Keine Unterbrechung der Stromversorgung: Betreiber in München führt Energieoptimierungssystem zur Leistungsüberwachung von Ladestationen ein. Eine Installation ohne aufwendige Erdarbeiten und Kabelersatz ist durchführbar.
Das Ladestationen-Netz für Elektrofahrzeuge in Deutschland wächst stetig: Laut Statista gab es im Januar 2019 rund 13’000 Ladestationen in der Bundesrepublik – gegenüber knapp 6 000 im dritten Quartal 2017. Besonders in Städten gestaltet sich der Ausbau jedoch problematisch, denn die grössten Herausforderungen stellen nicht die Ladestationen selbst dar, sondern ihre Eingliederung in die bestehende Infrastruktur. In den wenigsten Fällen sind die bereits verlegten Leitungen auf den zusätzlichen Strombedarf der Ladesäulen ausgelegt, weshalb die Kabel im Regelfall unter hohem baulichem Aufwand ersetzt werden müssen. Diese Problematik bestand auch bei mehreren Parkhäusern eines Tiefgaragenbetreibers in München. Da die vorhandenen Kabel nicht für die zusätzliche Belastung durch die Ladesäulen ausgelegt waren, hätten diese ausgetauscht werden müssen. Andernfalls fiele bei zu vielen gleichzeitig stattfindenden Ladevorgängen die Stromversorgung aus, was unter anderem auch die Schranke zur Ein- und Ausfahrt betreffen würde. Eine Alternative bietet die KBR GmbH:
Das Unternehmen installierte ein Lastoptimierungssystem, welche die Entnahme der elektrischen Leistung aus dem Netz überwacht. Auf diese Weise können die Ladesäulen unterbrechungsfrei betrieben werden, ohne neue Kabel verlegen zu müssen.
«Im Regelfall ist der elektrische Netzanschluss in Gebäuden und Tiefgaragen lediglich auf die dort benötigte elektrische Leistung ausgelegt», erklärt Christian Wiedemann, Vertriebs- und Projektleiter bei der KBR GmbH. «Sollen nun Ladesäulen für Elektrofahrzeuge nachgerüstet werden, reicht die Energieversorgung oftmals nicht mehr aus.» Eine Möglichkeit für einen verbesserten Netzanschluss besteht darin, das Zuleitungskabel des Energieversorgers gegen ein Kabel mit grösserem Querschnitt auszutauschen. Doch dieses Vorgehen bedeutet in den meisten Fällen, dass auch umfangreiche Erdarbeiten durchgeführt werden müssen. Zudem stellen die ungeeigneten Kabel in den meisten Fällen nicht das einzige Hindernis dar. «Der Orts netztransformator oder der firmeneigene Transformator müssen in der Lage sein, die zusätzliche Leistung zu tragen. Andernfalls ist ein Austausch notwendig», erläutert Wiedemann. «Ebenso muss die Niederspannungshauptverteilung darauf ausgelegt sein und notfalls erneuert werden.» Sind diese Voraussetzungen nicht gegeben, muss der Betreiber der Ladestationen mit Zusatzkosten rechnen, die im mittleren fünfstelligen Bereich anzusiedeln sind.
Kabelüberlastung unterbricht Stromversorgung in Tiefgaragen
Vor ähnlichen Problemen stand ein Tiefgaragenbetreiber in München. Auf Wunsch von Mietern mit festen Stellplätzen im Parkhaus sollten Ladestationen für ihre Elektrofahrzeuge eingerichtet werden. Zusätzlich waren Ladesäulen für öffentliche Parkplätze vorgesehen – in insgesamt sechs Tiefgaragen. Dabei variiert die Anzahl der Ladestationen pro Tiefgarage zwischen acht und 20 Säulen. «Hier wurden die üblichen Probleme ermittelt: Um die Leistung zu erhöhen, hätte das Kabel von der Trafostation zur Hauptverteilung im Gebäude durch ein teures und sehr dickes Kabel ersetzt werden müssen. Ausserdem hätte die Niederspannungsverteilung nicht die benötigte Leistung aufnehmen können, sodass auch hier ein Ersatz nötig gewesen wäre», berichtet der Vertriebsingenieur. «Werden nun im Extremfall Fahrzeuge an allen Stationen gleichzeitig geladen, löst der Hauptschalter aus, um das Kabel nicht zu überlasten.» Dies hätte zur Folge, dass in der Tiefgarage nur noch die Notbeleuchtung funktionieren würde – weder Aufzüge, noch Schranken oder Ladesäulen würden mit Strom versorgt werden. In diesem Fall lässt sich die Störung lediglich durch einen Mitarbeiter per Hand quittieren.
Um sowohl eine Kabelüberlastung als auch grössere Baumassnahmen zu vermeiden, suchte der Tiefgaragenbetreiber nach einer alternativen Lösung und wandte sich schliesslich im Juni 2018 an KBR. Das Unternehmen bietet unterschiedliche Produkte und Dienstleistungen zum Thema Energieeinsparung und -optimierung an, wozu auch die Lastoptimierung zählt. «Sollen die bereits verlegten Kabel auch weiterhin unverändert genutzt werden, muss die Leistungsaufnahme so gesteuert werden, dass eine Überlastung ausgeschlossen werden kann», erörtert Wiedemann. Im Vorfeld der endgültigen Auftragsvergabe im September 2018 setzte sich KBR zunächst mit dem zuständigen Elektroinstallateur in Verbindung, um die konkreten Anforderungen und Rahmenbedingungen zu besprechen. «Im Anschluss daran haben wir den Hersteller der Ladesäulen kontaktiert. Hier ging es vor allem darum, wie sich die Ladesäule optimieren lässt, ohne dass diese automatisch in den Störmodus wechselt», so Wiedemann weiter. Danach arbeitete KBR eine passende Lösung aus, die in enger Kooperation mit dem zuständigen Elektroinstallateur und dem Werkskundendienst der Energieoptimierungsexperten installiert und in Betrieb genommen wurde.
Energieoptimierungssystem drosselt Leistungsaufnahme automatisch
Die Lösung der Energieoptimierungsexperten aus Schwabach besteht darin, die Ladesäulen sowie die abgenommene Leistung ständig zu überwachen. Dies geschieht mit der Energieoptimierung «multimax». Hierbei geben die Ladesäulen über einen Stromwandler und Black Box-Messgeräte der Produktreihe multimess D4, die in der Energieverteilung der Ladesäulen verbaut wurden, Rückmeldung darüber, mit wie viel Leistung momentan an einer Station geladen wird. Diese kann – je nach Leistungsaufnahme des Fahrzeugs – zwischen 2 und 22 kW variieren. Die abgenommene Leistung wird parallel mit der höchstmöglichen Leistung verglichen. «Stellt das System fest, dass die maximal mögliche Leistung überschritten wurde, sendet es ein Signal an die Ladesäule. Diese reduziert die Leistung daraufhin auf einen vorher programmierten Wert», berichtet Wiedemann. «Die Ansteuerung wird dabei über potentialfreie Kontakte realisiert. Dies hat den Vorteil, dass der Installationsaufwand sehr gering ist.»
Im konkreten Fall einer der Tiefgaragen standen zum Beispiel maximal 80 kW zur Verfügung. Jede dort installierte Ladesäule ist dazu in der Lage, im Höchstfall 22 kW Leistung aufzunehmen. Bei acht Ladesäulen bedeutet dies jedoch 176 kW, wasdie mögliche Leistungsaufnahme deutlich übersteigen würde. Durch das Energieoptimierungssystem von KBR lässt sich die Leistungsaufnahme der Ladesäulen nun so drosseln, dass diese gemeinsam noch maximal 80 kW abgeben. Auf diese Weise dauert der Ladevorgang zwar länger, die Stromversorgung der Tiefgarage und der Ladesäulen wird jedoch nicht unterbrochen. Zudem bietet das System die Möglichkeit, einzelne Ladestationen aus der Lastoptimierung auszunehmen, wie zum Beispiel Schnellladesäulen. Die laden mit der gewohnten Leistungsaufnahme weiter, dafür werden andere Säulen stärker gedrosselt. Auch können Prioritäten vergeben werden. Dies gibt dem Betreiber die Möglichkeit zu entscheiden, bei welchen Ladesäulen die Leistung als erstes reduziert werden soll. Um einen Überblick der entnommenen Leistung zu bekommen, kann der Betreiber diese über eine Software oder die von KBR bereitgestellte Cloud einsehen.
Weitere Projekte in Planung
Für KBR stellte das Projekt in München eine spannende Herausforderung in einem für das Unternehmen neuen Bereich dar. Der Tiefgaragenbetreiber zeigte sich sehr zufrieden mit dem flexiblen Betrieb aus Mittelfranken. Für die nahe Zukunft sind deshalb nach Abschluss der Arbeiten an den sechs Tiefgaragen – voraussichtliches Ende ist im vierten Quartal 2019 – bereits weitere gemeinsame Projekte geplant.
www.kbr.de
