mögli ch ist. Dadurch erhöht si ch die An zahl d er potenziel len Markttei lnehmer, welche g eringe ren Marktanteil für EVs a n der ei nen Seite bedi ngt u nd auf de r anderen Seite zu einem P reisverfall fü r Regelleis tungsprodukte füh rt. Folglich s inkt das Erlös potenzial für Elektrofah rzeug e. Szenario B3 sti mmt mit Szenario A3 üb erein mit de m Unterschied des Zielma rktes. Daher g elten die gleichen Auss agen fü r das V2G -Konzept. 5.2.1.1 Umsetzung Szena rien – C ross-Impa ct- Analyse Für di e Sze nario -Generie rung, wurde s ich im Fol genden f ür die Cross -Impact Anal y s e, a uch W echsel - wirkungsanal yse gen annt, entschieden , weil hie rbei sowohl o bjekti ve als auch s ubjektiv e Kriter ie n zur Erstellung verwendet (78). Um ein S zenario e rfolgrei ch zu ent w ick eln müssen v ier Prozessblöck e dur ch - laufen werden. Als erstes die Szen ariofeldanal yse. In diesem Sch ritt wird das Un tersuchungsgebi etes (Szenario-P rojekt) anal ysiert und b eschrieben so wie Schlüsselfak toren abg eleitet. Der zweite Block „Szenarioprognostik “ b efas st si ch der Beschrei bung d er Schlüss elfaktoren (Ist -Zustand ) u nd defini ert mögliche Zukunftsp rojektio nen. Der dritte Bl ock umfas st die Projektionsbü nd elu ng, welche daz u dient die Konsis tenz de r Auspräg ung unte reinander zu bewerten und einen Projekti onsbündelkatalo g z u be - stimmen. Die l etzten Block „Szenariodefiniti on“ l egt die Rohszenarien fes t und be wertet die e rmittelten Ausprägungen qualitativ s owie q uantitativ (79). Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 71 von 142 dabei von l inks nach rechts gelesen. W ird eine Spalte mit 0 be wertet, so hat d er Paramet er in der Spalt e keinen Einfluss auf de n be treffend en Paramet er i n der Zeile. Die Be wertung mit 1 kennzei chnet einen geringen oder sch wachen Einfluss. W ird eine Bezieh ung mit 2 be wertet, so hat der Zeilenpa rameter einen s tarken Einflus s auf den Spaltenparame ter. Inn erhalb des Kons ortiums wurde s ich auf folgen de Einflussfak toren geeinigt: o Zusammenset zung des K raftwerkspark o Energiema rkt o Politik und Gesetzgebun g o Anzahl Energie händler o Konkurrenztechnolo gien o Technologiesta nd Elektrofa hrzeuge o Aktuelle w i rtschaftli che Lage o Gesellsc haftliche Einstell ung zur Nachhal tigkeit o Strompreis e o CO2-Zerifik atspreis o Netzausbau Der Ei nfluss der ide ntifizierten Faktoren a ufeinander f ür das bet rachtet e Szenari oprojekt is t i n Abbil- dung 20 au fgezeigt. Die Bewertung l ässt Faktoren e rkennen, welch e ei ne sta rken Einfluss a uf andere ausüben (hohe Akti vsumm e) wie z.B. der E nergiema rkt, der Kraft werkspark un d die Politi k. Auf der anderen Seite gibt es Faktoren, welche st ark be einfluss t werden (hohe Passivsumme ) w i e z. B. de r Energiemarkt, de r Kraftwerk spark u nd die dezent rale n T echnologien. Aufgrund des E rgebnisses de r Vernetzungsmat rix wurde „Ene rgiehändler“ al s Einflus sfaktor ve rnachlässi gt. Abbildung 20 : Vern etz ungsmatrix GL3.0 (eige ne Darstellun g) Abbildung 21 zeigt das s ich ergebende Koo rdinatens ystem, wenn die W erte aus A bbildung 20 in dieses übertragen werden. Daraus lassen s ich v ier Teil bereiche ableiten. Die T rennlini en di eser B ereiche be- rechnen sich aus de r S umme d er Aktiv - oder Pas siv summen getei lt durch die A nzahl der Systemele- mente. Im Beis piel i st die Summe 99 und es wurden 11 Einfl ussfakto ren bewertet. Die Li nien, die die vier Teilbereiche ken nzeichnen, werden also bei dem W ert 9 ( 99 geteilt durch 11) auf R echts wertachse und der Hoch wertachse abgetragen. Feld I is t das Feld der akti ven S ystemeleme nte. Ele mente in di esem Bereich si nd du rch eine ho he Aktivi tät und eine niedrige Passi vität gekennzeic hnet. In Feld II finden sic h die ambiv alenten S ystemeleme nte. Elemente a us di esem Bere ic h besi tzen ein e hohe Passiv ität und eine h ohe Akti vität. Feld III ist das Feld der puffernde n oder niedrig ambi valenten S y s temel emente. Sie lass en sich w eni g von anderen Elem enten be einflus sen und üben geringen Einflus s auf a ndere Ele mente aus. In Feld IV befinden sich die passi ven S ystemelemente. Sie beei nflussen das S ystem sel bst nur seh r wenig, lassen si ch aber von an deren Punkten se h r stark beeinflus sen. E i nf l u sf aktore n An zahl E ner gi e händl e r E ner gi e ma rkt Zusamme nse tzung de s Kra f twer kparks An te i l Kon kurre n z- te c hnologi e Poli tik und G e se tzge bung T e chnol ogi e stand E l e ktrof ahrze u ge Ak tuel le wi rtsc haft- l i c he L age G e se l l scha f tl i che E i nstel lung zur Nac hhal ti gke i t Strompr e i s CO2 Ze rti k i kats- pre is Netza usb au Ak ti vsu mme E ne rgie händl e r x 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 5 E ne rgie mar kt 2 x 2 2 2 1 1 1 2 2 1 16 Kraftw e rks par k 1 2 x 2 2 1 0 1 2 1 2 14 Konk urren zte chnol ogi e 1 1 1 x 1 1 0 1 1 0 1 8 Pol i ti k 1 2 2 1 x 1 2 1 2 2 1 15 T e c hnol ogi e stand EVs 0 0 0 0 1 x 0 2 1 0 1 5 W i rtscha f tl i che L a ge 1 1 1 1 1 1 x 2 0 0 0 8 Nachhalti gke i t 0 1 2 1 2 1 0 x 0 0 0 7 Strompr e i s 0 1 2 2 1 1 0 1 x 0 0 8 CO2 Ze rti f i katspre i s 0 2 2 1 0 0 0 0 1 x 0 6 Ne tzausbau 0 1 1 1 0 1 0 1 2 0 x 7 Passi vs umme 6 12 14 12 10 8 3 10 12 6 6 99 Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 73 von 142 Tabelle 5-5 : Tre ndprojektionen für „Zusam men set z ung des Kraftwer ksparks“ Einflussfaktor (Deskriptoren) Projektion 2025 und 2030 / Ausprägung Zusammensetz ung des K raft- werkparks Anteil konventi onelle zu regene- rative Kraftwerk e A: Vorwiegend regenerativ e Erzeugungs anlagen, E rhöhung d er install ierten Leistung install ierte Leistungen B: moderate r Zuwachs an r egenerativen Energien, relevante r An- teil an konventio nellen Kraf t wer ke n C: gleichbleiben de Domina nz der konve ntionellen Kraft werken, Erhöhung der instal lierten L eistung Projektionsbü ndelu ng Die ve rschiedenen Aus prägung en werden auf ihre Kons istenz u nd Logik übe rprüft. Dieser Ansat z wird über eine Konsis tenzmatrix du rchgeführt. Die Ausprägungsk ombinatione n werden mit einem W ert zwi- schen 1 und 5 be wertet. Dabei besitzen die W erte folgende Aussa ge: o 1 = Totale Ink onsistenz o 2 = Partielle Inkonsistenz o 3 = Neutral ode r voneinand er unabhä ngig o 4 = Gegensei tiges begünsti gen o 5 = Starke geg enseitige Un terstütz ung Je höhe r der W e rt, desto logi scher die A usprägungsk ombination . In d er zeil enweis en Betrachtung dür- fen gleic he Be wertunge n fü r versc hiedene Ausprägun gen eingetrage n werden ( z.B. 1 a mit 2a = 4, 1 a mit 2b = 4, 1a mit 2c = 3). In der s paltenweisen Betr achtung ist darauf zu a chte n, dass pro Schlüs sel- faktor der W ert nicht durch gängig „1“ ist (z.B. 1a mit 2a = 1, 1b mit 2a = 1, 1c mit 2a = 1). Dies würde bedeuten, das s der Fakto r 1 komplett w i dersp rüchlich zu Ausp rägung 2a i st. Abbildung 22 : Au sschnitt Kon sistenz matrix Anhand di eser K onsis tenzmat rix werden all e P rojekti onsbündel, welche keine to tale Inkonsis tenz auf- weisen, herausgefil tert. Im sich ergebenden Projekti onsbündelkatalo g sind die Projektionsbü ndel inklu- sive ihres Konsistenz wertes und d er An zahl der pa rtiellen Ink onsistenzen aufg elistet. Diese P aramete r dienen der Redukti on de r Projektionsbü ndel. Szenariodefini tion Unter An wendung eine r Experten befragung wurden die drei Rohszena rien definiert, d.h. für jeden Ein - flussfaktor wurde f estgeleg t, welche Zuku nftsprojektio n dem T rendszenarien (° ) oder einem der Alter- nativszenarien ( - ode r +) zu zu ordnen ist. (sieh e Tabell e 5-6) Schlüs se l faktor A usprägung 1a 1b 1c 2a 2b 2c 2d 3a 3b 3c 3d 3e 1a + A: Vorwi e ge nd r e ge n e rative E r z x x x 4 5 3 3 5 2 2 4 3 1b o B: mode rat e r Z uw ac hs a n r e ge n x x x 5 2 4 3 1 3 3 2 3 1c 0 C: g l e i chble i be nd e D omi nanz d x x x 5 2 4 4 1 3 5 2 4 2a + A: ke i ne ne u e M ar ktf orme n (ze ntrale r E ne rgi e - und Re g x x x x 2 4 5 3 3 2b 0 B: Auf bau r e gi onal e r M är kte und da durc h mehr Tei l ne h x x x x 4 1 3 3 4 2c - C: zusätzl i che n Auf bau e i ne s Kapa zi tätsmar kte s , me hr T x x x x 3 2 2 3 4 2d o D: Str ommar kt 2 .0 (Fl e x i b i l i täten) x x x x 4 4 2 5 4 3a o A: sc hne l l wi rke nde n Subv e nti one n r e ge n e rative r E ne rgi e n x x x x x 3b + B : schne l l wi rken de n Subve nti one n rege ne ra ti ve r E ne rgi e n und Spei c he r x x x x x 3c 0 C: ke i ne staatli che n E i nf l üs se in den E ne rgi e markt x x x x x 3d 0 D: Fe s tse tzung der Zie l e für Energi e w e nde , E i nf ührung ei n e r Quote nre ge l ung x x x x x 3e 0 E: Ei ngrif f i n För de rung Infrastruktur ( Ne tze , Kommuni k ation, M e ssun g, netzd i e nl i che S x x x x x Energi e markt Pol i ti k und G e se tzgeb ung Zusammen se tzung de s Kra f twe rkpar ks Seite 80 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 geben. Dies betrifft ma ßgebl ich den Kraftwerkspa rk. Der Zubau von erneuerbar en E nergieanl agen er- folgt in abgesch wächte r Form. Steink ohle- und Braunkohl ekraftwerke behalten ihre Rolle unter de n fos- sil en Energieträgern. I m Gegensat z zu den beid en and eren Szenarien d ominieren die W i ndkraftanlagen die erneuerb aren Energien. Insgesamt erhöht sic h dami t die install ierte Kraftwerksleis tung vo r allem für das Betrachtungsjahr 2025. Der Einsatz von S pei chern für den betrachteten Zeitraum (2025 ) ist anstei- gend. Die an fängl ich hohen Verbrauche rpreis e hingeg en sinken während des Betrachtungs zeitraumes aufgrund einer s inkenden EEG -Umlage. Das P reis ni veau entsp richt d enen des Trendsze narios. Trotz der e rhöhten Ve rbraucherp reise s orgen ein ko ntinuierli ch wachsenden Bruttoinlandsprod ukt und eine steigenden Ko nsumbe reitschaft f ür eine ge sell schaft lic he Akzepta nz moderate r Verbrauche rstrom- preise. Der W unsc h nach Nachhalti gkeit i st w eit v erbreitet. Zusam menfass end sind die Ausprägu ngen des Szena rio in Tab elle 5- 11 besch rieben. Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 81 von 142 Tabelle 5- 11 : Zusam menfas sung Alternati vszenar io 2 2025 Einflussfaktor (Deskriptoren) Qualitativ e Beschreibung Quantitative Bes chreibun g Zusammensetzung des Kraftwerkparks - kein Rückbau fossiler Kraftwerke, - gleicher Anteil an Steinkohle-/ Braunkohle- K W s und Gas-K W s, - stärkerer Ausbau von Wind als PV Steinkohle: 26,1 G W Braunkohle: 20,3 G W Gas: 23,0 G W Heizöl: 1,7 G W Kernenergie: 0 G W Speicher: 8,5 G W Sonstige Konventionelle: 3,4 G W W ind onshore: 53,6 G W W ind offshore: 8,9 GW PV: 54,7 GW Biomasse: 6,3 G W W asserkraft: 4,6 GW Sonstige Regenerati ve: 0,5 GW gesamt: 211,6 G W Exportsaldo: -2,1 GW / -2,2 GW Energiemarkt - unverändertes Marktdesign, - dominante Marktformen sind En ergiemarkt (Strombörse) und Regelleistungsmarkt, - zentrale Marktstrukturen Politik und Gesetz- gebung - Förderung Sanie rungsmaß nahmen G e- bäude, - Verkürzung Projektplanungszeiten Off -Shore W KA für sch nelleren Zubau Strompreise - gleichbleibende Preise, geringe Volatilität Base-Preis 2025: 50 [€/M W h] Aktuelle wirtschaft- liche Lage - reales BIP wächst 1% p.a., Industrie behält zentrale Rolle - hohe Ko nsum-/Investitionsbereitschaft (50% des BIP- W achstum durch priv aten Konsum) 2025: 1.544 [real Mrd. €] (E W I ) Konurrenz-technolo- gien - Teillastverhalten konventionell er KWs, Nach- frageflexibilität, internationaler Stromaus- tausch CO2 Zertifikatspreis - Senkung auf hohem Niveau 2025: 21 [€/t] Technologiestand Elektrofahrzeuge - keine M a rktreife, ger inge Anz ahl an Fahrzeu- gen 2025: 0,5 Mio. EVs Netzausbau - kein Netzausbau Gesellschaftliche Einstellung zur Nachhaltigkeit - kontinuierlich sinkender Pri märe nergiever- brauch 2024: 3725 / 2034: 2825 [PJ] (Refe- renzwert 5.000 in 2008) (NEP2014) - konstanter Nettostromverbrauch 2025: 543,6 / 2035: 543,6 [T Wh] - Jahreshöchstlast 2025: 84 / 2025: 84 [G W ] 5.2.1.2 Szenarien M arktdurchdri ngung Elektrofah rzeuge Neben der Ent wicklung der Mä rkte und des Kraft werksp arks i st für das Projekt „Ges teuertes lad en 3.0“ die z ukünfti ge Ausprägung der Verteilung der Elektrofahr zeuge auss chlaggebend. Die Zielsetzung der Regierung von einer Milli on E lektrofah rzeugen auf Deutschlands St raßen in 2020 sch eint aus aktu- eller Sicht als unreali stis ch. Für di eses P rojekt wird a ngenomm en, dass de r Zielwert im J ahr 2 025 er- Seite 82 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 reicht w i rd. Für die zuk ü nftige Zusammens etzung des Kraftwerkspa rks ist e ntsche idend, welche Batte - riekapazitäten die E Vs besitzen und mit welcher Leis tung werden sie geladen. Auf der Basis von Studien der nationale n Pl attform Elektromobili tät und des AD AC wurden ac ht S zenariovari anten (2 S zenarien mit jeweils 4 Varianten) defi niert (82) ( 83). Das Szena rio 1 entspric ht einer ko nventionel len Aus richtung. Die vo rwiegende Anzahl der Fah rzeuge sind mit Batterien ausgesta ttet, we lche eine Kapazität von 1 6 bis 22 kW h aufweis en (10 % mi t 16 kW h und 70% mit 22 kW h). Die se Fahrzeuge werden ei nphasig mit 3,7 kW (16A * 0, 23kV) gelad en. Die restlichen 20% d er Fahrze uge b esitzen ein e Batteriekapa zität v on 6 0 kW h und werden einphasig mit 3, 7 kW oder dreiphasig mit 22 kW (√3 * 32A * 0,4 kV ) geladen. Im Szena rio 2 w i rd davon ausgegange n, d ass s ich zukünftig Fahrzeuge mit einer hohen Batteriek apa- zität von 60 kW h durchsetzen. In dies em Szenario weis en 70% de r EVs diese Aus prägung auf. Aufge - laden werden diese Fahrze uge einphasig mit 3,7 kW ode r d reiphasig mi t 22 kW . Die verbleibe nden 30% der Elektrofah rzeuge besi tzen 22 kW h -Batterien, welche ei nphasig mi t 3,7 kW geladen werden. Die Va rianten f ür diese S zenarien b eschreib en die V ert eilung de r priva ten und öffentli chen La destatio- nen. V ariante 1 sieht n ur Hei mladestationen mit 3 ,7 k W vor. Pro Elekt rofahrzeug is t ei ne Heimladest a- tion instal liert, d.h. eine Mi lli onen Lades tationen. In Variante si nd zusätzlich 20 % Ladest ationen mi t 22 kW an öffentli chen Parkplä tzen, d. h. ins gesamt 1, 2 Mi o. Ladestation en. Va riante 3 s ieht z usätzlich zu den Heimladestation en no ch Ladestationen am Arbeitspl atz ( 3,7 kW ), an de nen 50% der Fahrzeug e laden könn en (50 0.000 Ladestationen).Va riante 4 ist eine Kombi nation aus Varian te 2 und 3, d.h. 1 Mio. Heimladestatio nen, 500.00 0 Ladestationen a m Arbeitspl atz und 200.000 La destati onen an öffentlic hen Parkplätzen. Eine Zusammenfass ung der S zenarien is t in Tabelle 5 - 12 darges tellt. Tabelle 5- 12 : Sz enar ien EV-Entwicklung Szenario Variante Szenario 1: - 10% EV (16kW h / 3,7k W ) - 70% EV (22kW h / 3,7k W ) - 20% EV (60kW h / 22kW) 1 Mio. Heiml adestationen 1 Mio. Heiml adestationen + 200.000 öffe ntliche Lad estation en 1 Mio. Heiml adestationen + 500.000 A rbeitsplatzades tationen 1 Mio. Heiml adestationen + 500.000 A rbeitsplatzades tationen + 200.000 öffe ntliche Lad estationen Szenario 2 - 30% EV (22kW h / 3,7k W ) - 70% EV (60kW h / 22kW) 1 Mio. Heiml adestationen 1 Mio. Heiml adestationen + 200.000 öffe ntliche Lad estationen 1 Mio. Heiml adestationen + 500.000 A rbeitsplatzades tationen 1 Mio. Heiml adestationen + 500.000 A rbeitsplatzades tationen + 200.000 öffe ntliche Lad estationen Einfluss der EV-Du rchdringun g auf den Energiema rkt Um de m Ei nfluss der Elekt rofahrzeuge auf den Ene rgiemarkt zu identi fizieren we rden z wei Gesi chts- punkte anal ysiert. Zum ein en wie si eht der Einflus s au f de n Spotmarktp reis aus. Und zu m Zweiten wie wird d er K raftwerkspa rkt b eei nflusst, d.h. w i e entwickel n s ich die ei ngespeis te L eistung und die Volllast- stunden d er ei nzelnen Kraft werkstypen. Dabei werden Braunkohle -, St einkohle, E rdgas-, Erdöl - und sonstige Kraft werke (z.B. Müll verbrennungsk raftwerke) betrac htet. Im diesem S chritt werden d ie EVs als zusätzlic he Last ang esehen. Ei ne Rücks peisung der Fahrzeuge wi rd nicht betrac htet. Die Berech - Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 83 von 142 nungen werde n für das Jahr 2025 du rchgeführt un d eine Durchdring ung von 1 Mio. E Vs. Die A uswir- kungen der Szenarie n der EV-Markt durchdringu ng auf die Ein s peisungen und die Voll laststunden ist i n Tabelle 5 - 13 und Tab elle 5 - 14 darges tellt. Tabelle 5- 13 : Ein speisungen na ch Sz enarien Einspeisung [MW ] Braunkohl e Steinkohle Erdgas Erdöl Sonstige ohne EV 5900,9 10589,2 5633,8 0,0 2989,0 SZ2_50- 20 6089,8 10657,0 5715,4 0,5 2992,8 SZ2_50-0 6085,7 10677,9 5694,3 0,5 2996,1 SZ2_0- 20 6062,6 10685,5 5695,8 0,5 2997,3 SZ2_0-0 6053,8 10675,1 5712,9 0,5 2997,1 SZ1_ 50 - 20 5907,3 10568,3 5631,0 0,0 2985,1 SZ1_50-0 6080,4 10695,5 5712,2 0,5 2991,7 SZ1_0- 20 6047,8 10616,8 5672,1 0,5 2972,7 SZ1_0-0 6047,7 10671,8 5719,7 0,4 2998,3 Tabelle 5- 14 : Vollla ststunde n nach Sz enarien Volllasts tunden [h] Braunkohle Steinkohle Erdgas Erdöl Sonstige ohne EV 3360,0 3855,2 1898,2 0,0 6548,4 SZ2_50- 20 3467,5 3879,9 1925,7 2,3 6556,7 SZ2_50-0 3465,2 3887,5 1918,6 2,3 6563,9 SZ2_0- 20 3452,0 3890,3 1919,1 2,3 6566,5 SZ2_0-0 3447,0 3886,5 1924,8 2,3 6566,1 SZ1_50- 20 3363,6 3847,6 1897,2 0,0 6539,8 SZ1_50-0 3462,2 3893,9 1924,6 2,3 6554,3 SZ1_0- 20 3443,6 3865,3 1911,1 2,3 6512,7 SZ1_0-0 3443,5 3885,3 1927,1 1,9 6568,7 Aus de n Tab ellen is t ersi chtlic h, dass di e Erhöht e L as t durch die EVs zu einer erhöht en Einspeis ung aller Kraftwerkst ypen führt. Die Erhöhung bet rägt durchs chnittli ch drei Prozent (siehe Abbi ldung 23 . Die zusätzlichen Ladestatio nen an öffentlichen Plätzen und an den Arbeitss tätten fü hren d az u, dass ve r- mehrt Braunkohl ekraftwerk e die Ene rgie bereits tellen. Im Gegenzug t ragen St einkohle - und sonsti ge Kraftwerke weniger zur Dec kung der Last bei. Ebenfa ll s l ässt sich erkennen, das s durch di e Nutzung von Ladestatio nen mit h öherer Lei stung (S zenario SZ2) eine geringfügig h öhere Ei nspeisung begründet ist. Bei den Volllas tstunden sin d di e glei chen Aussag en zu benennen, wie fü r die Ei nspeis ungen. Dies i st dadurch begründet, dass sic h die Volll astenstunden aus dem V erhäl tnis von eingespeisten Leistung z u install ierter Leistung in Bezug auf die Anzahl der Stunden pro Ja hr (8760) berechnen. Die eingespeiste Leistung ist die ein zige Va riable inne rhalb der Szenarien. Seite 84 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Abbildung 23 : Verglei ch Ein speisung ohne und mit EVs Tabelle 5- 15 : Sz enar ienabhäng iger Spotmarktpreis (ge mittelte Tagespreise) Spotmarktpreis Min-W ert Max -W ert Mittel wert Varianz ohne EV 58,07 € 119,26 € 67,60 € 33,21 SZ2_50- 20 51,63 € 122,56 € 67,41 € 31,65 SZ2_50-0 51,64 € 121,19 € 67,28 € 26,61 SZ2_0- 20 51,27 € 134,21 € 67,93 € 49,63 SZ2_0-0 51,27 € 84,85 € 66,43 € 10,53 SZ1_50- 20 52,33 € 128,87 € 66,72 € 40,72 SZ1_50-0 51,27 € 88 ,35 € 66,39 € 13,67 SZ1_0- 20 44,13 € 81,03 € 66,03 € 10,22 SZ1_0-0 51,08 € 119,58 € 66,77 € 34,87 Für die A us w i rkung a uf d en Sp otmarktprei s l assen si ch keine eindeutigen Aussa gen treffe n. Im Mi ttel - wert w i rd ein P reis e rzielt, der bei rund 67 €/MW h, una bh ängig davon, ob ei ne zusät zliche EV -Last auftritt oder nicht ( siehe Tabell e 5- 15 ). D ies ist ein H inweis dafür, die Last von 1 Mio. EVs zur gering ist, um die P reis setzung übe r das Jahr zu beeinfluss en. Jedoch verursachen die E Vs einzelne Preisspitzen zu b estimmten Stun den des Jahres. Dabei lässt si ch abe r kei ne Korrelation zu bes timmten Uh rzeiten, Tagen oder Jah reszeiten fe sts tellen. Grundsätzlich ist durch eine Last, ve rursacht durch 1 Mio. El ektrofah rzeuge, nur ein ge ringer Ein fl uss auf die Merit Order der Kraft werke und somit d en Spot marktprei s zu er warten. 5.2.2 Modellkonzeption Das Modell für di e W irtschaftlichkeits berechnung i st ein Tei l des Gesamtko nstruktes und is t auf di e Eingangsparamet er der Simulationsmo delle angewiesen. Dah e r w ird auf die Beschreib ung in Abschnitt 3.2 ver w i esen. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 -50 0 50 100 150 200 BK SK EG OEL SO Einspeisung ohn e EV [MW] Differenz [MW] SZ2_50-20 SZ2_50-0 SZ2_0-20 SZ2_0-0 SZ1_50-20 SZ1_50-0 SZ1_0-20 SZ1_0-0 Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 85 von 142 5.3 A K 3.4.3 – Modellumsetzung Die W irtschaftli chkeitsberechnung ve rlangt eine Gegenübe rstellung von Kosten und Nutzen. Diesb e- züglich wurde si ch für die Meth o de d er Kosten -Nutze n-Anal y s e e ntschiede n (siehe Absc hnitt 5.1 .3.2). Dazu wurde eine M odellu mgebung für diese Aus wertung entwick elt, welche nachfolgend al s KoNuA (Modell zur Koste n -Nutzen-Anal yse) genann t wird (s iehe A bbildung 24 ). Modell Kosten-Nutzen-Analyse Kosten Investitions- kosten Jährliche Kapitalkosten Jährliche laufende Kosten Nutzen Einmaliger Nutzen Jährlicher Nutzen Jährliche Erlöse Kapitalwert Amortisationszeit Auswahl Marktrolle EV-Nutzer Netzbetreiber Aggregator Annuität Umfeldparameter Anzahl EVs Marktzins Laufzeit Return on Investment Abbildung 24 : Mode ll Kosten-Nutz en-Analy se Als Eingangspar ameter sin d i m KoNuA eine rseits die Kosten u nd der Nut zen d efiniert. Bei de n Koste n wird zwischen den einm aligen Investitionskos ten, d en jährlichen Kapital und de n jäh rlichen laufenden Kosten unte rschieden. De r Nutzen gl iedert sic h in den einmali gen und den jährlich en Nutzen. And erer- seits bil den di e Umfeldpara meter und die Ma rktrol le Eingan gsgrößen f ür das M odell . Die Umfeldpara- meter besch reiben die Grö ße des EV - Pools (Anzahl der Fahrzeu ge), d en Ma rktzins und den Betrach- tungszeitraum. Die M arktrol le stell t die Sic ht des je weiligen Akte urs da r (E V -Nutze r, Netzbetrei ber, Ag- gregator). Jede Marktroll e hat unterschi edliche Kost en zu t ragen und erziel t einen ande ren Nutzen. Als Ausgangsg rößen werden bet riebswirtscha ftliche K enngrößen berechnet . Dazu zählen der jährli che Erlös, der Kapital wert, die Annuität, die Amo rtisations zeit und der R et urn on Inve stment. Diese Größen geben eine A ussage übe r die Sinnhaftigk eit / Erfolgs auss ichten eines Geschä ftsmodell s. 5.3.1 Berechnungsansatz Das Berechnungssc hema für die Kosten -Nutzenanal yse orientiert sic h an den Angaben der Strom NEV bzw. GasNEV, welche als G rundlage für die Ermittlun g der Netzentgelte die nen. Die jährlic hen Kapital- kosten ergebe n sich w ie f olgt: Kalkulato rische Absch reibung lt. § 6 Str omNEV/ GasNEV + Kalkul atorische Eigenka pitalzinsen lt. § 7 Strom NEV/ Gas NEV + Kalkul atorische Steue rn lt. § 8 StromNE V/ Gas NEV - Ertrag a us Auflösung vo n B aukostenzusc hüssen lt. § 9 StromNE V/ GasNEV - akti vierte Eigenlei stungen lt . § 9 Strom NEV/ Gas NEV + Sonstige Kost en (Ve rsicherungen, W artung, Instandhal tung , IT - Anpassung ) = Kapitalkos ten Nachfolgend werden die ei nzelnen Kalkulationspos ten näher besch rieben. Seite 86 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Die kal kulato rischen Abschreibunge n sind die Kosten der W ertminderung der be nötigten Anlageg üter. Sie t reten i n der k alkulato rischen Kosten - un d E rlösrech nung an di e Stelle d er bilanziel len Abschreibun- gen der Gewinn - und V erlustrechnung. B asis für di e Ermittlung der kalkul atorischen Abschreibung bil - den grunds ätzlic h die im Zeitpunkt i hrer E rrichtun g ers tmalig akti vierten A nschaffungs - und Herstel- lungskosten gemäß § 6 St romNEV bzw. Gas NEV. Bei der B erechnung wird zwisc hen der Aktivi erung von Alta nlagen (bis 3 1.12.2005 ) und Neuanla gen ( ab 01.01.200 6) u nterschi eden. Beide n Bewertungs - s y stemen g emei nsam sind die l ineare A bschreib ungsmeth ode, der Abschrei bungszeitrau m übe r die betriebsgewöhnli che Nu tzu ngsdaue r. Die kalk ulatorisc he E ige nkapi talverzinsung berechn et sich au f der Grundlage des betriebsn otwendige n Eigenkapital s gemä ß § 7 Abs. 1 Strom NEV b zw. GasNEV . Dies ist e ntsprechen d dem Verhäl tnis de r kalkul atorischen Restwerte der Neu - und Altanlagen aufzutei len und zu verzins en. Der auf die Altanla- gen e ntfallende Antei l wird ab dem 01.01.201 3 mit 7,14 %, de r au f die Neuanlag en ent fallender Anteil mit 9,05 % jeweils vor S teu ern verzinst. In Umsetzung der vorgeschriebenen Begrenzung der Eigenka - pitalquote auf 40 % (la ut BNetzA) wird diese innerhal b de r Kalkulation be rücksic htigt, d. h. abweichend von einer hö heren Ist -Eigenk apitalquote wird die Eigenkapi tal -Qu ote auf 4 0% be grenzt. Übe rsteigt di e tatsächlic he Eigenkapitalqu ote 40 %, s o wird das üb erst eigende Kapital mi t einem Fremdk apitalzinssat z von 3,8 % verzinst. Entsp rechend des Berechnungsschemas der BNetzA ergibt si ch die kalk ulatorische Eigenkapital verzinsung anh and nachfolg ender Vorsch rift: Betriebsnot wendiges Ve rmögen I (kalk. Restwerte des Sachanlag evermögens zu hi storischen Anschaffungskoste n/Herste llk osten) - Verz insl iches Fremdkapital = Betriebsnotwendiges Eigen kapital I kalk ulatorische Eigenk apital quote (40%) + kalk. Restwerte d er Neuanl agen zu A K/HK = Betriebsnotwendiges Vermögen II - Verz insl iches Fremdkapital = Betriebsnotwendiges Eigen kapital II * Verzinsungsbasi s EK- Zinssatz Altanlag en (7,14 %) bzw. * Verzinsungsbasi s EK- Zinssatz Neu anlagen (9,05 %) = Eigenkapitalv erzinsung Die Gewerbesteuer w i rd k al kulatorisch entsprechend d er B erechnungs methode der Bundesnetza gentur ermittelt. Grundlage der Steue rermittlung bil det die kal kulatorische Eig enkapitalve rzinsung. Der Gewerbesteue rsatz ermi ttelt sic h wie folgt: GewStSatz = Hebesatz / (Hebesat z+2000 ) Dabei wird de r ortsübliche Hebesat z angesetzt . Die Ar t der vorgenomm enen Steu erberechnung berück- sichti gt, dass die Ge werbesteuer von si ch selbs t abziehbar ist. Sonstige Kosten i nsbesondere Kosten für V ersicherungen , W artung und Instan dsetzung, IT - Anpas - sungskosten so wie s onstige Perso na ldiens tleistung en sind bei de r Ermi ttlung der Kapital kosten zu be- rücksichti gen. Den ermittelten Kosten wird der Nutzen geg enüberge stel lt. 5.3.2 Kosten- und Nutzendefinition Eine Auflis tung relevanter Kosten und Nutzen e rfolgt in Tabelle 5- 16 . Dabei werden nu r K ategorien berücksi chtigt, welche durc h die An wendung des g esteuerten Ladens e ntsteh en. Kategorien di e eben- falls bei ungeste uertem L aden Aus wirkung hab en, we rden au ßer Acht gelassen Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 87 von 142 Tabelle 5- 16 : Kos ten- und Nu t z enkategorien Kosten/Nutzena rt Definition Kostenträger Capex (Invest itionskosten) Investitionsk osten s eparate r Zäh- ler mit Viertels tundenmes sung Eigener Zähl er zur E rfassung de r La - deenergie ( Unterzähler) EV - Nutzer Investitio nskosten separater Hausanschluss Eigener Hausanschlus skasten und Niederspannun gskabel sowie Instal - lationskos ten EV - Nutzer Investition I T -Infrastruktur ( SRL - System) Material, Entwicklungsauf wand für Software zur P oolsteue rung und An- gebotserstellun g Aggregator Investitionsk osten Internetv erbin- dung am Lades tandort Kommunikationsm odul ( GSM -Modul, Verlegung Ethernetk abel, …) EV - Nutzer Investitionsk osten App/Sma rt- phone? Anschaffungskoste n EV - Nutzer Opex (Betriebsk osten) Separate Abrechnun g de r Lade- energie (SRL-Bei trag) und Bereit- stellungsv ergütung Umwälzung der Perso nal kosten für Abrechnung auf Endkunde n EV - Nutzer Betrieb und W artung I T - Infra- struktur Materialkosten Aggregator Zusätzliches Perso nal fü r Betrieb und Abrechnun g Personal, welches a ufgrund des Zu- satzaufwandes für Bet rieb IT -Infra- struktur und Ab rechnung Aggregator Kommunikationsk osten Zähler Anbindung Zähle r zu Mess stell enbe- treiber / Netzbetreiber (GS M- Übertra- gung, Internetkosten (Datenübertra- gung)) EV - Nutzer Kosten für Ausgl eichsene rgie Zahlungen für Abweichun gen v om Fahrplan Aggregator / Lieferant Kommunikationsk osten Lade- säule / App Anbindung Ladesäule zu Server / App (GSM-Übert ragung, Internetkos ten (Datenübertragun g)) EV - Nutzer Kosten für A nbindun g an E ner - gie-/ Regell eistungsmarkt Ko mmunik ation zu ÜNB, Personal - aufwand für Datenaufberei tung Aggregator Nutzen Erlöse am En ergie- / Regellei s- tungsmarkt SRL-Vermarktu ng Aggregator Geringe Ene rgie -beschaffungs- kosten Einsparung an E nergiemen ge, wel- che übe Ene rgiemarkt besc hafft wer- den muss, weil bereits üb er SRL - Markt gedeckt Aggregator Einsparung Ladek osten Vergütungsza hlung durch Aggrega- tor EV - Nutzer Vermeidung Zuba u Erzeug ungs- kapazitäten VNB Seite 88 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Kosten/Nutzena rt Definition Kostenträger Vermeidung Netzausbau ( Ein- sparung Net znutzungsentg elte (NNE)) Reduzierte Net zentgelte fü r EV -Nut- zer (Vergütungs zahlung ) EV -Nutz er Längere Batterieleb ensdau er EV -Nutz er Verringerung NNE durch B ezug aus vorgelag erten Netzen VNB Vermeidung Netzausbau ( Sen- kung Netzkosten ) VNB Senkung Vergütun gszahlung Einspeisemanag ement VNB 5.3.3 Aufbau Berechnungsmodell Die Dateneingabe e rfolgt im Excelmo dell KoNuA im Tab el lenblatt „Eingabe KoNuA“. Über den Aus wahl- liste „Marktrolle“ kann gewä hlt, aus w elche r Sicht die Berechnu ng durchgeführt wird. Es kann zwischen dem Agg regator, d em E V User un d den Ve rteil ernet zbetreibe r (VNB) ge wählt. Durch die W ahl einer Marktrolle werden in de r d arunter li egenden Tabell e die entsprechende n Felder freigeschaltet, in di e der Nutzer seine W erte (Nutzungsd auer, Höh e der Kosten bz w. Nutze n) eintrag en kann. B ei der Ein- gabe der Höhe ist zu untersc heiden, ob es sich um W erte für den einzelnen Nutzer oder des gesamten Fahrzeugpools handelt. W eiterhin sind die W erte für Anzahl E Vs (Electric V ehicles ) und die Laufzeit Szenario. Let zteres ist wichti g, um die d ynamischen Ausgabe werte kor rekt berec hnen zu können. Als Ergebnis erhäl t man di e Kosten und den Nutzen al s jährlic hen W ert für d as erste Jah r. W eiter hin werden im oberen Tei l die dynamisc hen Kenn werte o Kapital wert, o Annuität, o Amortisations zeit und o Return on Investment (ROI) angezeigt. Eine grafi sche Darstellung der K osten / Nut zen u nd des Ka pital wertes übe r di e J ahre der Szena riobe- rechnung sind im Tab ellenblatt „Diag ramm“ dargest ell t. Die jahres werte für Koste n und Nutzen kön nen den Tabellenblätt ern „Kost enverlauf “ bzw. „Nutzenve r l auf“ entnomm en werden. Um eine n V ergleic h der Ergebniss e z wischen ve rschiedenen Alte rnativen und Markt rollen d urchführen zu könne n, is t di e Funktion „Ergebnis speic hern“ an zuwenden. Du rch Betätigen des Butt ons „Ergebnis speichern“ w ird die Aus wertung des Tabellenblattes „Eingabe KoNuA“ im Ergebnistabell enblatt der aus- gewählten Ma rktrolle abgespei chert (z.B. „Er gebnis Ag gregator“ ). 5.4 A K 3.4 .4 – A uswe rtung der Wirtschaftlichkeitsberechnung 5.4.1 Geschäftsmodell SRL -Vermarktung Die Aus wertung der W irtschaftlichkeit bezieht si ch auf das Geschäftsm odell der Vermarktung von Ka- pazitäten, welche über ge steuertes Lad en von Elekt rofahrzeugen aggregie rt werden, a m Regel leis - tungsmarkt (Seku ndärregell eistung). Dabei werden zwei unt erschiedlic he Poolgrößen bet rachtet, u m die Größenef fekte z u bewerten. Ein Pool mit 10 MW un d ein zweiter Pool mit 100 M W . Ü ber das Poten - zialmodell für EVs (sieh e Absc hnitt 3.2.2 ) w urde eine t heoretische P oolgrö ße ermi ttelt, bei w elcher über den Nebenzei traum eine Abnahmeleis tung von 10 MW bzw. 100 MW bereitgestel lt werden k ann. Die Leistung bedin gt eine theo retisc he Lad eenergie fü r den Pool von 11.0 00 EVs für 10 MW und 110 .000 Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 89 von 142 EVs für 100 MW . Um eine reale Poolgröße zu ermitteln , w ur de die reale La deene rg i e der Feldtestfa hr- zeuge (10 EVs) ve rwendet. Theo retisch werden 340 kW h an Ladee nergie benötigt (pro EV ), um übe r einen 4-W ochenzeitraum d ie konstanten 10 MW Ladeleis tung täglich i n der Nebenzeit berei tstellen zu können. W ährend d er Feldtestphase n wurden je doch geringere La deene rgien ve rzeichnet, d. h. es ist eine g rößere Anzahl von Fahrzeuge n nötig um die L adeleis tung be reitzustellen. In der zweiten Feldtest- phase bet rug die Lade energie anstatt de r theo retisc hen 340 kW h nur 160 kW h (siehe Tabelle 5 - 17 ). Um die Ladeene rgie von 340 kW h zu erzielen werden 2,1mal meh r Fahrzeuge benötigt als theoreti sch ermittelt, d.h. 23. 000 EVs anstatt von 1 1.000 E Vs. Für den 100 MW Pool werden dann 230.000 MW s benötigt. Tabelle 5- 17 : Verg leich theoreti scher Ansat z und Feldtestph asen 4 Wochen Zeit- raum [pro Kunde] Phase 1 Phase 2 theoretisch real theoretisch real Gutschriften 25 € 5,90 € 25 € 11,90 € Ladeenergie 340 kW h 160 kW h 340 kW h 198 kW h 5.4.1.1 A usw ertung der Wirtscha ftlichkeit Die Auswertung werden vi er Geschäftsmod ellv arianten untersucht: o Lieferant als Agg regator (Li eferant v erma rktet EV -Kapazität am S RL -Markt und vergütet die E V- Nutzer) o Poolbetreibe r al s Aggrega t or (Pool betreiber ver marktet E V -Kapazität am SRL -Markt u nd v ergütet die EV-Nut zer) o Verteilernetzb etreiber als Aggregato r (Pool betreiber v ermarktet EV -Kapazität a m SRL -Markt und vergütet die EV-Nut zer üb er Punkte modell , reduzie rte Netzentgelte ode r Einsp aru ng an Ei nspei- semanage ment) o Lieferant als Aggregator un d Net zrestriktionen durch V NB ((Li eferant vermarktet E V - Kapazität am SRL-Markt und VNB vergüt et die EV -Nutze r über reduzierte Netzentgel te od er Einsparun g an Ein- speisemanagem ent) Es wird untersuch t, welche Ve rmarktungsopti o n die ökonomisch s innvoll ste darstellt. o Vermarktung am SRL -Ma rkt und Vergütung über den Aggregat or o Vermarktung am MRL -Mark t und Vergütung ü ber den Aggregator o Nutzung zur Senkung der Eins peisemanag ementmaßnahm en und Vergütu ng über den V NB (re- duzierte Netzen tgelte) Die Einspeisemanageme ntma ßnahmen definieren die Vorgänge, bei w elche n der Netzbetreiber erneu- erbare E rzeuger (vor allem W indkraftanlagen) abschal ten läss t, um eine Überlast ung im Netz zu ver - hindern. Die Anzahl de r Maßnahmen u nd die reduziert e Leist ung sind in einen Jahr fix. Für die entgan- gene Ve rgütung z ahlt de r Netzbet reiber dem Anlagenbet reiber eine Entschädi gung fü r die A usfall zeit. Diese Entschädigu ngszahl ungen sind Kosten dir für den Netzbetreibe r innerhalb eines Jahres in seinem Netzgebiet ei ne fes te Summe erreic hen. EVs k önnen diese Ene rgie auf nehmen und somi t müssen kein e Einspeisemanag ementm aßnahmen durch geführt werd en. Unter de r A nnahme, d ass all e EVs in eine m Pool gleic hverteil t an d er E nergieaufna hme teilnehme n, vertei lt de r Netzbetreibe r s eine ein gesparten Kosten als Vergütung auf di e EV- Nutzer. Je größer der Pool ist, umso mehr EV -Nutze r müssen sic h die Vergütung durch den Netzbetreiber (feste Summe) teilen. D ahe r sink t mit zunehm ender Poolgröße das Erlöspotenzial fü r EV - Nutzer. Eine A uflistung sä mtlicher Kost en u nd Nutzen ist i n Tabelle 5 - 18 und Tabelle 5 - 19 darges tellt. Seite 96 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Tabelle 5- 24 : Übers icht Kosten- u nd Nutz enpositionen GM Fle xibilität Geschäftsmodel lkosten /- n utzen Nutzdaue r K Nutzer K gesamt Akteur Capex IT -Infrastr uktur Agg regator 8 2.000.000 € Aggregator Stromzähler 13 250 € EV - Nutzer Internetverbindu ng am Lad eort 8 40 € EV - Nutzer Ladesäule 4 1.500 € Aggregator Opex Abrechnung La deenergie 15 € EV - Nutzer Personal Betrieb und Abrechnung 200.000 € Aggregat or Personal "Shop - in -Shop" 1.824.000 € Aggregator Kommunikation Zähle r (GPRS) 40 € EV - Nutzer Kommunikation Ladesäule / App 60 € EV - Nutzer Strombeschaff ung 430 € Aggregator Anbindung (Reg el) -Energiema rkt 50.000 € Aggregator Betriebskosten IT -Inf rastruktur/ Ladesäule 75.100.000 € Aggregator Bereitstellungsk osten OEM Backend Aggregator Marketingkosten (Forum, " Grüne Flotte",…) 1.000.000 € Aggregator Schulungsk osten 76.000 € Aggregator Nutzen Grundgebühr (Ladestation, Kom- plettpaket) 550 € Aggregator Flatrate "Gesteue rtes Lade n" 500 € Aggregator Markterlöse Fle xibili tät Aggregator Stromverkauf an Flottenbet reiber 460 € Aggregator Die Kosten werte bas ieren einerseits auf (76) u nd an dererseits auf den Erfahrungs werten von EW E, CLENS und BMW . Die Per sonalkosten „ Shop - in - Shop “ ergeben sic h da durch, das s für j ede Stadt grö - ßer als 100.000 E in wohner ein Ansp rechpartner zur Verfügung steht. Pro Jahr Ans p rechpartne r werden jährlich 24 . 000€ a ngesetzt. Für jeden Ans prechpart ner fall en jäh rlich 1.000€ Schulungskosten an, da mit der Komple xität des „ Gesteuerten Laden“ Rechnung get ragen. Die Bestimmung der Kosten f ür die Strombeschaff ung orientiert s ich an den DayAhead -Preisen der EPEX Spot. Für die Strombesc haffung wird der Lad everlauf des P ools fü r ungesteuert es Lad en angeno mmen und diese r Lastve rlauf entspre- chend beschafft. Zusätzlich si nd die Abgaben un d S teuern beim Stromp reis al s Kosten anzusetz en. Diese betr agen gemäß dem M onitoringbe r ic hts der BNetzA, 73,4 % des Strompr eises (bez ogen 500€ Flatrate s ind dies 367€. Die Grundg ebühr ermittelt au s den A bschreibung en f ür die Lad estation und einer Servi cepauschale für das Komplettpaket. Die Hö he de r Flatrate o rientiert si ch am d urchschni ttli- ch en Fah rverhalten (32km pro Tag ), dem durchsc hnittl ichen Energieve rbrauch (16kW h/100km) so wie Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 97 von 142 einem Stromp reis v on 25 Cent p ro kW h. Die EV -Nutze r e rhalten i n diesem Ges chäftsmodell k eine Ve r- gütung, da die A nnahme getroffe n is t, dass d as „Gesteuerte Laden“ ge setzli ch vorges chrieben is t und jeder EV-Nut zer sein Fahrz eug auf di ese W eise l aden lässt. 5.4.2.2 Ergebnisse Für die Aus wertung d er W irtschaftlichkei t des G eschä ftsmodells „ Flexibili tät“ dienen die Kosten - und Nutzengröße gemäß Abschnitt 5.4.2.1 Fehler ! Verw eisquelle konnt e nicht g efun den w erden. als Grundlage. W ei terhin werden für die Berec hnung fol gende An nahmen g etroffen.  Es wird dem E V -Nutzer keine K undenverg ütung geza hlt. Motivati on f ür die Teilnahme am „Ge- steuerten Laden “ ist das P remiumladen mit gesic herten La deinformation en, die L adestrom -Flat- rate und das Ko mplettpaket (Ladestation u nd Vertra gsmanagement ).  Für das genan nte W ertangebot zahlen die Nutze r eine Flat rate für den La destro m und eine Grundgebühr fü r die Install ation / Betrieb der Ladesä ule sowie das ko mplette V ertrags manage- ment.  Die Aggregato ren können zusätzlic he Erlöse du rch die Ve rmarktung de r Flexibilität de r Elektro- fahrzeuge am E nergiema rkt bzw. Regell eistungsma rkt erzi elen. Eine glei chzeiti ge Vermarktung an beiden Mä rkten ist nicht möglich.  Die Auswertung erfolgt für zwei Bet rachtungs zeiträum e. Den Nebenta rifzeitraum mit Fokus auf die Heimladung vo n Privatn utzern und d en Hauptta rifzeitraum mit Fokus auf die Ladung b ei F lot - tenbetreibe rn (Geschäftsk unden).  Es werden u nterschiedli che Poolgrößen berücksi chtigt (von 10.000 EVs bis 1 Mio. EVs ), um die kritisc he Größe eines EV -P ools zu bestimme n.  Um die Koste naufteilung bess er abschät zen zu könne n, werden die Kommunik ationskost en de r Ladesäulen anh and zweier Optionen aufgeteil t. Zum ei nen di e der EV -Nutze r Träger di eser Kos- ten, zum ande ren der Aggregat or. Privatnutzer N T Die Aus wertung für die Priv atnutzer bezie ht si ch auf d en Nebentarif zeitraum. Dabei w erden die Erlös e am Energie - und Sekundärregel leistungs( SRL) -markt aufgrund Daten von 2014 berechn et (siehe Ta - belle 5- 25 und T abelle 5 - 26 ). Tabelle 5- 25 : Nu t z en Aggreg ator (NT) bei Vermar ktung am Spotmar kt Poolgröße Ladekosten ungesteuert [€] Ladekosten gesteuert [€] Nutzen (Einsparung) [€] 1 Mio. EVs 65.669.078 39.089.833 26.579.245 500.000 EVs 32.834.539 19.544.917 13.289.622 250.000 EVs 16.417.269 9.772.458 6.644.811 100.000 EVs 6.566.908 3.908.983 2.657.925 50.000 EVs 3.283.454 1.954.492 1.328.962 25.000 EVs 1.641.727 977.246 664.481 10.000 EVs 656.691 390.898 265.793 Seite 98 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Tabelle 5- 26 : Nu t z en Aggreg ator (NT) bei SRL-Ver marktung Poolgröße Angebotene Leis tung [MW] Nutzen P ool [ €] Nutzen pro EV[€ ] 1 Mio. EVs 526 10. 378.302 10 ,38 500.000 EVs 263 6. 054.37 2 12 ,12 250.000 EVs 132 3. 314.60 5 13 ,22 100.000 EVs 53 1. 406.92 4 13 ,97 50.000 EVs 26 704.05 3 14 ,25 25.000 EVs 13 373.54 3 15 ,12 10.000 EVs 5 147.40 8 15 ,52 Aus d en T abellen ist ersichtli ch, dass der Nut zer pro E V unab hängig von der P oolgrö ße ca. 26,50€ beträgt. Diese Grö ße e rgibt aufg rund de r Einsparung v on La dekoste n, welche dur ch eine Optimierung des Ladeve rlaufs am Int raDa y-Markt erzielt w i rd. Am S RL -Markt nimm t der Nutzen mi t steigender Poolgröße ab . Dies b egrün det sic h dadurc h, dass größere Pools mehr Leis tung bereits tellen könn en. Diese L eistung wird a ber nic ht durchgängig kompl ett abgerufen, sondern grö ßtenteil s nur in Teil men- gen. Entsprechend de r Nutzen und de r ve rwendeten Kost en e rgeben si ch die Erlöse bei Verma rktung am Energie- b zw. SRL -Markt. Für di e An rechnung de r M arketingkos ten s owie d er Personal - un d Schu- lungskosten (Shop- in -Shop Kon zept) wird eine Staffelu ng vorgenomme n. Für Pool größen vo n 250.000 bis 1 Mio. E Vs werden die Kosten fü r ein deutsch lan dweites P ooling a nges etzt, weil di ese Poolg rößen nur unter Berücksi chtigung al ler Fah rzeuge zu er zielen sind. Für P oolgrößen v on 5 0.000 bis 100.000 EVs w ird die Hälfte der Kosten und b ei Gr öß en bis 25.0 00 EVs in V ie rtel der K ost en angeset zt. D ie sic h da raus erg ebenden Erlöse s ind in T abelle 5- 27 und Tabell e 5 - 28 da rgestellt (unt erschiede n nach Zu- ordnung der K ommunikati onsk osten). Tabelle 5- 27 : Kos ten-Nutz en Analyse (NT) Aggre gator (Kom mun ikationskosten be i EV -Nutz er) Poolgröße [EVs] Kosten pro EV und Jahr [€] Nutzen (Energie- markt) [€] Erlös (Energie- markt) [€] Kosten pro EV und Jah r [€] Nutzen (SRL-Markt ) [€] Erlös (SRL-Markt ) [€] 1 Mio. 960 1.077 11 7 948 1.060 112 500.000 964 1.077 113 952 1.062 110 250.000 971 1.077 106 959 1.063 104 100.000 978 1.077 99 965 1.064 99 50.000 1.000 1.077 77 987 1.064 77 25.000 1.014 1.077 63 1.001 1.065 64 10.000 1.100 1.077 - 23 1.087 1.066 - 21 Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 99 von 142 Tabelle 5- 28 : Kos ten-Nutz en Analyse (NT) Aggre gator (Kom mun ikationskosten bei Aggrega tor) Poolgröße [EVs] Kosten pro EV und Jahr [€] Nutzen (Energie- markt) [€] Erlös (Energie- markt) [€] Kosten pro EV und Jah r [€] Nutzen (SRL-Markt ) [€] Erlös (SRL-Markt ) [€] 1 Mio. 1.029 1.077 48 1.017 1.060 43 500.000 1.033 1.077 44 1.021 1.062 41 250.000 1.040 1.077 37 1.028 1.063 35 100.000 1.049 1.077 28 1.036 1.064 28 50.000 1.069 1.077 8 1.056 1.064 8 25.000 1.083 1.077 -6 1.070 1.065 -5 10.000 1.170 1.077 - 93 1.157 1.066 - 91 Aus den Ergebniss en ist z u erkennen, dass mit s teigender E V -Zahl pro Po ol die Erlöse steigen, w eil die Kosten s inken (Fixkostend egressi on). Auch sind die Erlöse b ei Vermarktu ng am Spotma rkt höher, da hier die Nutzen höher s ind als bei SRL -Vermarktun g (siehe Tabelle 5- 25 un d Tabe ll e 5- 26 ). W erden die Kommunikationsk osten durc h den EV - Nutzer getragen li egt der Maxim alerlös pro EV bei 1 17€. Be i Poolgrößen v on 10.00 0 EV s werden sowohl bei beiden Ve rmarktungsopti onen V erluste e rzielt. T rägt der Aggreg ator die Kommunikati onskosten w erden Verluste bereits bei Poolg rößen kl einer glei ch 50.000 EVs (SRL) bzw. kleiner als 50.000 E Vs (S potm arkt) erzielt. Auch der Maxi malerlös sink t auf 48€ pro EV. W ird die Nutzersic ht bet rachtet fall en nur Koste n an (Grundgebühr, Flatrate, Kommuni kationskos ten, Stromzäh ler,…) . Dem g egenüber ste hen die imm ateri ellen W erte des W ertangebots. Für die Be rech- nung wurde die Flatrate a ußer Ach t gelassen, da das Laden der Fahrzeuge eine grundsät zliche Kos - tenpositi on fü r Elektrofahrz euge is t. Die Flatrate basiert auf einer du rchsc hni ttlichen Fahrleistung vo n 32km am Tag. Ein e höhe re Fahrleis tung wirkt sich vort eil haft auf die Erlöss ituation des Nutzers aus . Tabelle 5- 29 : Kos ten-Nutz en Analyse (NT) E V -Nutz e r Kommunikationsk osten b ei EV - Nutzer [€] Kommunikationsk osten bei Aggregator [€] Poolgröße [EVs] Nutzen [€] Kosten pro EV und Jah r Erlös Kosten pro EV und Jah r Erlös Alle immateriell 689 -689 624 -624 Zusätzlich zur Flatrate fallen fü r den EV -Nutz er jäh rlich Kosten zw isch en 6 20 und 6 90€ an. Anders gesagt fäh rt de r EV - Nutzer für e t was üb er 1100€ i m Jahr so rgenfrei Elekt romobil ohne sic h Gedanken über eine Enda brechnung zu machen. Geschäftskun den (Flottenbe treib er) HT Die Auswertung für G eschä ftskunden bezieht sich auf den komplem entären Zeitrau m zu den P rivatkun - den (8:00 bis 20:00 Uh r - Haupt tarifzeitraum ). Dabei werden die Erlöse am E ner gie - und S ekundärre- gelleis tungs(SRL) -markt aufgrund Daten von 2014 be rechnet (si ehe Tabelle 5- 30 und Tabelle 5- 31 ). Seite 100 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Tabelle 5- 30 : Nu t z en Aggreg ator (HT) bei Verm arktung am Spotmar kt Poolgröße Ladekosten ungesteuert [€] Ladekosten gesteuert [€] Nutzen (Einsparung) [€] 1 Mio. EVs 62.531.252 55.988.786 6.542.465 500.000 EVs 31.265.626 27.994.393 3.271.232 250.000 EVs 15.632.813 13.997.196 1.635.616 100.000 EVs 6.253.125 5.598.878 654.246 50.000 EVs 3. 126.563 2.799.439 327.123 25.000 EVs 1.563.281 1.399.719 163.561 10.000 EVs 625.313 559.887 65.424 Tabelle 5- 31 : Nu t z en Aggreg ator (HT) bei SRL-Ver marktung Poolgröße Angebotene Leis tung [MW] Nutzen Pool [ €] Nutzen pro EV[€ ] 1 Mio. EVs 526 5. 146.58 4 5,15 500.000 EVs 263 2. 898.49 1 5,80 250.000 EVs 132 1. 565.59 0 6,24 100.000 EVs 53 652.57 9 6,48 50.000 EVs 26 325.00 8 6,58 25.000 EVs 13 171.60 0 6,95 10.000 EVs 5 67.41 8 7,10 Aus den Ta bellen ist ersichtl ich, dass d er Nutzer pro EV unabhängig von der Pool größe ca. 6,50€ be- trägt. Diese Grö ße ergibt aufgrund der Einsparung von Ladekosten, welche du rch eine Opti mierung des Ladeverlaufs am IntraDa y- Markt e rzielt wird. Diese fäl lt wesentlich gerin ger a us al s zu NT -Zeiten. Am SRL-Markt nimmt der Nutzen mit steigende r Poolgröße ab. D ies begründe t sich dadurch, dass größer e Pools mehr L eistung berei tstell en k önnen. Diese L eistung wird ab er nic ht durchg ängig komplett abge - rufen, sondern größtent eils nur in Teilmengen . Auch hie r ist ein geringerer Nutzen erzielbar al s zu NT - Zeiten. Entsprechend de r Nutzen und de r ve rwendeten Kost en e rgeben si ch die Erlöse bei V ermarktung a m Energie- b zw. SRL -Markt. Für di e An rechnung de r M arketingkos ten s owie d er Personal - un d Schu- lungskosten (S hop - in -Shop Konzept ) w i rd eine Sta ffelung vo rgenomme n. Für Pool größen von 25 0.000 bis 1 Mio. E Vs werden die Kosten fü r ein deutschlan dweites P ooling anges etzt, weil di ese Pool größen nur unter Berücksi chtigung al ler Fah rzeuge zu er zielen sind. Für P oolgröße n vo n 5 0.000 bis 100.000 EVs w ird die Hälfte der Kosten und b ei Gr öß en bis 25.0 00 EVs in V ie rtel der K ost en angeset zt. D ie sic h daraus ergebende n Erlöse si nd in Tabell e 5- 32 und T abell e 5- 33 darges tellt (un terschiede n nach Zu- ordnung der K ommunikati onsk osten). Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 101 von 142 Tabelle 5- 32 : Kos ten-Nutz en Analyse (HT) Aggre gator (Kom m.koste n bei Flottenbe treiber) Poolgröße [EVs] Kosten pro EV und Jah r [€] Nutzen (Energie- markt) [€] Erlös (Energie- markt) [€] Kosten pro EV und Jah r [€] Nutzen (SRL-Markt ) [€] Erlös (SRL-Markt ) [€] 1 Mio. 927 1.018 91 935 1.016 81 500.000 931 1.018 87 936 1.017 81 250.000 938 1.018 80 943 1.017 74 100.000 945 1.018 73 950 1.018 68 50.000 96 7 1.018 51 972 1.018 46 25.000 981 1.018 37 985 1.018 33 10.000 1.067 1.018 - 49 1.071 1.018 - 53 Tabelle 5- 33 : Kos ten-Nutz en Analyse (HT) Aggre gator (Kom mun ikationskosten bei Aggrega tor) Poolgröße [EVs] Kosten pro EV und Jah r [€] Nutzen (Energie- markt) [€] Erlös (Energie- markt) [€] Kosten pro EV und Jah r [€] Nutzen (SRL-Markt ) [€] Erlös (SRL-Markt ) [€] 1 Mio. 996 1.018 22 1.002 1.016 14 500.000 1.000 1.018 18 1.005 1.017 12 250.000 1.007 1.018 11 1. 012 1.017 5 100.000 1.014 1.018 4 1.019 1.018 -1 50.000 1.036 1.018 - 18 1.041 1.018 - 23 25.000 1.050 1.018 - 32 1.054 1.018 - 36 10.000 1.137 1.018 -119 1.141 1.018 -123 Aus den Ergebniss en ist z u erkennen, dass mit s teigender E V -Zahl pro Po ol die Erlös e steigen, w eil die Kosten si nken (Fixkosten degres sion). Di e Erlöse bei Vermarktung am Sp otmark t sind fü r Poolgrößen größer als 500. 000 EVs hö her, da hier die Nutzen höher s ind al s bei SRL -Ve rmarktung. Für Poolgrößen kleiner 50 0.000 E Vs ve rhält es si ch um gek ehrt, weil hier der Nutzen der SRL -V ermarktun g den der Vermarktung am Spotmarkt übersteigt (auch wenn nu r geringfü gig). W erden di e Kommunik ationskosten durch d en Flottenbet reiber getragen, liegt der Maximal erlös p ro EV bei 91€. Bei Poolgrö ßen v on 10.000 EVs werde n so wohl b ei bei den Vermarktun gsoptionen Verluste e rzielt. Tr ägt de r Aggre gator di e Kom- munikationskos ten w erden Verluste berei ts bei Poolgrößen kleiner al s 100.0 00 E Vs erzielt, unabhängig von der Vermarkt ungsoptio n. Der Ma ximalerlös sinkt a uf 22€ pro E V. W ird di e Nutzersi cht betrachtet f all en nu r Kos ten an (Grundgebühr, Ladekosten, Kommu nikationsk osten, Stromzähler,…). Dem geg enüber ste hen die imm ateriel len W erte des W ertangebots. Für die Be rech- nung wurde die Flatrate a ußer Ach t gelassen, da das L aden der Fahrzeuge ei ne grundsät zliche Kos - tenpositi on für Elektrofah rzeuge is t. Der Ladest rom w i rd über einen A rbeitspreist arif abgerech net und somit ergeben s ich die Ladekosten auf grund de r gef ahrene n Kilometer. Eine höhere Fahrlei stung pro EV -Nutz er hat s omit keine Aus wirkung auf die Erlöss ituation des Flottenbet reibers. Seite 102 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Tabelle 5- 34 : Kosten -Nutz en Analyse (NT) Flo ttenbetreiber Kommunikationsk osten bei Flottenbetreibe r [€] Kommunikationsk osten bei Aggregator [€] Poolgröße [EVs] Nutzen [€] Kosten pro EV und Jah r Erlös Kosten pro EV und Jah r Erlös Alle immateriell 689 -689 624 -624 Pro EV-Nutzer fallen jährlich die glei c hen Kosten an w i e bei den Privatnut zern, d.h. zw is chen 620€ und 690€. 5.4.2.3 Zusammenfassun g Wirts chaftlichkeit Dieser Abschnitt soll daz u dienen zu identifizie ren, welche Verma rktungsoption , welche Z ielgrupp e und welche K ostenzuordnu ng f ür ein wirtscha ftliches Ges chäftsmod ell zu wählen si nd. Dazu werden die Ergebniss e aus den Bet rachtungen vo n Nebe ntarif - und Haupttarifz eiten vergli chen un d be wertet. Abbildun g 28 zeigt die Ge genüberstell ung der Vermarktungsoptio nen Spotmar kt und S RL -Markt. E s zeigt sich, das s die Ve rmarktung am Spotmarkt (Beschaffungs kostenopti mierung) vorteilhafter ist wenn die NT-Zeiten bet rachtet wi rd. Zu HT -Zeiten verhäl t es sic h bei Poolgrößen kleiner 500.000 EVs um ge- kehrt. Grundsätzlich i st de r Nutzen zu NT h öher als zu HT -Zeiten, u nabhängi g v on der Ve rmarktungs - option. Dies beg ründet si ch mit dem unt erschiedli chen Preisniv eau zu den v erschi edenen Zeitr äumen. Der Nutzenunterschi ed is t am Spotmarkt mit 20€ deut lic h höher als am SRL - Ma rkt mi t 6€ bis 10€. Abbildun g 28 : Gegenü berstellung der Nutz en zu N T - und HT-Zeiten Bei den Erlösen zeigt si ch, dass si ch aus Sicht des Aggregat ors die Erlöse verringern, wenn e r di e Kommunikationskos ten zu tragen ha t. Die Differenz fä llt mit ca. 7 0€ enor m aus und i st ei ne Größe di e für eine U msetzung des Gesc häftsmodells berücksi chtigt w erden muss. Der Unterschi ed zw ischen NT - und HT -Erlösen weist einen geringeren Betrag auf. Bezogen auf den Sp otmarkt sind Erlöse zu NT - zeiten rund 25€ p ro EV - Nutzer höher. Am SRL- Ma rkt beträgt de r Unterschied ca. 10€. Mit s inkender Poolgröße zei gt sich, dass si ch die Erlöse beider Ve rmarktungso ptionen annä hern. De r Grund d afür liegt im steigen den Nutz en pro E V bei S RL - Vermarktung. Der Nutzen am Spotma rkt ist hingege n, un - abh ängig von der Poolg röße, gleic h. F ür die HT - Zeit unterscheiden sich die Erlös e zwischen Spotmarkt und S RL- Markt u m 1€ bis 1,50€. Zu NT beträgt der Untersc hied zwisc hen 9€ und 15€ zugunste n des Spotmarktopti on (siehe Abbi ldung 29 und Abbildun g 30 ). Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 103 von 142 Abbildung 29 : Gege nüberstellun g Erlöse N T und HT (Kom munikatio nskosten be i Nutz er) Abbildung 30 : Gege nüberstellun g Erlöse NT un d HT (Kom munikation skosten bei Nutz er) Aus den E rgebniss en der W irtschaftlichkeitsberechnung ist das Geschäfts modell „Flexibil ität“ für den Aggregator am erfolgversp rechendsten, wenn Privatku nden fokussiert werden, die zu NT-Zeiten laden. Durch di e Besc haffungs kostenoptimi erung am Spotma rkt erzielt er d en h öchsten Nutzen. Die Ko mmu- nikationsk osten sollten dabei durch den Nut zer ge tragen, weil di ese Kosten in de n Gesamtkoste n des Nutzers nur ei nen g eringen Beitrag leis ten. Für de n A ggregat or hi ngegen is t es bei Poolg rößen k leiner 100.000 EVs di ese Kosten position entschei det, ob d as Geschäftsmodell wirtschaftli ch is t oder nicht. -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 1 Mio. EVs 500.000 EVs 250.000 EVs 100.000 EVs 50.000 EVs 25.000 EVs 10.000 EVs K ommunikatio nsk o s ten bei Nutz er Erlös Spotmarkt N T [ オ ] Erlös Spotmarkt H T [ オ ] Erlös SRL NT [ オ ] Erlös S RL HT [ オ ] -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 1 Mio. EVs 500.000 EVs 250.000 EVs 100.000 EVs 50.000 EVs 25.000 EVs 10.000 EVs K ommunikatio nsk o s ten bei Aggr eg at or Erlös Spotmarkt N T [ オ ] Erlös Spotmarkt H T [ オ ] Erlös SRL NT [ オ ] Erlös S RL HT [ オ ] Seite 104 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 6 A P 3.5 – Geschäftsmod ell / A ggregato rfunktion Reg elleistung Nachdem in den vorang egangenen A bschnitten die th eoretisc he Umse tz ung de r EV -Integra tion i n den Strommarkt be trachtet wurde, s oll in diesem A bschnitt di e praktis che Umset zung beschrieben u nd be - wertet werden. Ausge hend von den n etz - und kom muni kationstechnis chen A nforderunge n w ird ein Ver- marktungskonze pt für EV-Pools erstellt. Aufbauend auf den Kennt nissen der Feldtestphase n sowie der zukünftigen Ausp rägung de s Energie marktes w i rd ein Geschäftsmod ell beschrieb en. 6.1 Geschäftsmodell „Vermarktung v on Flexibil ität“ Im Rah men d es T P3 sol len Auss agen bezüglich der Wirtschaftlic h k eit zur Einführu ng von „Gesteuertem Laden“ bei Elektrofahrze ugen getroffen werden. Bisl ang wurde im Rahmen d es Projektes „Gesteuertes Laden V3. 0“ein Geschäftsmodell der Vermarktung v on EV - Kapazitäten am Regeleistungsma rkt verfol gt, weil sich hi er die größten E rlös e erhofft w urd en. D ie E rgebnis se der W irtschaftli chkeitsbetrachtung zeig- ten jedoch, dass di e Erlöse am Regelleis tungsmarkt nic ht di e Kosten des Geschäftsmodel ls decke n können. Daher soll i m Rahmen dieses A rbeitspak etes ei n Geschäftsm odell defini er t werden, welches neue E rlöspoten ziale e rschl ießen und Kostenpote nzial e senken s oll. Dazu wird sic h de r Meth oden d er CANVAS-Da rstellung und Blue Ocean St rateg y bedient. 6.1.1 Begriffsdefinitionen In diesem Abschnitt werden die Methoden z ur Geschäftsmod ellent w ick lung kurz erläutert. Unte r einem Geschäftsmod ell w ird d abei fol gendes verstande n: „Ein Gesc häftsmodell besc hreibt das Grundprin zip wie ei ne Organis ation W erte erschafft, ve rteilt und bewahrt.“ ( 84) 6.1.1.1 CANV A S Über d en CANVAS -Ans atz wird das Geschäftsmodell in 9 Blöcke aufge teilt, welch e das Geschäftsmo - dell charakterisi eren (84). 1. Wertangebot (Produkt e und Dienstleistungen) 2. Schlüsselakti vitäten 3. Schlüsselressou rcen 4. Schlüsselpartnersc haften 5. Kundensegment (Kunden -/Nutzerg ruppen) 6. Kanäle (Kommuni kations - und Vertriebsk anäle) 7. Kundenbeziehunge n 8. Kostenstruktur 9. Er löse Nachfolgend sol len diese 9 Blöck e kurz beschrieb en werden (si ehe T abell e 6-1 un d Abbil dung 31 ). Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 105 von 142 Tabelle 6-1: Cha rakteri stik Gesch äftsmode ll CANVAS Bereich Baustein Beschreibung Produkt 1. Wertangebot Beschreibt die Produkte und Dienstleistungen, die ei- nen Wert für spez ifische Kun densegme nte schaffen. Infrastruktur 2. Schlüsselaktivitäten Beschreiben die w ichtigsten Tätigk eiten, die e in Un- ternehmen für ein funktionierendes Geschäftsm odell durchzuführen hat. 3. Schlüsselressour cen Beschreiben die wichtigsten Mittel, die für ei n funktio- nierendes Geschä ftsmod ell nötig sind. 4. Schlüsselpart nerschaften Beschreiben das Netzwerk von Partnern u nd Zu liefe- rern, die für ein f unktioni erendes Ges chäftsmode ll notwendig sin d. Kunden/- Schnittstellen 5. Kundensegment Beschreibt die verschie dene n Personengrupp en und Organisationen, w elche ein U nternehmen erreic hen und bedienen w ill. 6. Kanäle Beschreiben wie Unternehmen mit ihren Kunden kom- munizieren und sie erreichen, um das W ertangeb ot zu übergeben. 7. Kundenbezi ehungen Beschreiben die A rten v on B eziehungen , we lch e e in Unternehmen mit spezifischen Kundensegmenten aufbaut. Finanzen 8. Kostenstruktur Beschreibt a lle Kosten, die ein U nternehmen zahl en muss, um ein Geschäftsmod ell zu betr eiben. 9. Erlöse Beschreiben di e E rlöse, w elc he e in Unterne hmen aus jedem Kun densegment erzi elt. Abbildung 31 : Ges chäftsm odell CANVAS (84) 6.1.1.2 Blue Ocean Strateg y Die Blue Ocean Strate gy ist ein W erkzeug, um neue Märkte zu kreieren, die n eue Nachfrag e erzeuge n und höchst es profitables W ac hstum i n Aussicht s tellen. Dabei ist das Ziel sich v on den gesättigte n Märkten (ro te Oze ane) zu entfernen. Anstatt sic h im W ettbewerb im vorhanden en Ma rkt zu v erlieren, indem man ve rsucht di e Konkurr enz z u schl agen un d sei nen Ant eil an d er e xis tierenden Nachfrage mühsam zu erhöhe n, w i rd sic h von diesen Märkten abgekehrt (85). Dabei w i rd si ch auf folgende Aspek te konzentriert. Seite 112 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Tabelle 6-2 : 4 - Ak tionen-Form at Schlüsselpar tner Reduzierung Steigerung  Fokussi erung OEM / Autohäuse r im Premi - umsegment  Gesteue rtes Laden ü ber E V (Intell igenz und Zähler im Fahrzeug, Lades tation ist dumm)  Reduktion Kommunik ationskosten  Gesteue rtes Lade n übe r EV (Lad estat ion als Zähler is t du mm)  Reduktion Kommunikati- onskosten  Aus weitung Partner auf inte rnationale Märkte  Kunde wird Partner (Ku nden l iefern Informa- tionen üb er L astgänge )  Ausgangspunkt für selbstlernendes S y st em  Neue Vertriebspart ner für Pre miumsegment  Anbiet er von Flott enmanag ements ystemen Eliminierung Kreierung  Ladest ationsherstell er (Aggregat or baut s el- ber oder im Joi nt Venture)  Eigen e Ressourcen für Elektroinstall ateure nutzen  Pa rtnerschaft mi t Netzbetr eibern eli minieren (eigene Messs ensoren ve rbauen)  Pa rtner für Eigenve rbrauch soptimierung  Architekt en, Hausb auunte rnehmen, W oh- nungsbaugen ossenschafte n  Pa yback Erlöse Eine Zusamme nfassung d er Übe rarbeitung des Bloc ks Erlöse ist in Tabell e 6-3 da rgestell t. Reduzieren Der Stromv erkauf stellt ei ne E rlösquel le da, die durch die Ene rgiemengen der Sofortladev orgänge be- gründet ist. Die En ergieme nge fü r das „Gesteue rte Laden “ wird für den E V -Nutzer üb er ei ne Flatrate abgedeckt. Das Sofortlade n erfolgt übe r ei nen sepa raten Ladetarif. Durch das „Ges teuerte Laden “ soll das Sofortladen reduziert werden, d.h. die Energiemenge , die über einen Lad es tromtarif abgerechnet wird. I n diesem Punkt w ird der Ansatz vertr eten, Kunden mit hohen Sofortladerat en z u vernachläss igen und sic h auf s olche k onzentrieren, die viel und geste uert laden. Eine Untersche idung z wischen den Kunden kann ü ber Ta rife er folgen, z. B. Flatrate f ür „Gesteuertes La den“ und L ade stromtarif f ür Sofo rt- laden. Eliminieren Die Vermarktung a uf d em Regelleis tungsmarkt erz ielt nicht die erhofften Erlöse, daher i st eine Konzent- ration auf den Energiemar kt zu er wägen. Die K osten, welche du rch „Gesteuert es Laden“ entst ehen, können du rch die Erlöse a m Regell eistungsm arkt nicht gedeckt werden. Eine Verma rktung am Spot- markt (DayAh ead und Intra day) ist v orstellbar. Zusätzl ic h k ann auf das La destati ons -Contracting ve r- zichtet werden, wenn die L adestation s elbst gebau t wird. Steigern Im Rahmen des Projekts GL 3.0 li egt ein kla rer Fokus auf n egati ve Sekundärr egelleis tung (SRL).Zu- sätzlic he Erlöse wären durc h eine V ermarktung positi ver SRL zu e rzielen. Durch das L aden und Entla- den fungiert das E V als Speicher und ka nn seine Flexibi lität am Ene rgiemarkt anbi eten. Kreieren Der Netzbetreibe r k ann eb enso von den Fahrzeugen profitieren. In de m er sie nutzt, um sein Einspei - semanagement zu reduzieren oder al s abschaltbare L as t v erwendet, sp art er Kos ten ein. D iese Einspa- rungen werden in F orm von reduzierten Netzentgelten oder anderen Entgelten an den Aggregator (Lie- ferant) weitergegeben. Dies e A nsätze werden m ome ntan in Pilotprojekte n e rprobt, jedoch noch nicht flächendeckend in de r P raxis umgesetzt. Das „Gesteu erte Laden“ wird als Komplettpaket angebot en (Betrieb u nd W artung Lades tation, Vertragsm anagem ent) , welches durch den Kunden zu zahlen i st. W eitere Erlösquellen sind Werbeeinnahmen über das Ladestationsdis play, auf de m gezielt W erbung für Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 113 von 142 den EV Nutzer geschaltet werden kann. D as Sofortladen kann mit Strafzahl ungen belegt w erden, w enn eine Maximalme nge überschritte n wird. W erden die Ladest ationen sel bst gefertigt, kann de ren Verkauf eine Erlösquel le bilden. Kernfaktoren Als bedeutendste Faktoren werden die Konzentration auf wertvoll e Ku nden, die Elimini erung d es La- destations -Contracting, di e Nutzung des EVs als Speicher und der Erlös aus d em „Komplettpaket“ an- gesehen. Tabelle 6-3 : 4 -Aktione n-Forma t Erlöse Reduzierung Steigerung  Klass isc her Stromverkauf (Sofortladen) re- duzieren  Konze ntration auf wertvolle Kunden (selbst- ständig, Vi ellader, ni cht s ofort) übe r Tarife (Flatrate für Sofo rtladen)  Positiv e und negativ e SRL- Vermarktung  EV als Speic her (Laden / Entladen ) Eliminierung Kreierung  Konze ntration auf Energiemarkt (SRL st rei- chen)  Ladest ations-Cont racti ng  Entg elte von Netzbetreibe rn für Reduzierung des Einspeisem anagement  Redu zierte Netzentgelte für abs chaltbare Last  Erlös du rch Alles aus ei ner Hand (Bet rieb, W artung Ladestation, Vertragsmanage- ment,…)  W erbeeinahmen über La destationsdi spla y  Pön ale für Sofort -Laden  Ve rkauf selbst he rgestell te Ladest atione n Kanäle Eine Zusamme nfassung d er Übe rarbeitung des Bloc ks Kanäl e ist in Tabell e 6-4 d argestell t. Reduzieren Die Eingaben an de r App sind in der aktuellen Testv ers ion sehr komplex und f ühren dazu, d ass einmal getätigte Einstellungen nich t mehr geändert werden. Wenn diese E inga be der Restrikti onen überflüssi g ist (z.B. durch selbs tlernend e Ladesteu erung), könnte die Komplexität d er App aus Nutzersicht reduzie rt und di e Nutzung d es „Gest euerten La den s “ erhöht werden. Die k lassi sche Hotline i st auf ein Minimum zu redu zieren und d urch andere Kanäle zu e rsetzen wie bsp w. einen Online -Chat i m Fahrzeug oder eine Hotline di rekt aus dem Fahrzeug. Eliminieren Der Direktvertrieb an Privat kunden wird gestriche n un d gleichzeitig der Direktve rtrieb an Flottenbetrei- ber erhöht. Der Kanal „Kunden werden Kunden“ wird ni cht zusätzlich, durch Maßnahmen wie eine Prä- mienvergütung für Neukundenvermittlun g, g efördert. Durch die eigens tändige Fertigung der Ladest ati- onen, ist de r Ladestations vertreiber als Kanal zum Kunden üb erflüss ig. Steigern Da de r Direktvertrieb a n Pri vatkunden reduziert wi rd, is t der Kanal der Autohäus er der Aut omobil her- steller auszubauen. Neben Neuwagen soll auch über den Verkauf v on zerti fizierten Geb raucht wagen das „ Gesteuerte L aden“ a ngeboten werden. Grunds ätzlic h hat jeder Hersteller i m Premiumseg ment Seite 114 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 eine App für sein Fahrzeug um Daten a nzuzeigen. Indem der Ag gregato r s eine Daten über diese App darstellt, werden S ynergien geschaff en. Kreieren Ein völ lig neues Konzept für de n Kontakt zu E V Nutzern ist der Shop - in -Shop Ansatz. Dabei ist ein Ansprechpartner für das „Gesteue rte Laden“ di rekt vo r O rt im Autohaus des Herstell ers für die Kunden erreichbar. Durch P räsens auf V eranstaltu ngen w ie beispi elswe i se Aut omobil messen, Konfe renzen, Landesgartensc hauen kann das „Gesteuerte Laden “ verm arktet werden. Über das Pa ybacks y stem kann die Attraktiv ität des Produktes u nd die Mo tivat ion zum „G esteuerten Lad en“ erhöht werden . Kernfaktoren Als bedeutsame Faktoren wurden die Reduzierun g der App- Komple xität, die Eliminierung der Ladesta - tionsvertreiber, die Kombi nation A pp von Automobil herstell er u nd Aggregator so wie das Shop - in -Shop Konzept ausge wählt. Tabelle 6-4 : 4 -Aktione n-Forma t Kanäle Reduzierung Steigerung  App- Komplexität reduzieren (keine Eingaben von Restrikti onen)  selb stlernendes Sys- tem  Hotli ne reduzie ren  Direktvertrieb (B2B)  mehr Flottenbetreiber ansprechen  Autohaus OEM (Neu wagen und zertifizie rte Gebraucht wagen)  Kombination Ap p OEM und Aggregator Eliminierung Kreierung  Direktvertrieb (B2 C)  keine Privatkun den ansprechen  „Kunden werben Kund en“  Ladestationsvertr eiber  Shop- in -Shop (Ansp rechpart ner des Ene r- gielieferanten di rekt Vorort i m Autohaus)  Auftritte au f A utomo bilmess en, Land esgar- tenschau, an dere Events  Paybackpunkte zur Motiv ation für „Gesteuer- tes Laden“  Online- Chat im EV  Hotline vom EV aus Kun denbeziehungen Eine Zusammenfassung der Überarbeitung des Blocks Kundenbeziehungen ist in Tabelle 6-5 darge- stellt. Reduzieren Der Kontakt zu Kunden erfol gt heutz utage zunehmen d über die s ozialen Medien wie Facebo ok und Twitter. Für d as „Gesteue rte Laden“ sollen diese Alte rnativen entfallen. Stattd essen ist eine Fo kuss ie- rung auf ein eigens ei nzuric htendes Forum geplant .. Dadurch wird eine Bündel ung der Info rmationen erreicht und Ma ßnahmen k önnen gezielte n u mgesetzt werden. Auch die persönlic he B eratung soll re- duziert werden, indem Fragestell ungen onl ine beant wortet werden z.B. übe r Hilf evideos, welche übe r QR -Codes zu erreichen , sind. Eliminieren Auch eine Abkeh r von der B eratung durch eigene Spezial isten ist vorstellbar. In dies em Fall üb er nimmt der Automobil hersteller die Be ratung und nic ht der Agg regator. Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 115 von 142 Steigern Im Gegensat z dazu is t eine Steige rung der p ersönlic hen Beratung i m Rahm en des „Shop - in - Shop“ Ko n- zeptes zu sehen, wodu rch lokal eine K undenbin dung gef ördert wird. Im Berei ch der Flottenbetreib er wird diese pe rsönliche Bin dung übe r Ke y Account Manager hergestel lt. Kreieren Ein neuer As pekt der Kund enbeziehung is t in der Co - Creation. Diese r wurde be reits i m CANVAS iden- tifiziert. Dabei werden die K unden explizit an der W eiterentwickl ung des Produktes beteil igt. D ie Neuh eit besteht in der Mö glic hkeit üb er W ettbewerbe und Even ts die Bereitsc haft z ur Co -Creation zu erhöhen. Durch die Sc haffung der M arke „G rüne Flotte“ s oll e ine Identifikati on mit dem „G esteuerten L aden“ e r- reicht w erden. D abei be zieht sich die „Grün e Flotte“ nicht nu r auf die Flottenbet reib er, sondern a uch auf die P rivatkunden. Das Ima ge sol l ni cht n ur di e Beladu ng mit Grüns trom unterstre ichen, sonde rn auch der Beitr ag de r Fahrzeuge zur Integration von E rneuerbar en E nergie und so mit zur Netzsicherhei t be - tont w er den. Gleichzeitig soll das G em einschaftsg efühl der Nutzer erhöht und eine Abgrenzung gegen - über anderen erzeugt werd en. Der Wettbe werb bezügl i ch der C o -Creation kann auch auf das Ladeve r- halten de r Privatnut zer bzw. Flotten ausgeweitet werden und d urch m onatli che Preisv erleihungen sowie der Veröffentli chung im For um verstärkt werden. Kernfaktoren Als w ichtigste Bausteine werden die K onzentration auf das Forum, die persönliche Beratung der Pr iv at- kunden im „Shop - in - Shop“ Konzept u nd die Scha ffung de r Marke „Grüne Flotte“ g esehen. Tabelle 6-5 : 4 -Aktione n-Forma t Kundenbez iehunge n Reduzierung Steigerung  Konzentration auf ei n Forum (kein T witter, Facebook,…)  Persönliche Beratun g  A uslagern auf digi- tale Medien (Hilfevi deos), erreic hbar über QR -Code  Persönliche Be ratung im „ Shop - in - Shop“ fü r Privatkunden  Persönliche Beratung du rch Ke y Account Manager für Flot tenbetreib er (Entscheide r) Eliminierung Kreierung  Beratung aussc hließlic h durch OEM  Co -Creation W ettbewerb, E vent  Marke „Grüne Flott e“ ers chaffen  Privatkundenausz eichnung (monatli ch)  Preis „Grüne F lotte des Monats“ mit en tsp re- chendem Forum fü r Flotten betreiber Kosten Eine Zusamme nfassung d er Übe rarbeitung des Bloc ks Koste n ist in Tabell e 6-6 d argestel lt. Reduzieren W ird de r Fokus auf die Vermarktung am Energiemarkt gelegt, reduzieren sic h die K osten für die Markt - teilnahme, weil die Kos ten für den Regellei stungsmar kt (Präquali fikation, Komm unikation zu Übertra- gungsnetzbetr eiber) entfall en. Ma rketingk oste n könne n eingespa rt werden, wenn de r Kanal „Kund en werben Ku nden“ mithilfe entsprech ender Anreize a usg ebaut w ird. Die Komple xität des Produktes „Ge- steuertes Lad en“ verursac ht hohe Schulungs - und B eratungsk osten. Du rch eine intui tive B edienung, das selbstl ernende Ladeste uerungss ystem und die Lad eflatrate ( kein kompliziertes Vergütungssystem) können diese Kosten gese nkt, da weniger Probleme (Bedienun gsfehle r) zu erwarten sind. Seite 116 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Eliminieren Da die K unde nvergütung ei nen großen Teil der Kosten des Aggreg at ors be grü ndet, ist die Abschaffu ng der Vergütung und des Bon uspunktes y st ems sinnvoll. Bei ein er großflächigen Du rchdringung d es Mark - tes mit Elektrofahrzeugen wird das „Gesteu erte L aden“ Standard sein und b enötigt keine Anreize fü r den Kunde n, da ande renf alls kein Laden de r Fahrzeu ge mögli ch is t. Durch gro ßflächi ges Sofortladen würden die Netzrestrik tionen ver let zt werden. Anstat t der Bonuspunkte kö nnen die EV Nutzer P a yback- punkte f ür ih re Ans teckzeit s ammeln. Dies stellt aber nur einen Zusatzanrei z da r, d er Hauptan reiz ist das P remiumlad en in Verbindung mit dem Flat rate -Ans atz. Auch die Tei lnahme am Pa yback -S ystem verursacht Koste n. Jedoch handelt es s ich dabei um ein bekan ntes und etabli ertes Punktes ystem. Dadurch werden die Kunde n gg f. dazu bewegt, sic h auc h für einen geringeren Gegenwert am „ Gesteu- erten Laden“ zu b eteiligen. Steigern Mit der Abkehr vo n arbei tspreisbasierten Ladestromtari fen hin zu einer Lade -Flat rate, w elche das Kom- plettpaket (Ladestation, Verträge, W artung) umfas st, kann eine Kost enerh öhung für den Strombezug einhergehen. Begründet w i rd dies da durch, dass die Kunden im Fall eine r Flatrate möglicherweise nicht so energiebe wusst fahren und mehr Lade energie b enötigen, weil die Ladee nergi e über einen Festbe- trag (Flatrate) gedeck t ist. Kernfaktoren Die wichtigsten Fak toren f ü r dies en Block si nd die Sen kung der Schulungs - und B eratungsk osten, di e Abschaffung des Bonuss ystems und die Kundenvergüt ung über eine Flatrate. Tabelle 6-6 : 4 -Aktione n-Form at Kosten Reduzierung Steigerung  Kosten für Marktteil nahm e durch W egfall SRL  Marketingkosten durch Ste igerung „Kunden werben Kunden “  Schulungs-/ Beratungskoste n du rch Flatrate - Angebot und i ntuitive Bedi enung  Kundenvergütu ng ü ber Flatrate (nur G rund- gebüh r, keine Arbeitsp reise) Eliminierung Kreierung  Kundenvergütu ng  Bonusmodell abschaffen  Pa ybackpunkte für gesteuertes L aden (Anstec kdauer) Nachdem die Blöcke Schlü sselpartner, E rlöse, K anäle, K undenbeziehun gen und Kosten a nhand der Blue Ocean Stra tegie überarbeitet wurden, werden die w ichti gsten Faktoren je Bl ock in das Ausg angs - CANVAS inte griert. 6.1.2.3 CANV A S Anpassung Dieser Abschnitt fass t die E rgebnisse aus Kapitel 6.1.2.1 un d 6.1.2.2 z usammen , die nachf olgend kurz erläutert werden. Die CAN VAS, die Abbil dung 34 darg estellt ist, zeigt somit das finale Geschäftsmod ell für das Produkt „Gesteu ertes Lade n“. Dabei wurde farbli ch zw isc hen zwei Aus richtungen unterschi eden. Die grün hinterlegten Anst riche be ziehen si ch auf da s Kundense gment „ Flottenbetreiber“, die gelb hin- terlegten Anstriche auf die P rivatkunden. Blöc ke, die k eine fa rbliche Unterscheidung auf weisen (nur gelb) gelten fü r beide Kundensegm ente. Die Besc hreibung de r ein zelnen Blöc ke e rfolgt durch die si ch ergebe nden Veränderun gen. Al le ei nzel- nen Faktoren werden nicht erläute rt, weil dies berei ts in de n vorgestellten Abschni tten erfolgt ist. Seite 118 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Kundenbeziehu ngen Zwei Pu nkte wurden im Rahmen d er K undenbezie hungen als maßgebli ch ang es ehen. Zum ei nen die Steigerung de r pe rsönliche n Be ratung. Dies wird durc h di e persönli che Be ratung v or Ort im S hop - in - Shop e rreicht. Und zum an deren der Aufba u d er M arke „G rüne Flotte “, welch e ei ne Identifizie rung mit dem Produkt „G esteuertes Laden “ ermöglichen soll . Erlöse Die Erlöse aus S tromve rkauf bleiben w eite r bestehen, beschränken sich jedoch auf die Flottenbet reiber und di e S ofortladevo rgänge der Priv atnutzer. Die Erlö se aus d em Privatkunde nsektor werden übe r ei n Flatrate-Ent gelt e rzielt, welches die Ladeene rgie umfa sst. D ie Vermarktung der F lexibili tät w i rd auf das ko mplette Speic herpotenzia l ausgedehnt, d.h. Bel aden und Entlade n. Das Anbieten des Komplettpakets stellt eine weitere Einnah mequelle d ar. Dieses Entgelt kann i n die Flatrate mit int egriert oder se parat erhoben werden. Sepa rat k ann das Entg elt du rch den Verk auf ode r die Vermietu ng de r Lades tationen mit abgegolten werden. Schlüsselaktiv itäten Die Schlüss elaktiv itäten bleiben im Vergleic h zum ursp rünglichen CANVAS unverände rt, da hier in Rah - men der Blu e Ocean Strategie keine Anpas sungen erfolgt sind. Die ausge wählten Kernfaktoren erfor- dern keine Anpas sung dieses Blocks. Schlüsselres sourcen Die Schl üsselres sourcen b leiben im Verglei ch zum ursprüngl ichen CA NVAS unverände rt, d a hier in Rahmen de r Blue Ocean St rategie keine Anpassung en erfolgt si nd Schlüsselpartn er Das „Gesteue rte Laden“ so ll ei n Premiumsegment a nsprech en, da her entfallen di e freien Autohäus er als Partner. Die Beziehung zu Automo bilherstellern u nd Vertragsaut ohäusern wird intensiv iert. Zusätz- lic h w erden die Kun den als Partner aufgeno mmen, da si e al s Informationsgeber für das selbs tlernende Ladesteuerungss ystem e rforde rlich sind. Architekte n, Bauunternehmen und W ohnungsbauge nossen- schaften k omm en als Partner hin zu, weil sie im Rahmen v on Quartierlösu ngen das „Gesteuerte La- den“ vertreiben könn en. Kosten Die Kostenpositi onen bleib en weitgehe nd unve rändert. Die Komm unikations kosten redu zieren sic h, da die Intelligenz im Fahrzeug verbaut ist und nic ht me hr in der Ladestati on. Die Kom munikation kann somit auf d as Fahrze ug be schränkt werden. Dab ei w ird auf d as Backen d des A utomobil herstellers zu- rückgegriffen, was zus ätzliche Bet riebskosten ve rursac ht. Die K undenvergütun g aufgrund des Bonus - punktes y st ems entfäll t. Die Anreiz fü r den EV Nutzer erfolgt über den Flatrate -Ansatz, w obei un begrenzt Ladeenergie bezieh en k an n. Zusätzlic h ist eine Ve rgütung üb er P ayback -Punkte für die Anst eckzeit denkbar. Die A ufnahme i n den Pa yback -Pool verursac ht Kosten. Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 119 von 142 7 A P3.4.e Erweiterun g Wirtschaftl ichkeitsbere chnu ng Im Rahmen d es Projektes „Gesteuertes Laden 3.0“ is t ein Gesc häftsm odell fü r die Integrati on von Elek t- rofahrzeugen (EV) in die Energieversorgun g und den Energiemarkt zu entwickeln. Das favorisierte Mo- dell si eht vor, dass über EVs ein Beitrag zur Bereitstellung vo n Sekund ärreservele istung geleis tet wird. Die Bereits tellung s chlägt s ich in einer fi nanziell en oder immate riellen Ve rgütun g der t eilnehmend en Fahrzeugbesi tzer nieder. Im u rsprüngl ichen P rojekt werden Untersuchung en nur für den Fall des Lei s- tungsbezuges aus dem Netz du rchgeführt. Im Er weiterungspaket d es Aufstocku ngsant rages wird die entgegengesetzt e Richtu ng un tersucht, d.h. die Rücks peisung von Leistung in das Netz ( das soge - nannte Vehicl e- to -grid V2G). Neben d em Nutzen, welcher durch das Geschäftsmodel l entste ht, bringt es a uch K osten mit sic h, wel- cher Geschäfts modell inhaber zu tr agen hat. Aus der Gegen überstellung v on Kost en und Nutzen ermit- telt si ch di e W i rtschaftlichkeit des Geschäftsmo dells. Die W irtschaftlic hkeit wird u.a. bestimmt von de r zukünftigen Ent wicklung de s Energi emarktes, welche anhand v on Szenari en da rgestell t wird. Für die Ermittlung der W irtsc haftlichkeit de r V2G -Option fü r E lektrofahrze uge wird diese s Arbeitspaket in fol - gende Aktivi täten unterteil t. o AK 3.4.2e – Definition vo n V2 G Szenarien o AK 3.4.3e – Modellanp assung und Simulation der Erlös e o AK 3.4.4e – Aus wertung de r Wirtsc haftlichkei tsberechnung für V2G 7.1 A K 3.4.2 e – Definition von V2G Sze narien 7.1.1 Zielsetzung Unter Szenario w i rd di e Beschreibung einer zukünftig en S ituation ve rstanden, da s umfasst die Ent wick- lung eines konsis tenten S ystemzustande s von heute bis in di e Zukunft ( 78) . Für das Erweiterungspaket werden drei Szenarien betrachtet, ein Basisszenario so w ie zw ei Alternativszena rien. D ie Szenarien ori- entieren sich dabei am Szenarioumf eld, w elch e im urs prünglichen Projekt un ter An wendung der Cross - Impact besc hrieben wurde. In di esem Paket wird s ich auf di e Entwicklung de r M ärkte (Regellei stungs - und Ene rgiema rkt) kon zentriert, weil di ese für die W i rtschaftlichkeitsberechnun g rel evant sind. Bei deren zukünftigen Aus prägungen wird auf die Maßnahm en des W eißbuches des BMW is zur zukünftigen Ent- wicklung d es Strommarkte s zu rück geg riffen (86). Als Zielz eitraum wird d as J ahr 20 25 bis 203 0 ang e- nommen, weil für di esen Zeitraum ei ne fläc henmäßig e Durchdringun g des Markt es mit Elektrofahrze u- gen erwartet wird. 7.1.2 Definition von V2G Szenarien Für die W irtschaftlic hkeitsberechnung der V2G Bet rachtung werden d rei Sze narien de finiert, ein Ba- siss zenario und zwei Alternativszenarien. Bei den A lte rnativszenar ien wird sich an de r Entwicklung des deutschen Strommarktes hin zum Stromma rkt 2.0 orienti ert. F olge nde Szenarien werden defi niert (siehe Tabelle 7 -1 ): Szenario A: Fortstehen des aktuellen M arktdesign (Bas iss zenar io ) Szenario B: Stromma rkt 2.0 mode rat (Alternativs zenario 1) Szenario C: Stro mmarkt 2. 0 extrem ( Alternativsze nario 2) Szenario A geht davon, dass de r Strommarkt in seiner jetzige n Ausprägung auch in 2025 beste hen wird. Bezogen auf den Sekundärregel leistungsma rkt (SRL -Ma rkt) bede utet dies, dass die SRL-Pr odukte wö- chentlich ausgesc hrieben wer den un d die Produkte üb er einen Z eit raum vo n 12 Stunden zur Verfügung stehen müss en. Die Lei stungs - und Arbeitsp reise b efinden s ich auf dem Nivea u v on 2014. Die Vergü- tung erfolgt anhand der Pay- as -bid Preise, d.h. die An bieter e rhalten di e Preise, welche si e i m Rahmen ihrer Ange bote geset zt haben. Der Ener giemarkt un d hier d er bet rachtete Spotmarkt (Da yAhead - und Seite 120 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 IntraDa y M arkt) blei ben un verändert. Auf dem Da yAhead Markt werden Stunde n produk te mit ei nem Tag Vorla uf ange boten und auf dem Int raDay Ma rkt Vi ertels tundenprodukte mit einem Vorlauf v on 45 Minuten. Szenario B g eht von der Ums etzung des Strommarktes 2.0 aus, welche Aus wirkungen auf den Regel- leistungs - und Energiema rkt hat. Für d en SRL-Ma rkt s chlägt si ch di es in t äglichen Auss chreibungen und 4-Stunden -Produkten nieder. Durch di ese Änder ungen besteht di e Möglic hkeit, dass mehr Tei lneh- mer (z.B. Aggregato ren) am SRL-Ma rkt teilnehmen können. D ies führt zu einer Senkung der L eistungs- pr eise. Die Arbeits preise blei ben auf dem aktuell en Niveau von 2014, da die aktu elle Tenden z der stei- genden Arbeits preise durch di e Erhöhung d er Teil nehmerzahl kompensi ert wird. Die V ergütung erfolgt weiterhin über Pa y- as -bid Preise. Der E nergiemarkt zeichne t sic h dadurch aus, das so wohl au f dem DayAhead - als auch a uf dem IntraDay M arkt Vi ertelstu ndeprodukte angeb oten werden. Auf de m Intra- day Markt wird ein Vorlauf von 15 Mi nuten zur Erfüllung geset zt. Szenario C si eht ei ne weitergehend e Ums etzung des Stromma rktes 2.0 vor. Neben ein er t äglic hen Ausschreibung a uf dem SRL -Ma rkt, e rmöglicht dies ein Angebot von Stundenp rodukten. Die Preisent- wicklung l ehnt sic h a n Szenario B an . Die Vergütung erfolgt jedoch ü ber Einheits preise. Das bedeutet, dass die Anbieter nich t gemäß ihrer Angebotsprei se vergütet und son dern den Arbeitspreis , welcher vom Grenzanbieter geboten w urden. De r Grenz anbieter ist der Anbiete r, w elche r al s Letzter in der Me rit - Order Liste ge zogen um di e Nachfrage zu deck en. Dadurch kön nten höhere Erlöse üb er den A rbeits- preis erziel t werden. Die V ergütung der Lei stungsberei ts tellung bleibt unveränd ert (Leistun gsp reise als Pa y- as -bid Preise). Die Energie marktausprägu ng ents pricht der des Szena rios B. Tabelle 7-1: Zusam menfas sende Bes chreibung der V2G Sz enarien Szenario SRL-M arkt Energiemarkt A) Fortbestehen des aktuellen Marktd e- signs (Basis) - wöc hentlich Aus schreibung - 12 - Stunden Produkte - Aktuell es Preisni veau - Pa y- as -bid P reise - DayAhead- und IntraDa y Markt mit 1/4h -Produkte n - IntraDay Handel bi s 45min vor Erfüll ung B) Strommarkt 2. 0 moderat (Alternative 1 ) - Tägl iche Ausschrei bung - 4-Stu nden Produkte - Meh r Teilnehme r (Halbierung L P, aktuelle AP) - Pa y- as -bid P reise - DayAhead- und IntraDa y Markt unverände rt - IntraDay Handel bis 15min vor Erfüll ung C) Strommarkt 2. 0 ext- rem (Alternative 2 ) - Tägl iche Ausschrei bung - 1-Stu nden Produkte - Meh r Teilnehme r (Halbierung L P, aktuelle AP) - Einheits preise fü r Arbeitspr eise - DayAhead- und IntraDa y Markt mit 1/4h -Produkte n - IntraDay Handel bis 15min vor Erfüll ung 7.2 A K 3.4 .3e – Modellanpassung und Simulat ion Im Rahmen der Betrachtu ng der Rückspei sung von L ei stung ins elektrische Netz durch EVs (V2G) er- folgen Anpass ungen d er Simulationsmo delle. Dies betrifft das Modell zur Abbildung des S ekundär re- gelleis tungsmarktes, das P otenzialmod ell für EVs so w ie das M odell zur La deoptimi erung. Das Sekun därregel leis tungsmarktmodell wird um die O ption de r positi ven S RL erweitert. Zusätzlich las- sen si ch zu den wöchentlichen E rlösen basie rend auf Leis tung s - u nd Arbeits preis die A rbeitspreise fü r verschiedene Zeitscheiben (12h, 4h, 1 h) ermitteln. Gesteuerte s Laden v3.0 Teilprojekt 3: S mart Marke ts, FhG IOSB AST Seite 121 von 142 Das Poten zialmodel l wird ebenf alls um die Vermarktu ng von posi tiver S RL e rweitert. Die Ä nderungen berücksi chtigen die unters chiedli chen Z eitscheiben u nd die unte rs chiedl ichen Verfügba rkeiten (An- steckzeitpunkte und Sta rt-S OCs) der Fah rzeuge. Die An passung des Modell s zur L adeoptimi erung besteht in d er Ermittl ung ein er Entladeg renze für die EVs. Diese Grenze hängt von den Ansteckzei tpunkten und den Start -S OCs der F ahrzeu ge ab. D ie Op- timierung sorgt dafü r, dass si ch die gesteuerte La deleis tung (je ¼- Stunde) so eins tellt, dass die Lade- kosten mini mal un d die Fahrzeu ge zu m Zeitpunkt de s Abstec kens v ollgeladen sind (siehe Abbil dun g 35 ). Abbildu ng 35 : Verlauf der gesteue rten Las t für 10.000 EV s Die Modell e basieren auf Feldtestdat en der Mini -E Studie. 7.3 A K 3.4.4 e – W irtschaf tlichke itsberechnung 7.3.1 Annahmen 7.3.1.1 Wirtschaftlichkeit Im Rahmen des Erweiterun gspaketes wird das Ges c häftsmodell „Vermarktung von Flexibilität“ ve rwen- det, da dieses mit der zukünftigen Entwicklung des S tr ommarktes (hin zum Stromma rkt 2.0) korrespon - diert. Für di e Ermittl ung de r W i rtschaftlichk eit ist es erforde rlich di e Annahmen des Geschä ftsmodel ls zu definie ren, da diese Aus wirkungen auf Kosten un d Erlöse hab en. Das W ertangeb ot si eht ei n Premiu mladen für EV -Nut zer vo r, welch e i n ein em Komplettpak et die L a- destation inklusi ve I nstall ation und W artung sowie die Übernahme aller ve rtraglichen Prozesse beinha l- tet. Den EV -Nutze rn wi rd e in Flatrate- Modell angebot en, welche die kompl ette L adeene rgie abd eckt. Flottenbetreibe r erhalten das gleiche Komplettpaket mit der Ausnahme, dass der Ladest rom über einen herkömmlichen Tarif (Leistungs - und Arbeits preis) ab gerec hnet wird. E ntscheide nd Neuerung is t das Shop- in - Shop K onzept, welc hes Personal für „Gesteuertes Laden“ in Autohäusern vorsieht. D ieses Be- ratungspersonal verursach t zusät zliche Kosten. W eiter e Kosten entste hen aufgrund der Abrech nung des „Gesteuerte Lade n“ , die Ent wicklung und d er Betrieb der IT -Infrastruk tur (Inklusi ve Hotline), Kom- munikations- un d Ma rketingkos ten so wie die Inves titionsk osten fü r die Lades tation. W eitere Kosten po- sitionen werden dem G eschäftsmodel l SRL -Verma rktung en tnommen. Den Kost en steh en di e Erlöse gegenübe r. Diese werden erzielt übe r die Flatrate -En tgelte für Privatnutze r und der Stromverkauf an Flottenbetreibe r. Für die Überlassun g der L adestation , deren W artung so w i e die vertraglic hen Ab wick- lungen haben di e EV -Nutzer ein e Grundgeb ühr zu zahlen, welche versc hieden für Privatnut zer und -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 06.01.2014 12: 00 07.01.2014 12: 00 08.01.2014 12: 00 09.01.2014 12: 00 10.01.2014 12: 00 11.01.2014 12: 00 12.01.2014 12: 00 13.01.2014 12: 00 Last ungesteuert [MW] u ntere Grenze [MW] obere Grenze [MW] Last gesteuert [MW] Seite 128 von 142 Teilprojekt 3: Smart Marke ts, FhG IOS B AST Gesteuer tes Laden v3.0 Tabelle 7-9: Kosten-Nutz en Analyse (NT) Agg regator V2G 1h- Produkt Poolgröß e [EVs] Kosten pro EV und Jahr [€] Nutzen (Energie- markt) [€] Erlös (Energie- markt) [€] Kosten pro EV und Jah r [€] Nutzen (SRL-Markt ) [€] Erlös (SRL-Markt ) [€] 1 Mio. 1.039 1.103 64 982 1.061 79 500.000 1.041 1.103 62 989 1.070 81 250.000 1.046 1.103 57 1.00 2 1.082 80 100.000 1.056 1.103 67 1.017 1.099 82 50.000 1.076 1.103 27 1.044 1.111 67 25.000 1.092 1.103 11 1.063 1.121 38 10.000 1.177 1.103 - 74 1.153 1.131 - 22 Aus den Ergebnis sen is t zu erke nnen, dass mi t steigender EV -Zahl pro Pool die Erlöse g r undsätzli ch steigen, weil di e Kosten sin ken (Fixkostend egressi on). Die Erlöse bei Verma rktung am Spotma rkt s ind für di e 12h -Produkte höher, da hier di e N utzen hö her sind als bei SRL- Verma rktung (siehe Tabelle 5 - 27 und Tabell e 5- 28 ). Für die 4h- und 1h-Produk te sind di e Erlöse auf der SRL - Vermarktung höhe r als bei Vermarktung am Spotm arkt. Gründe si nd die geringeren Kosten de r Beladung, wei l diese bei klei neren Zeitscheiben besse r d urch SRL gedec kt wird. Der ma ximale Spot markterlös l iegt bei über 6 0€ pro EV und Ja hr. Bei der SRL- Ve rmarktung kann ein W ert v on knapp 80€ p ro EV u nd J ahr erreicht. Bei Poolgrö- ßen von 10.000 EVs w erde n sowohl be i allen Vermarktungsoptionen Verluste erzielt. Die G2V Variante weist bereits bei 25.000 E Vs für Sp otmarkt und 5 0.000 EVs f ür SRL- Markt Ve rluste auf. W ird die Nutzersicht betrachtet fallen n ur Kosten a n (Grundgebü hr, Flat rate, Stromzähler, …). Dem ge - genüber ste hen die i mmat eriellen W erte des W ertangebots. Für die Berec hnun g wurde di e Flat rate außer Acht g elassen, da das Laden de r Fahrzeuge ei ne g rundsätzli che K ostenposi tion für Elekt rofahr- zeuge ist. Die Flatrate basiert auf einer durchschnittlic hen Fahrleistung von 32km am Tag. Eine höhere Fahrleistung w i rkt sic h vorteilhaft auf di e Erlössituati on des Nutzers aus. Tabelle 7- 10 : Kosten -Nutz en Analyse (NT) EV-Nutz er V 2G Poolgröße Nutzen [€] Kosten pro EV und Jahr [€] Erlös [€] Alle immateriell 624 -624 Zusätzlich zur Flatrate falle n fü r den EV -Nutz er jä hrlich Kost en zw is chen 620€ an. Ande rs gesa gt fä hrt der EV - Nutzer fü r etwas über 1100 € im Ja hr sorgenf rei Elek tromobil ohne sic h Gedanken ü ber eine Endabrechnun g zu machen . 7.3.2.2 Geschäftskunden (Flot ten betreiber) HT Die Auswer tung für Ges chäftskun den bez ieht sich auf den kom plementäre n Zeitraum z u den Privatkun den (8:00 bi s 20:00 Uh r - Haupttarifz eitraum). Dabei werden die Erlöse am Energie- und Seku ndärreg elleistungs(SRL)-markt aufgrund Daten von 201 4 berechne t. Die Kosten und N utz en der jeweiligen Vermarktungsop tion en werde n in [Document text truncated for crawler view.]