Lastmanagement versus Lastausgleich
Beide Begriffe werden oft synonym verwendet, haben jedoch leicht abweichende Bedeutungen, da Lastausgleich als eine Teilfunktion des Lastmanagements betrachtet werden kann.
- Der Lastausgleich berechnet die genaue Menge an Leistung, die einer EV-Ladestation zugewiesen werden sollte (entweder dynamisch oder statisch), um eine sichere maximale Last am Netzanschlusspunkt (GCP) zu gewährleisten. Er wird auch als Schutz von Sicherungen in Haushalten bezeichnet.
- Das Lastmanagement kombiniert diese Sicherheitsfunktionen mit einer breiteren Palette intelligenter Ladefunktionen wie Prioritätsladen, Gruppierung in Multi-Sicherungssetups und netzbezogenen Optimierungen.
Arten des Lastmanagements für EV-Ladenetze
Im Kontext der EV-Ladeinfrastruktur bezeichnet Lastmanagement den Prozess der Steuerung und Optimierung der Verteilung von Energieflüssen, um Netzüberlasten zu verhindern, sowohl die Installations- als auch Betriebskosten zu senken und effiziente Ladeabläufe sicherzustellen.
In EV-Ladenetzen werden üblicherweise zwei Hauptarten von Lastmanagementsystemen eingesetzt:
Statisches Lastmanagement
Beim statischen Lastmanagement wird die verfügbare Netzleistung gleichmäßig auf alle EV-Ladestationen anhand individuell eingestellter Konfigurationen verteilt. Ein fester Leistungsanteil wird der Ladeinfrastruktur zugewiesen und dann auf die Ladestationen aufgeteilt. Diese Methode ist einfach, aber unflexibel und eignet sich daher am besten für kleinere Ladeinfrastrukturen vor Ort mit stabilen und vorhersehbaren Energieverbrauchsmustern.
Dynamisches Lastmanagement
Dynamisches Lastmanagement (DLM) überwacht aktiv den Echtzeit-Energieverbrauch des gesamten Standorts, einschließlich nicht nur der Ladestationen, sondern auch aller anderen nicht steuerbaren Lasten, die an denselben Netzanschlusspunkt angeschlossen sind. So passt es die Leistungsverteilung unter den Ladestationen basierend auf der Nachfrage an. Auf Grundlage der Messungen an den Netzanschlusspunkten weist dieses System den Ladestationen dynamisch Leistung zu, was zu einer effektiveren Nutzung der Netzkapazität führt. DLM ist ideal für größere, komplexere Netzwerke mit variierenden Ladeanforderungen und unkontrollierbaren Lasten, da es eine bessere Energieeffizienz bietet und Netzüberlastungen verhindert.
Strategien für den Lastausgleich in EV-Ladenetze
Aufbauend auf den zuvor besprochenen Arten des Lastmanagements konzentriert sich der Lastausgleich auf die praktische Umsetzung einer effizienten Energieverteilung. Er stellt sicher, dass Energie optimal auf die EV-Ladestationen aufgeteilt wird, um die Leistung zu maximieren, die Netzstabilität zu erhalten und die Bedürfnisse der Nutzer:innen zu erfüllen. Je nach Betriebszielen und Anforderungen der Endnutzer:innen kommen unterschiedliche Strategien zum Einsatz:
First-Come, First-Served
Bei dieser Strategie werden Fahrzeuge in der Reihenfolge geladen, in der sie an die Ladestation angeschlossen werden. Sobald ein Ladepunkt verfügbar ist, beginnt das nächste Fahrzeug in der Warteschlange mit dem Ladevorgang. Obwohl diese Methode einfach und fair ist, kann sie während der Spitzenzeiten ineffizient sein.
Gleichmäßige Lastverteilung
Die gleichmäßige Lastverteilung teilt die verfügbare Energie zu gleichen Teilen auf alle angeschlossenen Ladestationen auf. Dies stellt sicher, dass jedes E-Auto einen gleichen Anteil an Energie erhält, wodurch Wartezeiten minimiert werden. Gleichzeitig verhindert dies, dass eine einzelne Ladestation die gesamte verfügbare Energie monopolisiert. Zudem wird die individuelle Nachfrage des jeweiligen Fahrzeugs berücksichtigt, indem ungenutzte Kapazitäten auf alle Ladestationen verteilt werden.
Prioritätsbasierter Lastausgleich
Diese Strategie weist den Ladestationen Prioritäten basierend auf bestimmten Kriterien zu, wie etwa Fahrzeugtyp, Nutzerkategorie (z. B. Flottenfahrzeuge, VIP-Kund:innen) oder Ladezustand der Batterie. Der prioritätsbasierte Lastausgleich stellt sicher, dass kritische Fahrzeuge zuerst mit Energie versorgt werden, wodurch die betriebliche Flexibilität in gemischten Ladeinfrastrukturnetzen erhöht wird.
Peak Shaving (oder Lastabwurf)
Peak Shaving, oder auch Lastabwurf beziehungsweise Spitzenlastkappung, ist eine eigenständige Smart-Charging-Technik, die darauf abzielt, die Energielast während Zeiten hoher Nachfrage zu reduzieren, um Spitzenlastgebühren zu vermeiden. Durch das temporäre Senken der Ladegeschwindigkeit oder das Pausieren nicht notwendiger Ladevorgänge zu strategischen Zeiten können Betreiber Lasten abwerfen und die Netzkosten erheblich senken.
Warum ist Lastmanagement für das EV-Laden wichtig?
Mit der beschleunigten Verbreitung von E-Autos wächst auch die Nachfrage nach Ladestationen, was die Belastung der Stromnetze erhöht. Ohne effektives Lastmanagement besteht das Risiko steigender Nachfragespitzen, Netzinstabilität und möglicher Stromausfälle.
Ausgleich von Nachfrage und Netzkapazität
Das EV-Laden zu Spitzenzeiten kann Stromnetze überlasten, was zu Spannungsspitzen und Service-Unterbrechungen führt. Lastmanagement-Lösungen verteilen Energie intelligenter, verhindern Nachfragespitzen und gewährleisten eine stabile Netzleistung. Integrierte Sicherheitsmaßnahmen wie der Leitungsschutz sorgen zusätzlich für die Absicherung der Infrastruktur, indem Überlasten automatisch vermieden werden.
Nachhaltiges Wachstum der Elektromobilität fördern
Intelligentes Lastmanagement optimiert den Energieverbrauch, senkt Kosten, schützt die Netzstabilität und unterstützt den nahtlosen Ausbau der EV-Infrastruktur – und sorgt so für eine zuverlässige, effiziente und nachhaltige Elektromobilität.
Warum ist Lastmanagement entscheidend für die Skalierung der EV-Ladeinfrastruktur?
Durch die maximale Ausnutzung der verfügbaren elektrischen Kapazität an einem EV-Ladestandort ermöglicht Lastmanagement Ladepunktbetreibern (Charge Point Operators, CPOs), mehr Ladepunkte an der bestehenden Netzinfrastruktur zu installieren. Dies ist entscheidend, um EV-Ziele zu erreichen und sowohl Zeit als auch Kosten bei der Installation neuer Ladestationen einzusparen.
Verteilung der Energie auf mehrere Ladestationen
Wenn mehrere E-Autos gleichzeitig geladen werden, kann die kumulierte Leistungsnachfrage die Kapazität des Netzanschlusspunkts überschreiten. Lastmanagementsysteme bewältigen dies, indem sie die verfügbare Leistung auf die Ladestationen verteilen und sicherstellen, dass die Gesamtnachfrage jederzeit innerhalb vorgegebener Grenzen bleibt. Dies wird durch fortschrittliche Algorithmen erreicht, die den Stromausgang jeder Ladestation anpassen, um sicherzustellen, dass die Grenzen der Sicherungen und des Netzanschlusspunkts niemals überschritten werden. Gleichzeitig werden die Anforderungen jeder Ladesitzung erfüllt, sodass die Mobilitätsbedürfnisse nicht beeinträchtigt werden.
Vorteile des dynamischen Lastmanagements
Dynamisches Lastmanagement ist eine fortschrittliche Methode, die die Leistungsverteilung in Echtzeit kontinuierlich überwacht und an Schwankungen in der Energienachfrage und -verfügbarkeit anpasst. Dieser Ansatz optimiert die Energieflüsse ganzheitlich und dynamisch, um:
- Effizienz zu maximieren: Sicherzustellen, dass jedes Elektrofahrzeug die passende Menge an Energie erhält, basierend auf seinem aktuellen Ladezustand (State of Charge, SoC) und der Gesamtkapazität des Systems. Dadurch werden alle Ladepunkte an einem Standort so schnell wie möglich innerhalb der Netzgrenzen geladen.
- Überlasten zu verhindern: Die Ladeleistung anzupassen, um die Kapazitätsgrenzen der Energieinfrastruktur nicht zu überschreiten, wodurch Ausfälle oder Schäden an der Ausrüstung vermieden werden.
- Die Nutzererfahrung zu verbessern: Gerechte Ladezeiten für alle Nutzer:innen zu gewährleisten, indem die Energie dynamisch dort zugewiesen wird, wo sie am dringendsten benötigt wird – sodass alle Fahrer:innen ihren Mindestladezustand innerhalb des gewünschten Zeitrahmens erreichen und sicherstellen können, dass sie ihr Ziel problemlos anfahren können.
Durch die Implementierung von dynamischem Lastmanagement können EV-Ladeparks eine größere Anzahl von Fahrzeugen aufnehmen, die bestehende Energieinfrastruktur effizient nutzen und zur Stabilität und Zuverlässigkeit des Stromnetzes beitragen.
Herausforderungen bei der Umsetzung von Lastmanagement in der EV-Ladeinfrastruktur
Die Optimierung der Energieverteilung und die Sicherstellung der Netzstabilität durch Lastmanagement im Bereich der EV-Ladeinfrastruktur sind entscheidend, jedoch mit einigen Herausforderungen verbunden. Zu den wichtigsten Hindernissen gehören:
Kompatibilität mit verschiedenen OEMs und deren Backends
Viele Ladestandorte für Elektrofahrzeuge umfassen Ladepunkte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (Gleichstrom- und Wechselstrom-Ladestationen) von verschiedenen Herstellern, die jeweils über eigene Backend-Systeme verfügen und unterschiedliche Protokolle nutzen. Eine nahtlose Interoperabilität zwischen diesen Komponenten zu erreichen, ist komplex und führt häufig zu Integrationsproblemen für Ladepunktbetreiber oder Parkhausbetreiber.
Regulatorische und politische Hürden
Regionale Unterschiede in den Energiepolitiken, Netzstandards und Vorschriften für die EV-Infrastruktur erschweren die Einhaltung von Anforderungen und können die Systemgestaltung sowie die Implementierung komplizieren.
Datensicherheit und Datenschutzbedenken
Der Echtzeit-Datenaustausch zwischen E-Autos, Ladestationen und Stromnetzen ist essenziell, macht die Systeme jedoch anfällig für Cyberbedrohungen. Robuste Cybersicherheitsmaßnahmen sind unerlässlich, erhöhen aber gleichzeitig die Komplexität.
Skalierungsherausforderungen
Mit der wachsenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen müssen Lastmanagementsysteme größere Ladenetze bewältigen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Dies erfordert anpassungsfähige und effiziente Lösungen.
Nutzererfahrung und Ladeerwartungen
Strategien wie Demand Response oder priorisiertes Laden können sich auf die Ladezeiten auswirken. Die Balance zwischen Effizienz und schnellem, zuverlässigem Laden erfordert dynamische Systeme, die sich flexibel an die Bedürfnisse der Nutzer:innen anpassen.
Integration erneuerbarer Energieressourcen
Die Einbindung von Solar- und Windenergie in Lastmanagementsysteme erhöht die Komplexität, da deren Einspeisung schwankt. Fortschrittliche Algorithmen und Batterie-Energiespeichersysteme sind erforderlich, um einen stabilen Energiefluss zu gewährleisten.
Vorteile des Lastmanagements für verschiedene Akteure der Energiewirtschaft
Lastmanagement spielt eine entscheidende Rolle bei der Optimierung der Energieverteilung, der Sicherstellung der Netzstabilität und der Unterstützung der Energiewende. Durch den Ausgleich von Angebot und Nachfrage in Echtzeit profitieren zahlreiche Beteiligte – von Netzbetreibern und E-Auto-Besitzer:innen bis hin zu Anbietern erneuerbarer Energien und politischen Entscheidungsträger:innen. Es ebnet den Weg für intelligente, nachhaltige Energiesysteme, senkt Kosten und steigert die Effizienz.
Netzbetreiber (VNB/ÜNB): Sorgen für Netzstabilität, verhindern Überlasten und optimieren die Energieverteilung in Spitzen- und Nebenzeiten.
Ladepunktbetreiber (CPOs): Ermöglichen eine bessere Nutzung der Ladeinfrastruktur, vermeiden teure Netzausbaukosten, senken Betriebskosten und schaffen Einnahmemöglichkeiten durch Flexibilitätshandel und Demand-Response-Programme.
E-Fahrzeugbesitzer:innen: Profitieren von einem reibungslosen Ladeerlebnis an Standorten mit verschiedenen Herstellern sowie von einer schnellen und kosteneffizienten Ladung innerhalb der Netzgrenzen.
PV- und Batteriehersteller: Erleichtern die reibungslose Integration von EV-Ladestationen mit kleineren PV-Systemen oder Batterien, indem sie Interoperabilität ermöglichen und die ganzheitliche Optimierung von Energieerzeugung, -speicherung und -verbrauch über verschiedene Anlagen hinweg unterstützen.
Parkraumbetreiber: Vereinfachen die Installation zusätzlicher Ladepunkte, indem der Bedarf an neuer Infrastruktur reduziert wird.
Batteriespeicheranbieter: Maximieren die Nutzung von Batterien zur Netzstützung, für Demand-Response-Programme und den Energiehandel, was die Rentabilität erhöht.
Regierungen und politische Entscheidungsträger:innen: Fördern Nachhaltigkeitsziele, indem sie die Energieeffizienz steigern, den Einsatz erneuerbarer Energien vorantreiben und Investitionen in die Netzinfrastruktur reduzieren.
Allgemeine Öffentlichkeit: Trägt zu einem stabileren und nachhaltigeren Energiesystem bei, verringert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und unterstützt die Energiewende.
Smart-Home- und Gebäudeinhaber:innen: Verbessern die Energieeffizienz, senken Kosten und steigern die Eigenversorgung durch optimierte Energienutzung und -speicherung.
Schlüsseltechnologien hinter Lastmanagementsystemen
Die Ausstattung der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge mit Lastmanagementsystemen erfordert den Einsatz mehrerer Schlüsseltechnologien, die Effizienz und Zuverlässigkeit steigern:
Integration von Energiemanagementsystemen (EMS)
Smart Charging stellt die nächste Entwicklungsstufe des Lastmanagements dar und nutzt fortschrittliche Technologien, um die Energieverteilung zu optimieren und die Effizienz von EV-Ladenetzen zu steigern. Im Mittelpunkt steht die Integration von Energiemanagementsystemen, die Echtzeiteinblicke in den Energieverbrauch liefern. Dadurch können Betreiber die Nachfrage prognostizieren und effiziente Strategien zur Leistungssteuerung umsetzen. So bleibt die Ladeinfrastruktur innerhalb der Netzkapazitäten, Überlasten werden vermieden, Kosten minimiert und die Zuverlässigkeit erhöht.
Wichtige EMS-Module:
- Dynamisches Lastmanagement: Passt Lastlimits in Echtzeit an, um die Energieverteilung je nach Nachfrage auszugleichen.
- Kaskadierende Sicherungen: Isolieren Fehler und erhalten die Systemstabilität, indem nur betroffene Abschnitte abgeschaltet werden.
- Peak Shaving: Verringert den Energieverbrauch in Spitzenzeiten, indem Ladevorgänge verzögert werden, um Netzentgelte zu senken.
- Netzschutz: Überwacht Spannung und Strom, um Überlasten zu verhindern und die Infrastruktur zu schützen.
- Tarifoptimierung: Steuert Ladevorgänge in Nebenzeiten, um Energiekosten zu senken.
- Virtuelle Netzerweiterung: Simuliert zusätzliche Netzkapazitäten durch intelligente Verteilung der verfügbaren Energie und reduziert so den Bedarf an Infrastruktur-Upgrades.
Diese Features verbessern die betriebliche Effizienz, senken Kosten und unterstützen skalierbare EV-Ladenetzwerke.
Echtzeit-Datenmonitoring und Steuerung
Das Echtzeit-Monitoring ist ein zentraler Bestandteil des smarten Ladens und ermöglicht eine dynamische Leistungssteuerung basierend auf aktuellem Energiebedarf und -angebot. Fortschrittliche Sensoren und Netzwerke erfassen Daten zu Energieverbrauch, Netzstatus und Ladeanforderungen von E-Autos. Dadurch können Ladegeschwindigkeiten unmittelbar angepasst oder Energie umverteilt werden, um die Netzstabilität zu gewährleisten.
Rolle von KI und IoT im Lastmanagement
KI und IoT heben das smarte Laden auf ein neues Niveau, indem sie prädiktive Analysen und Automatisierung ermöglichen. KI analysiert historische und Echtzeitdaten, um die Nachfrage vorherzusagen, Ladepläne zu optimieren und potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen. IoT-Anlagen ermöglichen die reibungslose Kommunikation zwischen E-Autos, Ladestationen und Stromnetzen, wodurch ein adaptives und vernetztes Ökosystem entsteht. Gemeinsam steigern diese Technologien die Effizienz, senken Kosten und verbessern die Benutzerzufriedenheit.
Durch die Integration von smarten Laden mit EMS, Echtzeitsteuerung und fortschrittlichen Technologien wird die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge effizienter, skalierbarer und optimal in Energienetze eingebunden.
Praktische Anwendungen des Lastmanagements
In der schnell wachsenden EV-Industrie ist effektives Lastmanagement entscheidend für den Ausbau der Infrastruktur, die Minimierung von Kosten und die Sicherstellung der Netzstabilität. Zwei herausragende Beispiele für erfolgreiche Lastmanagement-Implementierungen stammen von Fastned, einem führenden europäischen Anbieter von Schnellladeninfrastruktur, und ChargeOne, einem bedeutenden deutschen Ladepunktbetreiber. Beide Unternehmen setzen XENON von gridX ein, um Netzlimits vollständig auszunutzen oder zu überwinden und den Ausbau einer effizienten, skalierbaren EV-Ladeinfrastruktur zu beschleunigen.
Fastned: Schnellladen mit smartem Lastmanagement
Herausforderung:
Fastned, 2012 in Amsterdam gegründet, betreibt Schnellladeinfrastruktur für E-Autos, die bis zu 350 kW Leistung liefern – genug, um in nur 15 Minuten eine Reichweite von 300 km zu ermöglichen. Allerdings stellte die hohe Energienachfrage durch das Schnellladen erhebliche Herausforderungen dar, darunter das Risiko einer Netzüberlastung, hohe initiale Investitionskosten für die Infrastruktur und ein ständig schwankender Energiebedarf.
Lösung:
Fastned integrierte XENON von gridX, mit Fokus auf die Module „Grid Protector“ und „Peak Shaver“, um die Energieverteilung intelligent zu steuern. Diese Lösungen optimierten die Nutzung der Netzanschlusspunkte, sodass Fastned seine Ladeinfrastruktur erweitern konnte, ohne teure Netzausbauten vornehmen zu müssen. Das „Peak Shaver“-Modul ermöglichte es Fastned, den Energieverbrauch auszugleichen, die Spitzenlasten zu verringern und die Betriebskosten zu senken. Darüber hinaus wurde durch die Integration von Photovoltaik(PV)-Systemen die Nachhaltigkeit und Energieeffizienz weiter verbessert.
Ergebnisse:
- Erhöhte Ladeleistung: Fastned konnte seine Ladeinfrastruktur erweitern, ohne die Netzanschlüsse auszubauen, und so mehr EV-Fahrer:innen effizient bedienen.
- Kosteneinsparungen: Reduzierte Energiekosten und minimierte Infrastruktur-Upgrades.
- Nachhaltigkeit: Integration erneuerbarer Energiequellen für umweltfreundlichere Betriebsabläufe.
ChargeOne: Scaling EV infrastructure with dynamic load management
Herausforderung:
ChargeOne, ein führender Ladepunktbetreiber, der Teil der Claus Heinemann Elektroanlagen GmbH ist, stand vor erheblichen Herausforderungen beim Ausbau der EV-Ladeinfrastruktur in ganz Deutschland. Langsame Netzexpansion, hohe Anschlusskosten und Netzinstabilität erschwerten die schnelle Bereitstellung neuer Ladeparks.
Lösung:
ChargeOne ging Ende 2022 eine Partnerschaft mit gridX ein und implementierte XENON sowie das IoT-Gateway „gridBox”, um intelligentes, dynamisches Lastmanagement zu ermöglichen. Das „Grid Protector“-Modul ermöglichte es ChargeOne, die Ladebelastung in Echtzeit zu überwachen und intelligent zu steuern. Das System passt die Ladegeschwindigkeiten seither dynamisch an und priorisiert Ladevorgänge, um Netzüberlasten zu vermeiden, selbst wenn mehrere Fahrzeuge gleichzeitig aufgeladen wurden. Darüber hinaus berücksichtigte das System die schwankenden Energieanforderungen benachbarter Gebäude, um eine optimale Energiedistribution zu gewährleisten.
Ergebnisse:
- 5-mal mehr Ladepunkte: ChargeOne installierte fünfmal so viele Ladepunkte pro Standort, ohne das Netz auszubauen.
- Über 1.000 neue Ladepunkte: Innerhalb von neun Monaten wurden mehr als 1.000 neue Ladepunkte installiert und mit XENON verbunden.
- Kosteneffizienz: Deutlich reduzierte Netzausbaukosten und schnellere Projektumsetzungen.
Expertensicht zur Zukunft von Lastmanagement und E-Mobilität
„Die Zukunft des EV-Ladevorgangs hängt davon ab, eine solide Grundlage für Last- und Energiemanagement zu schaffen“, sagt Alexandra Mitlewski, Customer Success Managerin bei gridX. Mit einer erwarteten Steigerung der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen in Europa, einschließlich Elektro-LKWs, von mehr als 150 Prozent bis 2030, stehen die Verteilnetzbetreiber unter enormem Druck, die Netzstabilität aufrechtzuerhalten.
Für Ladepunktbetreiber bietet sich eine spannende Gelegenheit, in den Flexibilitätsmarkt einzutreten, indem sie ihre Netze als virtuelle Kraftwerke (VPPs) nutzen. Doch um erfolgreich zu sein, ist eine zuverlässige Lastmanagement-Plattform erforderlich.
Der Einsatz von Batteriespeichern stellt einen weiteren entscheidenden Vorteil für CPOs dar. Diese Systeme können den Ausbau von Ladeinfrastruktur in Gebieten mit begrenzter Netzkapazität beschleunigen und die Rentabilität durch den Stromhandel verbessern, indem Energie zu Zeiten niedriger Preise gespeichert wird. Ein robustes Last- und Energiemanagementsystem ist entscheidend, um das volle Potenzial dieser Innovationen zu erschließen und ein nachhaltiges Wachstum im Bereich der E-Mobilität voranzutreiben.
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