Digitalisierung und Elektromobilität – Netz- und Ladeinfrastruktur

Durchgehend digital gesteuerte Netz- und Ladeinfrastruktur für Land-, Luft- und Wasserelektromobilität

Im Forschungsvorhaben werden die Hochläufe von Elektrofahrzeugen (Pkw, Lkw, Bus, Schiffe, Drohnen) in Hamburg analysiert und prognostiziert. Entstehen wird ein Ladeinfrastrukturtestlabor mit einer Palette an Ladesystemen, Bordnetzsimulatoren und Demonstratoren.

Endprodukt des Projektes ist ein über den bisherigen Wissens- und Forschungsstand hinausgehendes, durchgehend digitalisiertes, Kl-basiertes Energiemanagement-System, bestehend aus einem netzseitigen Lastmanagement und einem ladeinfrastrukturseitigen Lademanagement. Entwickelt wird das hierfür erforderliche Ladestruktur- und Datenmanagement zunächst innerhalb eines Forschungsarealnetzes auf dem Gelände der Universität. Anschließend erfolgt die Skalierung des Produktes auf die Dimension eines Reallabors in Form eines Ladeinfrastruktur- und Datenmanagement-Systems für ein allumfassendes, neuartiges Elektromobilitätskonzept in den Bereichen Wasser, Straße und Luft in der Metropolregion Hamburg. Dies wird einen technisch optimierten, ökonomischen, netzverträglichen bzw. netzdienlichen und gleichzeitig hoch verlässlichen Betrieb des Gesamtsystems, trotz eines allumfassenden Hochlaufs der Elektromobilität ermöglichen.

Übergeordnetes Ziel des Projektes ist die ganzheitliche Betrachtung der Elektrifizierung der unterschiedlichsten Mobilitätstypen zu Land, zu Wasser und in der Luft, um die Einflüsse eines in diesen Bereichen stattfindenden Hochlaufes der Elektromobilität auf die elektrischen Netze sichtbar und auswertbar zu machen. Insbesondere in Bezug auf Schiffe und Lkw werden aktuell enorm hohe Ladeleistungen bis zu mehreren Megawatt projektiert. Diese technologischen Entwicklungen finden aber in aktuellen Hochlaufszenarien keine Berücksichtigung und fließen somit in Bewertungen nicht ein. Ebenso wird im geplanten Forschungsansatz die verstärkte Durchdringung von Drohnen zur Last- und Personenbeförderung und die notwendige Ladeinfrastruktur berücksichtigt. Durch die ganzheitliche Betrachtung aller Mobilitätstypen werden gegenseitige Interdependenzen und Synergien sichtbar gemacht und können in Ausbauszenarien berücksichtigt werden. Ein weiteres Ziel ist die Überprüfung von Kombinationsmöglichkeiten der Ladeinfrastrukturen der betrachteten Mobilitätstypen in Großladeterminals und die Anwendung auf die Metropolregion Hamburg. Aufbauend auf bereits bestehenden Untersuchungen und Ergebnissen in Hamburg, beispielsweise der Entwicklung der Stromtankstellen in Abbildung 1, werden mithilfe einer Metastudie verkehrsträgerübergreifend relevante Hochlaufszenarien und deren Netzauswirkungen analysiert. Hierbei wird wissenschaftliches Neuland betreten und ein Maßstab für die weitere Entwicklung in Deutschland gesetzt.


Projektlaufzeit: 01.01.2021 / 4 Jahre


Abbildung des E-Tankstellennetzes Hamburg

Abb: Aktuelles E-Tankstellennetz Hamburg
Quelle: Anforderungen an das Stromnetz durch Elektromobilität, insbesondere Elektrobusse, in Hamburg. Metastudie Elektromobilität, 2017


Durch den Aufbau eines volldigitalisierten Ladeinfrastrukturteststandes wird nicht nur ein Medium zur Ableitung und Überprüfung der oben genannten Ziele etabliert, sondern ein Labor geschaffen, in dem noch weit über die Projektlaufzeit hinaus Zukunftstechnologien der Elektromobilität getestet und bewertet werden, und das somit langfristig bei der Integration der Elektromobilität in das bestehende Energiesystem unterstützen wird. Ein weiteres Ziel ist die intelligente, digital- und insbesondere Kl-basierte Verknüpfung der installierten Ladeinfrastrukturen des Teststandes mit einem Energiemanagement-System zum Last- und Lademanagement. Durch die Erweiterung des Ladeinfrastrukturteststandes um eine Energiemanagementlösung kann das Potenzial der Flexibilitätseigenschaften der Mobilitättypen ermittelt und der Aufwand für infrastrukturelle Anpassungen des Versorgungsnetzes minimiert werden.

Durch die enge Kooperation mit den örtlichen Verteilnetzbetreibern wird es möglich, eine Netzüberwachungsstelle zu entwickeln und dieses Tool zur optimierten Ausbauplanung des Netzes unter Berücksichtigung aller elektrifizierten Mobilitätstypen weit über die Projektlaufzeit zu nutzen, dadurch Ausbaukosten zu sparen und die Helmut-Schmidt-Universität | Universität der Bundeswehr Hamburg nachhaltig wissenschaftlich im Themenbereich der Elektromobilität und Netzsteuerung in der Metropolregion Hamburg zu integrieren. Mit einer urbanen, internetbasierten Datenplattform sollen die Projekt- und weitere Daten zur Bewertung der E-Mobilität der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden.

Projektleitung

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz
Helmut-Schmidt-Universität |
Universität der Bundeswehr Hamburg
Fakultät für Elektrotechnik
Professur für Elektrische Energiesysteme
Tel.: +49 40 6541-2757
E-Mail: detlef.schulz@hsu-hh.de
www.hsu-hh.de

Projektbeteiligte

Helmut-Schmidt-Universität | Universität der Bundeswehr Hamburg
Professur für Elektrische Messtechnik

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerd Scholl
www.hsu-hh.de/emt

Helmut-Schmidt-Universität | Universität der Bundeswehr Hamburg
Fakultät für Elektrotechnik
Professur für Theoretische Elektrotechnik und
Numerische Feldberechnung

Univ.-Prof. Dr. rer. nat. habil. Marcus Stiemer
Tel.: +49 40 6541-2769
E-Mail: m.stiemer@hsu.de
www.hsu-hh.de/tet

Die Gesamtkoordination des Arbeitsablaufes liegt bei der Professur für Elektrische Energiesysteme der Helmut-Schmidt-Universität | Universität der Bundeswehr Hamburg. Als zentraler Projektpartner wird die Stromnetz Hamburg GmbH über Workshops und Datenaustausche eingebunden, sodass eine Bearbeitung anhand realer Netzdaten und des aktuellen Netzstatus möglich wird.

Weitere Projektpartner werden bei der Bearbeitung einzelner Arbeitspakete hinzugezogen, um Konzepte und Methoden immer an realen Systemen und State-of-the-Art Lösungen ausrichten zu können. Die Auswahl und Entscheidung über die Projektpartner des Forschungs- und Innovationslabors, in deren Eigenentwicklungen zum Last- und Lademanagement in das reale Hamburger Verteilnetz integriert werden sollen, wurde unter Berücksichtigung der jeweiligen fachlichen Stärken getroffen.