Elektromobilität
Neben dem Ausbau der erneuerbaren Energien und der Energieeinsparung müssen auch die bestehenden Mobilitätsangebote zukunftsweisend umgestellt werden. Eine der effektivsten Möglichkeiten, im Sektor Mobilität den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren, ist die Umstellung vom Verbrennungsmotor hin zu Elektrofahrzeugen.
Elektrofahrzeuge fahren emissionsfrei und sind deutlich leiser als konventionelle Fahrzeuge. So können negative Auswirkungen auf Klima und Gesundheit reduziert und die Lebensqualität in den Städten von morgen verbessert werden.
SPARCS hat in diesem Zusammenhang verschiedene Untersuchungen durchgeführt und in Pilotprojekten visionäre Ladevorgänge erprobt. Das Projekt hat damit entscheidend zum Ziel einer nachhaltigen Verkehrswende des Energie- und Klimaschutzprogramms der Stadt beigetragen.
Das Energie- und Klimaschutzprogramm sieht eine Stärkung des Umweltverbundes aus
Fuß-, Rad- und öffentlichem Personennahverkehr mit Verknüpfung zu intermodalen Verkehrsangeboten (carsharing, Park/Bike & Ride, Elektrifizierung des MIV) vor.
SPARCS-Maßnahmen
Bidirektionales Laden von Elektrofahrzeugen
Bidirektionales Laden von Elektrofahrzeugen
Bidirektionales Laden von Elektrofahrzeugen bezieht sich auf die Fähigkeit eines E-Fahrzeugs, nicht nur Strom aus dem Netz oder von einer Ladestation zu beziehen, sondern auch Strom in das Netz zurückzuspeisen. Das bedeutet, dass die Fahrzeugbatterie als Stromquelle für das angeschlossene Netz und nicht nur für die Stromversorgung des Fahrzeugs genutzt werden kann.
In einem lokalen Energienetz mit diversifizierter lokaler Energieerzeugung (Microgrid), das sowohl unabhängig als auch in Verbindung mit dem Hauptnetz betrieben werden kann, hat das bidirektionale Laden von E-Fahrzeugen mehrere Vorteile. Zu diesen Vorteilen gehört der Ausgleich von Energieangebot und -nachfrage. In Zeiten hoher Nachfrage kann die in den Batterien der E-Fahrzeuge gespeicherte überschüssige Energie in das Netz zurückgespeist werden, um den erhöhten Bedarf zu decken.
Ein weiterer Vorteil ist der Ausgleich von Spitzenlasten. E-Fahrzeuge können aufgeladen werden, wenn der Energiebedarf geringer ist, und zur Stromversorgung des Mikronetzes verwendet werden, wenn der Bedarf höher ist. Auf diese Weise muss in Spitzenzeiten weniger Strom aus dem Hauptnetz bezogen werden, was Kosten senkt und eine Überlastung des Netzes verhindert.
Die Aufrechterhaltung einer ausgeglichenen, stabilen Netzfrequenz ist in einer Microgrid-Umgebung wichtig. In der Baumwollspinnerei wurde das bidirektionale Laden zusammen mit einer Lastmanagement-Software eingeführt, um einen Mindestladezustand zu gewährleisten.
Insgesamt kann das bidirektionale Laden von E-Fahrzeugen dazu beitragen, ein flexibleres und effizienteres Energiesystem zu schaffen, in dem Energie zielgerichtet erzeugt, gespeichert und genutzt wird. Am effektivsten umzusetzen ist es in größeren Flotten. Es kann ebenso dazu beitragen, die Nutzung erneuerbarer Energiequellen zu fördern und die Treibhausgasemissionen eines Energiesystems zu verringern.
Ziel
Stabilisierung des Mikronetzes durch Lastmanagement
Anzahl Ladesäulen
3
Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Cenero Energy GmbH, BMW,
KOSTAL Industrie Elektrik GmbH
Ort
Baumwollspinnerei
Untersuchung zur Optimierung der Ladevorgänge von E-Bussen der LVB
Untersuchung zur Optimierung der
Ladevorgänge von E-Bussen der LVB
Im Jahr 2021 wurden stufenweise die drei Leipziger Buslinien 74, 76 und 89 elektrifiziert. Hierfür wurden 21 E-Busse beschafft. Diese können an Schnellladestationen am Connewitzer Kreuz, am Herzzentrum und im Busdepot in Lindenau geladen werden. Für die LVB war es wichtig zu erfahren, ob die Dimensionierung der Ladeleistung an den Ladestationen angemessen ist oder angepasst werden sollte. Eine zu hoch angesetzte maximale Leistung der Ladestationen kann zu hohen Lastspitzen und dadurch zu einer unnötigen Belastung des Stromnetzes und Mehrkosten führen. Eine zu geringe maximale Ladeleistung führt zu längeren Ladeprozessen und kann dadurch den reibungslosen und unterbrechungsfreien Fahrbetrieb gefährden.
Um herauszufinden, ob es diesbezüglich Optimierungspotenzial am Connewitzer Kreuz gibt, wurden diverse Analysen durchgeführt. Dabei wurden sowohl die Fahrten der Busse selbst als auch die Daten der Ladevorgänge für die Fahrten untersucht. Im Zeitraum vom 01. August 2021 bis zum 31. Juli 2022 wurde untersucht, wie oft und wie lange jeder E-Bus täglich geladen, welche Strecken zurückgelegt und welche Routen gefahren wurden und wie sich der prozentuale Ladezustand der Batterien entwickelt hat.
Durch diese Untersuchung konnte an der Endhaltestelle Herzzentrum Optimierungspotenzial identifiziert und eine Ladelastreduktion von 320 kW auf 200 kW durchgeführt werden. Die Dimensionierung der Schnellladestation am Connewitzer Kreuz wurde bestätigt. Das Stromnetz kann dadurch tagsüber an den Schnellladestationen entlastet werden und die Ladevorgänge werden in die Nachtstunden in das Depot verschoben, wo die Ladevorgänge durch ein Lademanagementsystem gesteuert werden.
Ziel
Untersuchung der Möglichkeiten zur Ladelastreduzierung an verschiedenen E-Bus-Ladestationen.
Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Leipziger Verkehrsbetriebe GmbH,
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (Fraunhofer IAO)
Ort
Leipzig: Haltestellen Connewitzer Kreuz und Herzzentrum
Anzahl untersuchte Busse
21
Lastengesteuertes Flottenmanagement für den Pkw-Fuhrpark der Leipziger Stadtwerke
Lastengesteuertes Flottenmanagement für den Pkw-Fuhrpark der Leipziger Stadtwerke
Energie- und Verkehrswende gehen Hand in Hand. Deshalb befassen sich die Leipziger Stadtwerke im Rahmen des SPARCS-Teilprojekts zur Entwicklung virtueller Energiequartiere damit, wie im Bereich E-Mobilität die Energienachfrage (Ladevorgänge) und -erzeugung möglichst optimal aufeinander abgestimmt werden können. Ziel ist es, die Energieflüsse zu optimieren, um Versorgungsengpässe und Überlastungsszenarien zu vermeiden. Hierfür entwickeln und erproben die Leipziger Stadtwerke ein intelligentes Lademanagementsystem, das dank seiner Benutzungsfreundlichkeit auch für die Endkundschaft attraktiv ist und somit vielen Menschen einen einfachen Zugang zur Elektromobilität ermöglicht.
Die Leipziger Stadtwerke haben ein eigenes E-Mobility-Backend basierend auf dem OCPP-Protokoll entwickelt, das für das intelligente Flottenmanagement der eigenen Elektrofahrzeuge genutzt wird. Dieses Backend ermöglicht das Abschalten von Ladevorgängen der L-Flotte abhängig vom Status des Netzes. Die Flotte besteht aus etwa 50 Autos, die an 454 Leipziger Ladesäulen über das Flottenmanagement angesprochen werden können.
Das Ziel war es, den Stromverbrauch zu dynamisieren und das Verteilnetz zu schonen. Dabei wurde erprobt, ob sich die Nutzerinnen und Nutzer an diesem Konzept beteiligen können und wollen.
Das intelligente Laden der L-Flotte ist eine Innovation in der E-Mobilität; hier wird intelligentes Lastmanagement in realen Anwendungen erprobt (Demand Response). Ist das dynamische System aktiviert, wird der Ladevorgang der Elektrofahrzeuge unterbrochen, sobald dem Verteilnetz Überlastung droht. Die Zielgruppe des Flottenmanagements besteht perspektivisch aus allen Elektrofahrzeugnutzerinnen und -nutzern, die daran teilnehmen können.
Für den SPARCS-Showcase wurden die Fahrzeuge der L-Flotte angesprochen. Offene Standards und Protokolle haben in diesem Kontext eine wichtige Rolle eingenommen. Durch den Einsatz des OCPP-Protokolls konnte das Flottenmanagement der Leipziger Stadtwerke reibungslos in andere Systeme integriert werden. Außerdem hat es eine offene und transparente Kommunikation zwischen verschiedenen Akteurinnen und Akteuren im Bereich der Elektromobilität ermöglicht.
Ziel
Dynamisierung des Stromverbrauchs und Schonung des Verteilnetzes
Anzahl Pkws
50
Anzahl Ladesäulen
454
Ort
Virtuelles Energiequartier (Gelände der Leipziger Stadtwerke, z. B. Arno-Nitzsche-Str.)
Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Leipziger Stadtwerke
Benutzerfreundliche Plattform „Leipziger”-App zur Nutzung von E-Ladeinfrastruktur
Benutzerfreundliche Plattform „Leipziger”-App zur Nutzung von E-Ladeinfrastruktur
Mit der „Leipziger“-App haben die Leipziger Stadtwerke eine nutzerfreundliche Plattform für mobile Endgeräte entwickelt, die für die Kundschaft der Stadtwerke die Nutzung von Ladesäulen in und um Leipzig vereinfacht. Mit der App lassen sich die über 450 Ladepunkte in Leipzig ansteuern. Sie bietet eine Übersicht über Ladestand, den aktuellen Preis sowie eine transparente Darstellung aller Abrechnungen. Mit einer jährlichen Gesamtnutzung von 117 000 kWh sind diese Ladesäulen entscheidend, um den steigenden Bedarf an Ladestationen für Elektroautos zu decken. Durch unterstütztes Roaming lassen sich mit der App darüber hinaus über 3 300 weitere Ladepunkte der Roaming-Partnerfirmen bundesweit ansteuern.
Bei der Weiterentwicklung von Funktionalitäten setzen die Stadtwerke auf einen iterativen Ersatz von fremdgelieferten Dienstleistungen durch Eigenentwicklungen, die auf Open Source basieren. Die Entwicklung eines eigenen Ladesäulen-Backends war entscheidend, um ein intelligentes Laden und die Steuerung der Ladevorgänge von Elektroautos zu ermöglichen. Dabei diente das Open Charge Point Protocol (OCCP) als Grundlage für das selbstentwickelte Backend. OCCP definiert eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle zwischen den Ladestationen und einem zentralen Backend-System. Die Verwendung von OCCP stellt sicher, dass Ladestationen verschiedener herstellender Firmen miteinander kommunizieren können. Dieses freie Protokoll ermöglicht den IT-Betrieb ohne externe Dienstleistende, was eine hohe Flexibilität und Unabhängigkeit gewährleistet.
Die Entwicklung eines interoperablen Backends basierend auf OCCP war aufgrund der Komplexität des E-Mobility-Betriebs eine große Herausforderung. Es mussten viele Szenarien, Produkte und Anwendungsfälle berücksichtigt werden.
Die „Leipziger“-App und das dahinterliegende System bilden das Fundament für viele weitere Value-Added-Services, um die Nutzerinnen und Nutzer kontinuierlich mit innovativen Leistungen zu versorgen. Hierzu zählen unter anderem Störungsmelder der Stadt Leipzig, Stadtpläne sowie weitere Mobilitätsservices. Nutzerinnen und Nutzer von Dienstwägen haben darüber hinaus die Möglichkeit, App-gesteuert von zu Hause zu laden und bekommen monatlich über B2B-Abrechnungen den verwendeten Strom erstattet. Die Leipziger Kundschaft profitiert von einem einzigen System, das alle Geräte interoperabel nutzt. Egal, ob es sich um öffentliche Ladesäulen oder Wallboxen zu Hause handelt, alle Geräte können über einen Account genutzt werden.
Ziel
Vereinfachung der Nutzung von Elektroautos und Ladesäulen in Leipzig zur Weiterverbreitung der Elektromobilität
Eingebundene Wallboxen
über 450
Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Leipziger Stadtwerke
Ort
Gesamtstadt – virtuelle Energiegemeinschaft
News: Erneuerbare Energien
