Speed-e von REN: Foto: REN
Im Rahmen der eMove360° Europe 2022, 6. Internationale Fachmesse für Mobility 4.0 electric-connected-autonomous (05. bis 07. Oktober) wurden am Abend des 05. Oktober in Berlin die Finalisten eines der weltweit wichtigsten Awards für die Neue Mobilität bekanntgegeben. Die Experten-Jury des eMove360° Award für Elektromobilität & Autonomes Fahren hatten die innovativsten und zukunftsträchtigsten Einreichungen für die Mobilität nominiert. In der Kategorie Charging & Energy überzeugte Speed-E von REN die Jury.
Die zunehmende Einführung von Elektrofahrzeugen (EV) erfordert die Entwicklung einer weit verbreiteten Ladeinfrastruktur. Die Anwendung klassischer Lösungen wird wahrscheinlich nicht ausreichen, um das erforderliche Tempo des Übergangs zu gewährleisten. Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat REN SPEED-E entwickelt, eine neue Netzverbindungslösung, die in der Lage ist, Ladestationen für Elektrofahrzeuge direkt aus dem Höchstspannungsnetz (VHV) mit hoher Leistung zu versorgen.
Der Verkehrssektor bewegt sich in Richtung einer massiven Elektrifizierung und setzt zusätzliche anspruchsvolle Ziele für den Energiesektor und die Transportindustrie. In Anbetracht der Tatsache, dass die Einführung von Elektrofahrzeugen stark von der Verringerung der „Reichweitenangst“ abhängt, sollte die Ladeinfrastruktur wünschenswerterweise schneller bereitgestellt werden als die Einführung von Elektrofahrzeugen, um einen erfolgreichen und reibungslosen Übergang zu ermöglichen. Darüber hinaus erfordert die Entwicklung dieser Infrastruktur eine solide Reaktion der Verteilnetze, um die erforderliche Stromverfügbarkeit bereitzustellen. Tatsächlich führt der wachsende Strombedarf zum Aufladen von Elektrofahrzeugen zu einem Druck im Verteilungsnetz, der letztendlich zu Netzverstärkungsanforderungen führt. Demzufolge wird der Aufbau der Ladeinfrastruktur bereits vielfach durch Verteilnetzanschlussprobleme behindert, die sich nicht nur auf zusätzliche Netzanschlusskosten aufgrund der Netzverstärkungsanforderungen beziehen, sondern auch auf verlängerte Vorlaufzeiten für die Umsetzung solcher Netzverstärkungen. Dieses Problem wird besonders relevant in speziellen Fällen mit hohem Leistungsbedarf, wie beispielsweise großen Ladestationen und in Fällen, in denen ultraschnelle Ladetechnologie verwendet wird.
SPEED-E überwindet diese Probleme, indem es das Verteilungsnetz umgeht und eine direkte Verbindung zum bestehenden Höchstspannungs-Übertragungsnetz ermöglicht. Dies ist möglich, da die mit dem Laden von Elektrofahrzeugen verbundenen Nennleistungen, obwohl sie für die Verteilungsnetze von Bedeutung sind, aus Sicht des Übertragungsnetzes vernachlässigbar sein können. Beispielsweise beträgt die Gesamtleistung von 25 superschnellen 150-kW-Ladegeräten 3 750 kW. Dies stellt nur ca. 1 % der gesamten Übertragungskapazität einer einzelnen Übertragungsleitung in Portugal dar, und dasselbe Prinzip kann auf jedes andere Land/Energiesystem ausgedehnt werden.
Die SPEED-E-Lösung ist innerhalb eines nationalen Elektrizitätssystems synergetisch, indem sie eine zusätzliche Nutzung für das bestehende Übertragungsnetz schafft, und positioniert sich als Ergänzung zur Mainstream-Ladeinfrastruktur in den städtischen Zentren.
SPEED-E positioniert die Übertragungsnetze direkt als relevanten Akteur in der Energiewende und unterstützt die Dekarbonisierung des Verkehrssektors auf wettbewerbsfähige Weise durch die Nutzung des bestehenden Netzes. Die Übertragungsnetze würden ansonsten nur eine indirekte Rolle bei der Erleichterung der Elektrifizierung des Verkehrssektors spielen.
Diese innovative Lösung wurde intern von REN entwickelt und besteht aus einer kleinen Umspannstation, die mit einem speziellen Anschlussschema an eine bestehende Höchstspannungsübertragungsleitung angeschlossen wird, was eine erhöhte betriebliche Flexibilität und Zuverlässigkeit ermöglicht. Das Umspannwerk verwendet Leistungsspannungstransformatoren, um sehr hohe Spannungen direkt in niedrige Spannungen umzuwandeln, wodurch der herkömmliche Ansatz mit mehreren Abwärtsspannungen umgangen wird, der verschiedene Umspannwerke umfasst, um von: 1) sehr hohen Spannungen in hohe Spannungen umzuwandeln; 2) von Hochspannung zu Mittelspannung; und schließlich 3) von Mittelspannung zu Niederspannung.
Die mit dieser Umspannwerksarchitektur verbundene Innovation basiert auf den folgenden Hauptkomponenten:
… was die Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit der Freileitung minimiert und Auswirkungen auf den Netzbetrieb mindert
… die eine maximale Kontinuität der Stromversorgung der EV-Ladestation gewährleistet, selbst wenn Wartungsarbeiten oder andere Eingriffe in die VHV-Leitung erforderlich sind
…ein Trennschalter zum Trennen der Umspannstation vom Netz, bestehend aus einem Erdungsschalter;
…Leistungsspannungswandler – Schlüsseltechnologie bestehend aus VHV/NS-Transformatoren.
REN hat dieses Konzept unter ausschließlicher Verwendung von handelsüblichen Geräten entwickelt und ein Proof-of-Concept-Projekt in Portugal durchgeführt, das an eine bestehende 220-kV-Übertragungsleitung angeschlossen ist, die seit 2018 in Betrieb ist. Parallel dazu hat sich REN erfolgreich beworben ein Europäisches Patent. Das europäische Patent wurde im April 2021 erteilt (EP3616294) und ist derzeit in 32 europäischen Ländern gültig. Darüber hinaus gibt es laufende Patentverfahren in den USA und in Kanada.
Zu den Hauptunterscheidungsmerkmalen dieser Lösung gegenüber den herkömmlichen Verteilnetz-Stromversorgungslösungen gehören (I) „praktisch unbegrenzte“ Energie, die an jedem Standort verfügbar ist, (II) Nachhaltigkeit der Lösung, (III) Modularität und Skalierbarkeit und (IV) Servicequalität :
(I) Nahezu „grenzenlose“ Leistung – Im Hinblick auf den Stromabruf aus dem Netz ist bei Betrachtung des Höchstspannungsübertragungsnetzes der Strombedarf für Elektromobilität pur Posen gelten als Rest. Wenn beispielsweise ein Betreiber von Ladestationen für Elektrofahrzeuge beschließt, 80 Schnellladegeräte (50 kW) an einem einzigen Standort zu installieren, beträgt die für die gleichzeitige Nutzung benötigte Leistung etwa 1 % der durchschnittlichen 220-kV-Freileitungsnennleistung im portugiesischen Netz;
(II) Nachhaltigkeit – SPEED-E stellt insofern eine nachhaltige Lösung dar, als es zu einer neuen Nutzung der bestehenden, länderübergreifend verfügbaren Übertragungsnetze führt, ohne dass Netzverstärkungen aufgrund des neuen Strombedarfs aus einer neuen Nutzung erforderlich sind von Strom, also Elektromobilität. Dieser Ansatz ergänzt die bestehenden verfügbaren Lösungen und ist besonders wertvoll außerhalb von städtischen Zentren, wo ländliche Verteilernetze möglicherweise Schwierigkeiten haben, die während des Pendelns benötigte Schnellladeleistung zu bewältigen, und eine landesweite Abdeckung für die zukünftige Einführung von Elektrofahrzeugen bieten;
(III) Modularität und Skalierbarkeit – Diese Merkmale bieten die Möglichkeit, das Investitionsrisiko zu steuern, indem die installierte Kapazität an die wachsende Nachfrage angepasst wird. Die Erstladestation kann mit einer an die aktuelle Nachfrage (z. B. aktuelle Größe der Elektrofahrzeugflotte) angepassten installierten Leistung bereitgestellt werden, die später entsprechend dem Wachstum der Nachfrage von der Elektrofahrzeugseite oder der wachsenden Attraktivität des Ladestandorts erweitert werden kann, ohne eine Änderung des Anschlusses an die VHV-Leitung erfordern, was zu einer langlebigen Lösung führt. Zudem wird erwartet, dass die Nachfrage nach „Ultra-Fast-Chargern“ langfristig steigen wird, was zu einem höheren Strombedarf führt. Vor diesem Hintergrund ermöglicht SPEED-E den Austausch der Original-Ladegeräte sowie Anpassungen an den Trafos, ohne dass weder der Leitungsanschluss noch der Standort der Ladestation verändert werden;
(IV) Servicequalität – In Bezug auf die Versorgungskontinuität bietet diese Lösung die Versorgungsqualität, die mit dem nationalen Übertragungsnetz verbunden ist, direkt an den Endverbraucher. Insbesondere die äquivalente Unterbrechungszeit (EIT) eines Höchstspannungsnetzes (Übertragung) ist im Vergleich zu einem Hoch-, Mittel- oder Niederspannungsnetz (Verteilung) deutlich geringer, da Verteilungsnetze typischerweise stärker exponiert und folglich stärker von außen beeinflusst werden Faktoren wie Extremereignisse wie Stürme, starke Winde, starke Schneefälle oder Waldbrände. Dies kann insbesondere in Fällen relevant sein, in denen der Endnutzer ein Unternehmen ist, dessen täglicher Betrieb stark (oder absolut) von der Funktionsfähigkeit der Fahrzeuge abhängt (z. B. öffentliche Verkehrsunternehmen, Logistikunternehmen usw.). www.ren.pt
