Electrify Buildings for EVs (ELBE)

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Im Rahmen des ELBE Projektes sollen in Hamburg außerhalb des öffentlichen Raumes 7.400 Ladepunkte installiert, erprobt und im Betrieb analysiert werden. Diese sind ausnahmslos netzdienlich konzipiert und können intelligent gesteuert werden. Aufgabe der HSU ist die wissenschaftliche Begleitung der Umsetzung eines netzdienlichen Ladens. Mit den im Projekt zu identifizierenden Anforderungen der beteiligten Akteure wird die Umsetzung der Wirkkette VNB-Signal – CPOBackend – Ladebox – EV überprüft. Am Projekt sind Verteilnetzbetreiber (VNB), Charge Point Operators (CPOs) und E-Fahrzeugbesitzer beteiligt.

Abbildung 1: E- Ladestation
Abbildung 1: E-Ladestation

Netzdienliches Laden – Konzept

Heute installierte Ladesäulen verfügen über keine Möglichkeit eines netzdienlichen Ladens. Die CPOs (Charge Point Operator – Ladepunktbetreiber) können nach der Installation messen und auswerten, wie sehr die Ladesäule ausgelastet ist und wie viel Energie geladen wurde. Eine Regelung der real bezogenen Leistung in Abhängigkeit vom konkreten Netzzustand ist nach dem Stand der Technik gegenwärtig nicht möglich. Im Projekt ELBE wird abhängig von der Netzauslastung ein Lademanagement umgesetzt, bei dem immer ein Ladestrom von mindestens 8 A garantiert wird. Damit können alle Fahrzeugtypen ohne Unterbrechung weiter geladen werden.

Abbildung 2: Schematische Darstellung der HSU Aufgaben
Abbildung 2: Schematische Darstellung der HSU Aufgaben

Untersuchung

Die HSU untersucht die Funktionalität der Wirkkette VNB (Verteilnetzbetreiber) – Signal – CPO (Charge Point Operator – Ladepunktbetreiber) – Backend – Ladebox – EV (Elektrofahrzeug). Ziel der Untersuchung ist die Überprüfung der Wirkkette hinsichtlich der Aspekte Wirkungsgrad der Fahrzeuge bei unterschiedlichen Lademodi, Netzrückwirkungen und Unsymmetrie im Teillastbetrieb. Zudem werden in diesem Arbeitsschritt die Umsetzung weiterer Spezifikationen der entwickelten Schnittstelle (OpenADR –Open Automated Demand Response) überprüft und validiert.

Abbildung 3

Abbildung 3: Genereller Laboraufbau zur Überprüfung der Wirkkette VNB (Verteilnetzbetreiber) -Signal – CPO (Charge Point Operator- Ladepunktbetreiber) – Backend – Ladebox – Elektrofahrzeug an der HSU, VTN (Virtual Top Node, Virtueller Hauptknoten), VEN (Virtuel End Node, Virtueller Endknoten), EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment, Ladestation für Elektrofahrzeuge), OpenADR (Open Automated Demand Response)

Einbindung der sicheren Kommunikation über Smart-Meter-Gateway im Bereich Ladeinfrastruktur

Das Projekt ELBE wurde ab 01.01.2020 um die pilothafte Einbindung von Smart-Meter-Gateways (SMGw) in die Ladeinfrastruktur für Elektromobilitätsanwendungen erweitert. Das Smart-Meter-Gateway soll als zentrale Kommunikationseinheit eines intelligenten Messystems (iMES) zukünftige Anwendungen des Smart-Grids erst möglich machen. Zentrale Aufgabe im Projekt wird der Aufbau einer sicheren Kommunikationskette gemäß den Vorgaben des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (siehe BSI TR-03109-1) sein. Die Erprobung einer cybersicheren Kommunikation zur Steuerung einzelner Ladepunkte bildet somit das allumfassende Projektziel. Das BSI hat in der Technischen Richtlinie hohe datenschutzrelevante Anforderungen an die Smart-Meter-Gateway-Infrastruktur formuliert. Die Erfüllung der Anforderungen durch die Hersteller muss im Rahmen eines Zertifizierungsprozesses nachgewiesen werden.

Die grundsätzliche Einbindung eines SMGw und die Kommunikationsschnittstellen in die angrenzenden Netze zeigt Abbildung 4. Im WAN befinden sich der Gateway-Administrator als sichere Instanz zur Konfiguration und Verwaltung des SMGw und weitere externe Marktteilnehmer, die Zugriff auf ausgelesene Daten benötigen. Im LMN befinden sich die Zähler für Elektrizität und ggf. weitere Sparten, die ihre Messergebnisse an das SMGw senden. Über das HAN kann der Letztverbraucher auf das SMGw zugreifen und sich gespeicherte Daten anzeigen lassen. Ebenso findet über die HAN-Schnittstelle die Kommunikation mit angeschlossenen steuerbaren Verbrauchs- oder Erzeugungsanlagen, wie zum Beispiel mit Ladepunkten, statt.

Abbildung 4: Einbindung des SMGw in die Einsatzumgebung (gemäß BSI TR-03109)
Abbildung 4: Einbindung des SMGw in die Einsatzumgebung (gemäß BSI TR-03109)

Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitforschung durch die HSU wird ein Visualisierungs- und Demonstrationslabor mit SMGw aufgebaut und betrieben. Dies wird eine fortschreitende Forschung zur verbraucherseitigen Flexibilisierung durch Steuerung von Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen im Energieversorgungssystem ermöglichen.  Weiterhin wird die Übertragbarkeit der Erkenntnisse und Konzepte der pilothaften Umsetzung aus dem Bereich Ladeinfrastruktur validiert.

Die Ergebnisse aus dem Visualisierungs- und Demonstrationslabor werden im Rahmen von Netzsimulationen skaliert, um Aussagen über das Netzverhalten treffen zu können.

Projektpartner:

ELBE Projektpartner

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz (Projektleiter)
Sahar Darvish, M. Sc.
Felix Heider, M. Sc.
Reiner Jordan, Dipl.-Ing. (FH)
Fakultät für Elektrotechnik
Elektrische Energiesysteme

Weitere Informationen:

ELBE-Webseite

HSU

Letzte Änderung: 30. April 2021