Voll geladen - Infrastruktur für E-Fahrzeuge - Neujahrsforum Zuzwil Jochen Horn
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JANUAR 2018 Voll geladen – Infrastruktur für E-Fahrzeuge Neujahrsforum Zuzwil Jochen Horn
January 22, 2018 Slide 2
Programm • Entwicklung der Elektromobilität – wo geht die Reise hin? • Ist das (Verteil-)Netz ausreichend dimensioniert? • Welche Infrastrukturlösungen sind nötig und verfügbar? January 22, 2018 Slide 3
Entwicklung der Elektromobilität – wo geht die Reise hin?
Situation bei Elektroautos
Zuversicht spiegelt sich noch nicht massgeblich im Kaufverhalten wider
Zugelassene PKWs in der Schweiz:
2000 2015 2016
Benzin & Diesel 3‘544‘172 4‘387‘881 4‘441‘402
Hybrid 0 48‘508 57‘439
Rein elektrisch 754 7‘531 10‘724
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Herstellersicht
Alle Hersteller bauen ihre Portfolios aus
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Quelle: e‘mobile by electrosuisse
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1. Zwischenfazit
• Mehr als 50 % der Bevölkerung sind überzeugt, dass die Elektromobilität zunehmen wird.
• Alle namhaften PW-Hersteller haben heute reine Elektrofahrzeuge und Hybridmodelle im
Portfolio.
• Alle namhaften Bushersteller haben batteriebetriebene Busse oder hybridbetriebene Modelle im
Angebot. Trolleybusse sind nach wie vor hochaktuell.
• LKW-Anbieter betreiben Pilotprojekte für Langstreckenlösungen, für Kurz- und Mittelstrecke und
geringere Lasten sind eine Vielzahl an Modellen bereits am Markt.
Elektromobilität wird im Privatbereich wesentlich zunehmen, im
ÖV-Bereich ist sie bereits Realität und wird weiter ausgebaut.
January 22, 2018 Slide 11Dimensionierung des Netzes
Netzstabilität
Abschätzung der Auswirkungen durch PWs (Basis: Alpiq)
Grunddaten:
• PKW Sättigungsdichte ca. 750 pro 1000 Einwohner
• Energieverbrauch Elektromobilität: ca. 20 kWh/100 km
• Mittlere tägliche Fahrstrecke: ca. 40 km/Tag
• pro 1 % Marktdurchdringung Elektromobilität:
Energieverbrauch pro Einwohner 0.06 kWh/Tag
Lade-Anschlussleistung pro Einwohner 1) 15 W
• Anschlussleistung pro Einwohner ca. 2.5 kW auf Netzebene 7
• 1 % Elektromobilität erhöht die Netzbelastung daher nur um ca. 0.6 %
• Mit einer intelligenten Steuerung kann die Last gut geschoben werden, da im
Schnitt 4 h ausreichen um die Battiere wieder voll aufzuladen
Zitat von electrosuisse:
„Für den Alltag, währenddem durchschnittlich ca. 40 km […]
zurückgelegt werden, reicht die bestehende Netzinfrastruktur aus
heutiger Sicht aus.“
Energieverbrauch: 8 kWh/Tag/Elektroauto
January 22, 2018 Slide 13 Energieverbrauch pro Einwohner: 8 kWh/Tag/Elektroauto * 750/1000 Autos/Einwohner * 1/100 Elektroauto/Autos = 0.06 kWh
1) Bei einer angenommenen Ladedauer von 4 h (Ladeleistung des Ladegeräts 2 kW)Messevent der Berner Fachhochschule
Veröffentlicht im bulletin 9/2012
GKN-3x240/240 50 mm² Kabel
PowerQuality (EN 50160 Grenzwerte Spannung):
Unsymmetrie (EN 50160):
Total harmonic distortion (EN 50160):
January 22, 2018 Slide 14 EN 50160 Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen2. Zwischenfazit
• Solange keine Schnelllader eingesetzt werden, ist das Niederspannungsnetz ausreichend
dimensioniert, um ein vielfaches der heutigen Elektromobilität aufzunehmen.
• Für kommerzielle Ladestationen (Schnelllader, Ladestellen für Fahrzeugflotten) ist die
Infrastruktur bis ins MS-Netz aus- bzw. aufzubauen.
• Auch der Aufbau der Elektromobilität wird Zeit beanspruchen – Zeit die für die Anpassung des
NS- und MS-Netzes genutzt werden kann.
Die Auswirkungen auf das Verteilnetz sind beherrschbar.
January 22, 2018 Slide 15Lösungen für die Infrastruktur
Empfehlung electrosuisse:
Links: Rechts:
January 22, 2018 Slide 17Lade- bzw. Elektrifizierungsinfrastruktur für …
- Privatfahrzeuge (PWs)
- DC Wallbox Systeme
- Schnellladesysteme
January 22, 2018 Slide 18DC Wallbox Anschluss: 1P/2P/3P + N + PE 200-230/400 VAC ±10 % Max. Eingangsnennstrom 100 A/40 A Kommunikation GSM / 3G modem / Ehternet Lastbegrenzung möglich. January 22, 2018 Slide 19
Terra 53 Terra HP
Anschluss: Anschluss:
3P + N + PE 3P + N + PE
400 VAC ±10 % 400 VAC ±10 %
174 kVA
Lastfaktor > 0.99
Max. Nennleistung
55 kVA Abgabe:
77 kVA 150 – 920 VDC
98 kVA 375 oder 500 A
Lastfaktor > 0.96
Kommunikation Kommunikation
GSM / 3G modem / GSM / 3G modem /
Ehternet Ehternet
Lastbegrenzung Modulares System.
dynamisch möglich.
Lastbegrenzung < 150 m
dynamisch möglich.
January 22, 2018 Slide 20Lade- bzw. Elektrifizierungsinfrastruktur für …
- Privatfahrzeuge (PWs)
- DC Wallbox Systeme
- Schnellladesysteme
- Öffentlicher Verkehr
- Lösung Übernachtladung
- Lösung OppCharge
- Lösung Tosa
- Trolleybus/Tram
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Lösung OppCharge
Zuverlässig, skalierbar und basierend auf offenen Industrie Standards
Langlebiger Aussenraumschrank Automatisches Ladesystem
150 kW 150 kW 150 kW
– Modulare 150 kW, 300 kW und 450 kW – Hohe Ladeleistung
– Redundante 150 kW Module – Funkbasierte Kommunikation zum Bus
– 200 - 920 VDC – Basiert auf
– Galvanische Trennung • EN/IEC 61851-23
– Fernsteuerung und -wartung • ISO/IEC 15118 («Road vehicle to grid communication interface»)
– OppCharge kompatibel
January 22, 2018 Slide 25TOSA E-Bus System
Modulare Lademöglichkeiten – Beispiele typischer Netzanschlussleistung
Flash / Terminus / Depot
Flash 3’
Der Energiespeicher wird entsprechend dem Grid AC
connection
50 kVA, 400 VAC DC M
lokalen Netz und dem Linienbetrieb ausgelegt.
M
Galvanic ABB ISU Energy Energy
Es gibt folgende drei Typen: insulation IGBT charger Storage Unit transfer Flash 15’’
600 kW, 500 VDC
– Flash-Ladung an ausgewählten Haltestellen
(15 Sek.)
– Terminal Ladestationen (4-5 Min.) Terminus 3-4’ Grid AC Terminus 3-4’
connection
400 kVA, 400 VAC DC 400 kW, 500 VDC
– Depot (30 Min.)
M M
Galvanic ABB ISU Energy
insulation IGBT rectifier transfer
Depot 30’ / 120’ Depot 30’
AC
(4 Busse) Grid
connection
DC M M
50 kW,500 VDC
50 kVA , 400 VAC
Galvanic Diode Energy
insulation rectifier transfer
Plug
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January 22, 2018 Slide 28
Trolleybus/Tram Infrastruktur
Benötigte Komponenten
MV Switchgear
Umfassendes Portfolio aus einer Hand
– Engineering, Gesamtprojektleitung, Installation
und Inbetriebsetzung
– Primär und Sekundär, Luft- und Gas isolierte
Mittelspannungsschaltanlagen ENVILINE ERS DCGear
INP
– Trocken und Öl Gleichrichter sowie Hilfsbetriebs- AC IC
transformatoren ICO ENVILINE ESS
UC
– Diodengleichrichter, Thyristorgesteuerte DC
Gleichrichter und Wechselrichter
US
– DC Schaltanlagen ENVILINE TDR
IS
DCGear
DC
– Energie Rückgewinnung - IGBT Wechselrichter
INS
IR
speist überschüssige Bremsenergie zurück ins
Ud
DC
Mittelspannungsnetz
– Energiespeicher mit Supercaps und/oder
IC
Batterien um überschüssige Bremsenergie zu UC
speichern und anschliessend wieder DCGear
einzuspeisen
Overhead Line
Running Rail
January 22, 2018 Slide 29Schlussfazit Voll geladen – Infrastruktur für E-Fahrzeuge • Entwicklung der Elektromobilität – wo geht die Reise hin? Es wird mehr Elektrofahrzeuge geben – Autos, Busse, leichte und schwere Lastwagen + Trams. Alle Hersteller, der Bund und letztlich auch die Bevölkerung unterstützen diese Entwicklung. • Ist das (Verteil-)Netz ausreichend dimensioniert? Für die PWs (Übernachtladung) ist das Niederspannungsnetz ausreichend dimensioniert. Für Schnellladestationen (> 100 kW) sind Netzverstärkungen, Anschluss an das Mittelspannungsnetz oder Speicherlösungen notwendig. • Welche Infrastrukturlösungen sind nötig und verfügbar? Es sind umfassende Lösungen für Heimanwender, kommerzielle Ladestationen, Busunternehmen und andere Infrastrukturbetreiber verfügbar. Standards kristallisieren sich heraus, Kommunikaitonsnormen sind vorhanden. January 22, 2018 Slide 30
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