E-Fahrzeuge: Schlüsselkomponenten für die Energiewende?

Künftige Kommunikationsstandards ermöglichen ihre Einbindung in das Smart Grid bzw. in Smart-Home-Systeme

Wenn die Energiewende erfolgreich sein soll, müssen in Zukunft Stromverbraucher, dezentrale und zentrale Stromerzeugung sowie Speicherelemente intelligent vernetzt sein. Hier kommen Elektrofahrzeuge ins Spiel: Sie sind nicht nur Verbraucher, sondern auch potenzielle Speicher für elektrische Energie, die zur Netzstabilisierung eingesetzt werden könnten – vorausgesetzt, die Elektrofahrzeuge sind Teil des Kommunikationssystems für das Smart Grid. IAV hat große Erfahrung mit den dafür benötigten Kommunikationsprotokollen und unterstützt ihre Entwicklung durch die Beteiligung in Standardisierungsgremien.

Die Energiewende stellt unsere Stromversorgung auf den Kopf. Statt mit wenigen zentralen Kraftwerken plangemäß Energie zu erzeugen, sollen künftig immer mehr dezentrale Anlagen mit kaum vorhersehbarer Ausbeute den Strom liefern. Ziel ist es, die Energieerzeugung von regenerativen Energien (wie Windparks, Fotovoltaikanlagen) und die Verfügbarkeit von Energie bedarfsgerecht für den Verbraucher mit geeigneten Speichersystemen und einer intelligenten Steuerung (Smart Grid) zu optimieren. Denn Angebot und Nachfrage in den Stromnetzen müssen immer im Gleichgewicht sein – sonst drohen Blackouts. Darum müssen die Energieversorger heute noch zahlreiche konventionelle Kraftwerke bereithalten, die bei Bedarf den fehlenden Strom liefern.

Alternativ dazu ließe sich überschüssige Energie speichern und bei erhöhter Nachfrage wieder ins Netz einspeisen. Daher wird intensiv an neuen Speichertechnologien wie Wasserstoffspeichern und Redox-Flow-Batterien geforscht. „Elektrofahrzeuge mit ihren Hochvoltbatterien bieten sich als dezentrale elektrische Speicher an“, erklärt Ursel Willrett, Senior-Fachreferentin für Infrastruktursysteme E-Mobilität bei IAV. „Sie haben jeweils Speicherkapazitäten von heute 20 bis 30 Kilowattstunden. Bei einer Million Elektrofahrzeugen in Deutschland ergibt sich also eine Gesamtspeicherkapazität von etwa 20 Gigawattstunden, vergleichbar mit der Kapazität aller deutschen Pumpspeicherkraftwerke.“

Stabilisierung der Energieversorgung

Vor allem in Kombination mit der dezentralen Produktion von Solarstrom bieten sich Elektrofahrzeuge als Stromspeicher an. Viele Privathäuser sind inzwischen mit einer eigenen Fotovoltaikanlage ausgestattet und erzeugen einen Teil der Energie für den Haushalt selbst. Überproduktion wird ins Netz eingespeist. Wird mehr Energie benötigt, als die eigene Anlage liefern kann, liefert der Netzanschluss zu. Diese Interaktion mit dem öffentlichen Strom- netz lässt sich in Zukunft teilweise vermeiden, denn mit der Einführung der Elektromobilität werden in immer mehr Haushalten Elektrofahrzeuge und damit Batteriespeicher zur Verfügung stehen. „Ein Elektrofahrzeug im Haus könnte zur Stabilisierung der Energieversorgung beitragen und den Netzanschluss entlasten“, so Willrett. „Zudem müsste man die Hausanschlüsse nicht zu hohen Kosten ausbauen, um Elektrofahrzeuge zu laden bzw. überschüssigen Solarstrom ins öffentliche Netz einzuspeisen.“

Voraussetzung für den Einsatz von Elektrofahrzeugen als dezentrale Stromspeicher sind Smart-Home-Konzepte. Sie sind eine Anwendung des Internets der Dinge und haben das Ziel, alle Systemkomponenten wie Fotovoltaikanlage, Thermostate oder Licht im Haus intelligent zu vernetzen und auf diese Weise ein lokales Lastmanagement zu ermöglichen. „Ein Elektrofahrzeug kann in ein Home Energy Management System (HEMS) als Energiespeicher integriert werden“, sagt Willrett. „Überschüssige Energie aus der Fotovoltaikanlage wird im Fahrzeug gespeichert und entweder zum Fahren oder zur Rückspeisung an andere Verbraucher im Haus genutzt.“

Offene Standards für die Integration künftiger Geräte

Benötigt wird dafür ein intelligentes Kommunikationssystem, das unterschiedliche Systemkomponenten integriert. „Einige auf dem Markt verfügbare Lösungen arbeiten mit proprietären Kommunikationsprotokollen. Sie haben den Nachteil, dass neue Komponenten oft nicht zu ihnen passen“, berichtet Willrett. „Darum benötigen wir offene Standards, die weltweit von vielen Herstellern unterstützt werden und die problemlose Integration künftiger Geräte wie etwa Elektrofahrzeuge per Plug-and- play ermöglichen.“ Die wichtigsten weltweit genutzten Protokolle für Home Energy Management Systeme sind derzeit SPINE (in Europa von der EEBus-Initiative vorangetrieben), SEP 2.0 (USA) und Echonet Lite (Japan).

Für Ladestationen wird in Europa heute das Open Charge Point Protocol (OCPP) genutzt, das unter anderem das Vertragsmanagement regelt. Dafür soll in Zukunft der internationale Standard IEC 63110 zur Verfügung stehen, der derzeit erarbeitet wird. Die Kommunikation von Fahrzeugen mit dem Ladepunkt (zu Hau- se oder öffentlich) ist im ISO-Standard 15118 spezifiziert. Er beschreibt alle Funktionen, die für den Datenaustausch wichtig sind – etwa für den Zugriff auf Tarifinformationen, für das Vorausplanen der Ladezeit und für das bidirektionale Laden. Über ein Gateway lässt sich das Kommunikationsprotokoll des Elektrofahrzeugs in das Kommunikationsprotokoll des Smart Grid bzw. Smart Home übersetzen.

IAV beteiligt sich aktiv an den diversen Standardisierungsvorhaben. „Wir verfügen über ein umfassendes Fachwissen zu Kommunikationsprotokollen, Systemarchitektur und -konzeption sowie zur Integration einzelner Geräte in Smart Grids und Smart-Home-Systeme“, so Willrett. „Wir sind darum in der Lage, die Integration – insbesondere von E-Fahrzeugen – in das Smart Grid bzw. in Smart-Home-Systeme zu unterstützen.“