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Lastmanagement in der E-Mobilität

Zum Einstieg ein kurzes Beispiel: Ronny, Ronja und Robin fahren Elektroautos, die mit 22 kW am Wechselstrom laden können. Die drei kommen kurz nacheinander auf einem Parkplatz an und wollen laden. Da die Ladepunkte über einen gemeinsamen Netzanschluss betrieben werden, müsste dieser mindestens 66 kW liefern.

Vielleicht habt ihr das Problem schon erkannt: Das ist ziemlich viel, und wir sind erst bei drei Autos! Was passiert dann erst bei einem Firmenfuhrpark oder Mehrfamilienhaus mit Dutzenden Fahrzeugen, die gleichzeitig am Strom hängen? Man könnte natürlich den Stromanschluss verstärken, um die Leistungsspitzen abzufangen, sofern die technischen Bedingungen vor Ort das erlauben. Wird allerdings die Grenze von 30 kW Anschlussleistung überschritten, wird dafür ein Baukostenzuschuss (BKZ) an den Netzbetreiber fällig. Dieser wird mit einem Pauschalbetrag je Differenz-Kilowatt (in unserem Beispiel also mindestens 36 kW) berechnet. Die Pauschale variiert, kann aber mit etwa 60 €/kW überschlagen werden. Leistungsstarke Anschlüsse können so leicht Kosten im vierstelligen Bereich verursachen. Es muss also eine andere Lösung her: Das Zauberwort ist Lastmanagement.

Was ist Lastmanagement?

So nennt sich die verbraucherseitige Leistungsregelung, sprich es wird von den Ladestationen nur so viel Leistung bezogen, dass der Anschluss nicht überlastet wird. Um das zu erreichen, laden nicht einfach alle Fahrzeuge so schnell sie können; stattdessen „erlaubt“ ein vorgeschaltetes System ihnen eine bestimmte Ladeleistung, die sich nach der Anzahl angeschlossener Fahrzeuge und der verfügbaren Last richtet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, nach denen diese Aufteilung erfolgen kann. Deshalb ein kurzes Beispiel zu geregeltem und sequentiellem Lastmanagement: Unsere drei E-Mobilisten kommen nacheinander an einem Ladepark an und wollen jeweils 22 kWh laden. Insgesamt kann das Lastmanagement 22 kW Ladeleistung verteilen:

Wie man sieht, gibt es im sequentiellen System eine „Rangordnung“ der Fahrzeuge, die sich nach der Reihenfolge richtet, in der sie angeschlossen wurden. Das geregelte System behandelt hingegen alle Fahrzeuge gleich, egal wann sie an der Station eingetroffen sind. Die Ladekurven der drei Fahrzeuge aus dem Beispiel sehen so aus:

Beide Systeme haben Vor- und Nachteile: Wer an einem sequentiell gemanagten Ladepunkt hält, kann immer im Voraus wissen, wie lange der Vorgang dauern wird, da eventuell hinzukommende Fahrzeuge ihn nicht beeinflussen. Andererseits gehen später eintreffende Fahrzeuge möglicherweise über eine längere Zeit komplett leer aus, ein geregeltes System lässt in diesem Fall alle zumindest mit verminderter Geschwindigkeit laden. Neben diesen Varianten können Fahrzeuge auch gezielt, zum Beispiel nach einem Fahrplan, priorisiert werden.

Statisches vs. Dynamisches Lastmanagement

In dem Beispiel standen 22 kW zur Verteilung bereit. Diese für die Ladestationen verfügbare Leistung ergibt sich aus der Differenz der insgesamt am Anschluss abrufbaren Leistung und der Last, die von allen sonstigen Verbrauchern am Anschluss gezogen wird. Anders gesagt: Wenn das Haus mehr Strom braucht, steht weniger für die Autos zur Verfügung. Doch woher weiß das Lastmanagement-System, wie schnell es die Autos nun laden darf? Auch hierfür gibt es zwei Varianten:

Bei statischem Lastmanagement wird ein fester Leistungswert vorgegeben, auf den die Ladepunkte jederzeit gleichermaßen zurückgreifen können. Das ist eine recht simple Herangehensweise, allerdings muss beachtet werden, dass dieser statische Wert nicht anpassungsfähig ist und auf den Fall ausgelegt werden muss, in dem die sonstigen Verbraucher mit maximaler auftretender Last arbeiten. Das ist vor allem ein Problem, wenn die Leistungsabnahme der bereits vorhandenen Verbraucher tagsüber viel höher liegt als nachts, zum Beispiel bei einer Werkshalle mit leistungsstarken Werkzeugmaschinen. In diesem Fall laden die Fahrzeuge über Nacht genauso schnell wie tagsüber, obwohl der Anschluss ausreichend Reserven bieten würde.

Dynamisches Lastmanagement passt deshalb den zur Verfügung gestellten Leistungsdeckel an. Dazu wird die von anderen Verbrauchern ausgehende Last gemessen und die Differenz zur abrufbaren Gesamt-Anschlussleistung in Echtzeit gebildet. Die dafür nötige Soft- und Hardware ist zwar etwas aufwändiger und teurer, kann sich aber lohnen, da der Netzanschluss so effizienter ausgenutzt werden kann.

Fazit

Die Gesamt-Ladeleistung in unserem Beispiel mit und ohne Lastmanagement hätte sich über die Zeit so entwickelt:

Solche Lastspitzen können bei Anlagen mit mehreren Ladepunkten zu unrealistisch hohen Anschlussanforderungen führen, die den Aufbau unnötig teuer oder sogar technisch kaum umsetzbar machen. Mit einem Lastmanagement werden solche Spitzen geglättet und die nötige Anschlussleistung auf einem niedrigeren Level gehalten, oft muss nicht einmal die BKZ-Grenze überschritten werden.

Ob ein statisches System ausreicht, oder ob ein dynamisches gewählt werden sollte, hängt in erster Linie davon ab, wie groß die Schwankungen zwischen minimaler und maximaler Last der anderen Verbraucher am Anschluss sind. In jedem Fall können mit ein wenig Planung die Anschlussleistung niedrig und der Aufbau von Ladeinfrastruktur damit kostengünstig gehalten werden.

Standardbild
Thomas Stephan
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