MOBILEcharge: Kosteneinsparpotentiale eines Lademanagementsystems

Ein E-Bus wird mit einem Pantographen geladen.

Bevor Elektrobusse im produktiven Alltag voll zum Einsatz kommen können, müssen viele betriebliche Prozesse neu definiert oder angepasst werden. Ein völlig neuer betrieblicher Vorgang ist das Laden. Es stellt Verkehrsunternehmen vor neue Herausforderungen, bietet aber auch Chancen – die durch die Unterstützung des Lademanagementsystems MOBILEcharge genutzt werden können.

Wesentlich für die Erfüllung der betrieblichen Anforderungen ist die Anbindung des Lademanagementsystems an die weiteren betrieblichen Informationssysteme – mit dem Betriebshofmanagementsystem an vorderster Front. INIT stellt diese Vernetzung durch die Einbindung in ihre inte­­grierte Gesamtlösung eMOBILE für den effizienten Betrieb von Elektrobussen sicher.

Lademanagementsystem MOBILEcharge

INITs Lademanagementsystem MOBILE­charge sorgt dafür, dass die Busse immer pünktlich, bedarfsgerecht sowie batterie­schonend geladen und vorkonditioniert zur Verfügung stehen. Im Falle eines ungeplanten Abbruchs eines Ladevorgangs startet das System den Vorgang neu oder – falls das nicht möglich ist – eskaliert ihn in Richtung Disposition. Gleichzeitig gestaltet MOBILEcharge die Ladeprozesse so kostengünstig wie möglich – wie genau, wird in diesem Artikel gezeigt.

Dabei geht es vorranging darum, die maxi­male Ladeleistung zu reduzieren, denn diese ist zentrales Kriterium für den zu entrichtenden Strompreis. Dazu ist die Vermeidung unnötiger Lastspitzen (Peak-shaving) unerlässlich, die man durch eine gesteuerte Verschiebung der Lasten erreichen kann.

Peakleistung und Lastverschiebung

Ohne externe Steuerung startet ein Ladevorgang sofort nach Verbindung des Fahrzeugs mit einem Ladepunkt. Dabei wird der Ladevorgang so gestaltet, dass er möglichst schnell abgeschlossen ist, und daher mit maximaler Ladeleistung gestartet.

Bei einer Lastverschiebung wird die Last im Zeitverlauf verschoben und im Betrag angepasst. In der Praxis bedeutet das, dass Fahrzeuge im Depot ankommen und an das Ladekabel angeschlossen werden, der Ladevorgang aber von einem zentralen System gesteuert zu einem späteren Zeitpunkt beginnt.

Wesentliche Größe, die sich deutlich auf die Stromkosten auswirkt, ist die Peakleistung. Um die Peakleistung zu reduzieren, berechnet MOBILEcharge für alle anstehenden Ladevorgänge einen Ladeplan, der die Effekte der Lastverschiebung nutzt.

Weniger bekannt in der Anwendung, aber dennoch interessant sind variable Strom­tarife. Dabei werden über den Tag veränderliche Preise im Voraus festgelegt, zum Beispiel 24 Stunden rollierend (siehe Abb.  1). Daraus ergeben sich weitere Einsparpotentiale. Auch diese Berechnungen erfordern die Unterstützung durch ein intelligentes Lade­managementsystem. Mit welchen Einspar­potentialen dank MOBILEcharge zu rechnen ist, zeigt die nachfolgende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.

Abb. 1: Durch die Berücksichtigung der Schwankungen im Strompreis kann weiteres Einsparpotential erschlossen werden.

Abb. 2: Ungesteuertes vs. gesteuertes Laden – hier wird deutlich, wie sich Lastspitzen durch Ladeverschiebung minimieren lassen.

Optimierungspotential durch Lastverschiebung

Der hier vorgestellte Fall legt eine Flotte von 40 E-Bussen mit Batteriegrößen von 300 kWh zugrunde, die ausschließlich im Depot geladen werden. Im Depot stehen 40 Ladepunkte mit 70 kW Ladeleistung zur Verfügung.

Beim ungesteuerten Laden (Abb. 2, Darstellung in Blau) beginnen alle Busse direkt nach der Einfahrt ins Depot mit ihrem Ladevorgang. Durch Überlagerung von gerade startenden und noch nicht abgeschlossenen Ladevorgängen entsteht in den Abend- und Nachtstunden eine Lastspitze von ca. 1.150 kW. In den Morgenstunden vor dem Ausrücken ist ein Peak für die Vorkonditionierung sichtbar.

Kostenersparnis von ca. 15 Prozent

Durch eine aktive Steuerung der Ladevorgänge (Abb. 2, rote Linie) lassen sich die Lasten so schieben, dass die Peakleistung auf unter 800 kW reduziert wird, die Fahrzeuge aber trotzdem noch rechtzeitig vorkonditioniert zum Ausrücken zur Verfügung stehen. Man erreicht also eine Reduktion der Peakleistung um mehr als 30 %. Bezogen auf die Gesamtkosten ergibt sich damit eine Kostensenkung von ca. 15 %. Flankiert man Maßnahmen zur Reduktion von Lastspitzen mit variablen Stromtarifen, so können die Kosten weiter gesenkt werden. Dabei werden hochpreisige Phasen wie am Abend zwischen 18 und 20 Uhr vermieden und stattdessen Lasten auf spätere, kostengünstigere Abschnitte verschoben. Dadurch können weitere Einsparungen von 3–5 % erzielt werden. Insgesamt addieren sich die Kostensenkungs­potentiale durch die Lastverschiebung mithilfe des intelligenten Lademanagements und durch variable Strompreise auf bis zu 20 %. Vergleichbare Effekte konnten bereits bei einer Flottengröße von 10 Fahrzeugen festgestellt werden.

MOBILEcharge bietet also viele Funktionen, mit denen der Betrieb von Elektrobussen effizienter gestaltet werden kann. Darüber hinaus können durch die aktive Steuerung von Lasten die Energiekosten beträchtlich gesenkt werden.

Kontakt

Heiko Bauer

CEO

CarMedialab