Harmon|E · UN|IT|E²

Im Cluster Harmon-E liegt der Fokus auf dem marktoptimierten und zugleich netz- sowie systemdienlichen Laden von Elektrofahrzeugen. Insgesamt werden an drei Feldversuchen sechs verschiedene Use Cases entwickelt, getestet und demonstriert.

„Im Cluster Harmon-E werden Services für uni- und bidirektionales Laden entwickelt, um Energiekosten für die Kunden einzusparen und die Energiewende zu unterstützten.“

Dr. Frank Spennemann
Leiter Charging Services, Mercedes Benz AG

In Harmon-E bestimmen vier übergeordnete Ziele die Zusammenarbeit

Zielkonflikt zwischen Wirtschaftlichkeit und Netz- sowie Systemdienlichkeit adressieren und Lösungsvorschläge entwickeln

Unterschiedliche Use Cases mit technisch ausgereiften Lösungen im Pilotbetrieb sowie bidirektionales Laden im Labor erproben

Standardisierte und sichere Prozesskette aufbauen, um möglichst viel Flexibilitätspotenzial zu nutzen bei maximaler Kundenzufriedenheit

Unterschiede der Prozessketten Eigenheim und Arbeitsplatz/ Gewerbe/ Mehrfamilienhaus analysieren

Feldversuche

Die drei Feldversuche im Cluster Harmon-E unterscheiden sich durch den Standort, den Einbezug verschiedener Flexibilitäten sowie der unterschiedlichen Umsetzungspriorisierung der Use Cases.

Feldversuch bei 19 Privatkund:innen

Feldversuch bei Neubau mit Wärmepumpe

Feldversuch am Arbeitsplatz/ Industriebetrieb

Darüber hinaus werden in einer Laborumgebung die Use Cases nicht nur unidirektional, sondern auch bidirektional erprobt.

Feldversuch bei 19 Privatpersonen

Der Feldversuch findet im Nordwesten Deutschlands im Netzgebiet der EWE NETZ, konkret im Raum Oldenburg/Rastede, statt. Für den Feldversuch wurden typische Ortsnetzbereiche identifiziert, in denen der markt- und netzseitige Durchgriff bis zum Elektrofahrzeug erprobt werden soll. Bei der Auswahl der Ortsnetzgebiete haben Kriterien, wie “Durchdringung von Elektrofahrzeugen” oder “Qualität Mobilfunkempfang” eine wichtige Rolle gespielt. In den ausgewählten Ortsnetzgebieten konnten insgesamt 19 Feldtestproband:innen akquiriert werden, bei denen verschiedene unIT-e² Use-Cases konkret erprobt werden. Die Feldtestproband:innen wurden im ersten Quartal 2023 angeschlossen, seit April 2023 laufen die ersten Use Cases.

Feldversuch bei Neubau mit Wärmepumpe

An einem neu gebauten Einfamilienhaus in der Nähe von Bremen werden die Use Cases des Clusters in Verbindung mit Komponenten der Firma Viessmann getestet. Das Einfamilienhaus ist ausgestattet mit einer Viessmann Wärmepumpe, auf welcher das Viessmann Energiemanagementsystem läuft, einem Viessmann Stromspeicher inklusive Photovoltaikanlage, einer 11 kW Kostal AC Wallbox, einem Mercedes Elektroauto sowie einem intelligenten Messsystem von PPC. Die Kommunikation zwischen den Komponenten in der Liegenschaft erfolgt mittels EEBUS.

Feldversuch bei Industriebetrieb Wernsing Feinkost

Mit der Firma Wernsing Feinkost konnte zudem ein Partner für die Umsetzung eines Feldversuchs am Arbeitsplatz gewonnen werden. Am Wernsing Hauptstandort bei Essen (Oldenburg) werden im laufenden Betrieb die Vorteile von Peak Shaving, netzdienlichem Laden, sowie markt- (und netz)dienlichem Laden untersucht und auch die Kombination der Use Cases erprobt. Für den Feldversuch wurden von Mercedes Benz zehn vollelektrische Fahrzeuge zur Verfügung gestellt, die von Wernsing Mitarbeiter:innen als Dienstwägen genutzt und vornehmlich am Standort geladen werden. The Mobility House stellte die entsprechende Ladeinfrastruktur für den Standort zur Verfügung sowie das intelligente Lade- und Energiemanagement ChargePilot, mithilfe dessen die Use Cases umgesetzt werden. Beim Feldversuchsaufbau kommt darüber hinaus ein intelligentes Messsystem von PPC zum Einsatz.

Bidirektionales Laden in Laborumgebung

Die Tests zum bidirektionalen Laden im Cluster Harmon-E finden bei Mercedes Benz an den Standorten in Untertürkheim und Sindelfingen statt und sind von Mitte Q4/2023 bis voraussichtlich Ende Q2/2024 geplant. In der Laborumgebung in Sindelfingen werden bereits erste Kommunikationstests durchgeführt, wobei sich die Laborumgebung in Untertürkheim momentan noch in der Planungs- und Installationsphase befindet. Beide Labore wurden speziell nach den Bedürfnissen und Erforderlichkeiten des Forschungsprojektes konzipiert.

Fokus aller Cluster in unIT-e² ist die reale Erprobung im Feld

Die im Cluster erarbeiteten Use Cases werden im weiteren Verlauf des Projekts im Rahmen von Simulationen, Labor- und Feldtests untersucht. Nachfolgende Darstellung gibt einen Überblick zur Umsetzung der jeweiligen Use Cases.

Markt- (& netz-) dienliche Flexibilität (EFH)

Der Anschlussnehmer (hier = Nutzer) schließt einen (Flex-) Stromliefervertrag mit dem Energielieferanten (=Aggregator) und schließt einen „Steuerbare Verbrauchseinrichtungen“ (§14a EnWG) Vertrag mit dem Verteilnetzbetreiber (VNB)
Der Aggregator meldet den Flex-Tarif dem VNB und übermittelt die Preissignale aus den Märkten über den MSB dem Anschlussnehmer
Der Anschlussnehmer optimiert basierend auf den Preissignalen seine zur Verfügung stehende Flexibilität, wodurch er seine Strombezugskosten verringern kann. Die Messwerte hierfür werden via TAF 7 an den MSB und von dort aus an den Aggregator weitergeleitet
Im Falle eines akuten Engpasses wird der Fahrplan durch ein Schaltsignal zur Lastreduktion durch den VNB übersteuert. Für die Nachweiserbringung werden die Messwerte mittels TAF 10 an den MSB und von dort aus zum VNB übertragen

Markt- (& netz-) dienliche Flexibilität (Arbeitsplatz / MFH)

Arbeitsplatz: Der Anschlussnehmer schließt einen (Flex-) Stromliefervertrag mit dem Energielieferanten (=Aggregator)
MFH: Die Fahrzeugnutzer d. Hausgemeinschaft schließen einen (Flex-) Stromliefervertrag mit dem Energielieferanten (=Aggregator)
Spotmarktpreise werden verwendet, um die Ladestrategie zu optimieren
Die Flexibilität kann nur unter der Randbedingung, dass dadurch kein Netzengpass entsteht abgerufen werden (durch Netzausbau oder Steuerung durch VNB)
Im Falle eines Engpasses werden die Sollwertvorgaben für eine Lastreduktion bei der Erstellung des marktoptimierten Fahrplans berücksichtigt
Randbedingung: EVSEs werden über einen Zählpunkt versorgt
MFH: Fahrzeugnutzer werden verbrauchsscharf abgerechnet
Ausgeschlossen MFH: Keine unterschiedliche Stromlieferverträge
Netzdienlich nur wenn Anschlussnehmer über iMSys verfügt (kein RLM)

Regulatorisch-definierte netzdienliche Flexibilität (EFH)

Der Anschlussnehmer erlaubt die Steuerung seiner Flexibilität (EV, WP, …) durch den VNB (gemäß §14a EnWG) und erkennt die technischen Anforderungen gemäß TAB an
Der VNB rechnet für diesen Anschlussnehmer verminderte Netzentgelte über den Energielieferanten ab (sofern gewünscht)
Der Energielieferant bietet dem Anschlussnehmer einen vergünstigten Energievertrag an
Der VNB führt eine Netzzustandsüberwachung durch, erkennt einen Engpass (I oder U) und führt kurative Leistungsanpassungen (Limit auf gesamte Flexibilität der Kundenanlage) durch
Bei mehreren Flexibilitäten liegt die Steuerungshoheit beim Anschlussnehmer über ein (H)EMS
Die vorgegebene Leistungsanpassung wird anhand der Messdaten validiert
Der Energielieferant erhält ebenfalls eine Information der kurative Leistungsanpassung (Begrenzung über Plim)

Regulatorisch-definierte netzdienliche Flexibilität (Arbeitsplatz / MFH)

Der Anschlussnehmer (= Hausverwaltung oder Hauseigentümergemeinschaft bzw. Gewerbe) erlaubt die Steuerung seiner Flexibilität (EV, WP …) durch den VNB (gemäß §14a EnWG) und erkennt die technischen Anforderungen gemäß TAB an
Der VNB berechnet für diesen Anschlussnehmer verminderte Netzentgelte mit dem Energielieferanten ab (sofern gewünscht)
Der Energielieferant bietet dem Anschlussnehmer einen vergünstigten Energievertrag an
Der VNB führt eine Netzzustandsüberwachung durch, erkennt einen Engpass (I oder U) und führt kurative Leistungsanpassung (Limit auf gesamte Flexibilität der Kundenanlage) durch
Bei mehreren Flexibilitäten obliegt die Priorisierung dem Anschlussnehmer bzw. dem CPO
Die vorgegebene Leistungsanpassung wird anhand der Messdaten validiert
Der Energielieferant erhält ebenfalls eine Information der kurative Leistungsanpassung (Begrenzung über Plim)
Schwierigkeit MFH mit mehreren Anschlussnutzer bei einem Netzübergabepunkt
Daher Prämisse: Nur ein Zähler für die Ladeinfrastruktur, die von einem CPO gemanagt wird
Am Arbeitsplatz gilt: Arbeitgeber stellt Infrastruktur  keine individuelle Vereinbarung mit jedem Ladenden notwendig

Systemdienstleistungen (Redispatch)

Dezentrale Flexibilitätspotenziale, die nicht von Redispatch 2.0 erfasst werden, sollen für das Engpassmanagement (vorzugsweise präventiv) nutzbar gemacht werden (Erzeuger, Speicher < 100 kW & Verbraucher)
Bereitstellung von Redispatch-Dienstleistungen durch Anpassung des Wirkleistungsbezugs aus bzw. der Wirkleistungseinspeisung in das öffentliche Netz
Prozesse zur technischen Anbindung an bestehende Systeme und Mechanismen zur Koordination zwischen den Netzbetreibern (z.B. Netztopologie / Sensitivität) werden entwickelt
Regulatorische und rechtliche Umsetzbarkeit wird bewertet und ggf. notwendige Weiterentwicklung des regulatorischen Rahmens identifiziert

PV-Eigenverbrauchsoptimierung (EFH)

Der Anschlussnehmer verfügt über eine Photovoltaik-Anlage (PV), die während des Tages eine variierende elektrische Leistung liefert
Prämisse: Die PV-Einspeisevergütung (EEG) ist kleiner als die Strombezugskosten
Durch den optimierten Einsatz von Flexibilitäten am Netzanschluss wird die Nutzung des eigenerzeugten PV-Stroms (Eigenverbrauchsrate) und somit der Autarkiegrad maximiert
Zur Optimierung kommen Forecasts der PV-Erzeugung, des Ladeverhaltens sowie des Nutzerverhaltens, und eventuelle Daten weiterer Flexibilitäten zum Einsatz
Ziel der Optimierung: Nulllastregelung am Netzanschlusspunkt

Peak-Shaving (EFH)

Der Anschlussnehmer schließt mit dem Energielieferanten einen variablen Stromtarif ab, der auf einem Leistungspreis (ähnlich zur RLM-Messung) oder auf einer Unterteilung in unbedingte und bedingte Anschlussleistung basiert
Der Anschlussnehmer lässt sein Energiemanagement (HEMS) das Lademanagement übernehmen
Durch vorhersagebasiert gesteuertes Laden des Fahrzeugs ermöglicht das HEMS dem Anschlussnehmer eine Lastverschiebung in Spitzenlastzeiten, um die max. Anschlusskapazität nicht zu überschreiten
Dadurch ist der Anschlussnehmer in der Lage seinen Leistungsbasierten Stromtarif zu optimieren indem er durch geringere vereinbarte max. Anschlussleistung die Kosten reduziert
Bidirektionaler Fall: Die Ladeintensität wird im Falle hoher Bezugslast (gemessen am vertraglich vereinbarten Grenzwert für die Netzanschlussleistung) gedrosselt. Gleichzeitig kann das Fahrzeug den Haushaltsstromverbrauch stützen (V2H) und Netzbezug vermeiden

Peak-Shaving (Arbeitsplatz / MFH)

Der Anschlussnehmer beauftragt den CPO, das Lademanagement an seinem (Unternehmens-)Standort zu übernehmen
Durch das gesteuerte Laden der unidirektionalen Fahrzeuge ermöglicht der CPO dem Anschlussnutzer:
- eine erhöhte genehmigte installierte Ladeleistung zu realisieren
- seinen Leistungsbezug zu vergleichmäßigen
- seine Leistungsspitze zu reduzieren

Notstromversorgung

Das Fahrzeug wird im Falle einer Versorgungsunterbrechung als Energiequelle für die (Not‐)Stromversorgung eines Inselnetzes genutzt
Es tritt eines der folgenden Szenarien ein:
- Blackout-Szenario: Hierbei wird die Sicherung manuell umgeschaltet. Das bidirektionale Fahrzeug versorgt anschließend das Haus mit Strom aus der Batterie. Sobald das Netz wieder funktionsfähig ist, wird manuell die Sicherung umgeschaltet.
- Automatische Erkennung (z.B. Frequenzeinbruch): Der Anschluss trennt sich automatisch vom Netz und das bidirektionale Fahrzeug versorgt anschließend das Haus mit Strom aus der Batterie. Sobald das Netz wieder funktionsfähig ist, wird der Anschluss automatisch gekoppelt
Hieraus ergeben sich drei verschiedene Ausbaustufen:
- Level 1: Notstromversorgung über Verbraucheranschluss direkt an der Wallbox
- Level 2: Notstromversorgung des Haushalts, Netztrennung & Aktivierung manuell (Szenario 1)
- Level 3: Notstromversorgung des Haushalts, Netztrennung & Aktivierung vollautomatisch (Szenario 2)
Regulatorik: Grundlage ist die VDN –Richtlinie zu Notstromaggregaten

Die Systemarchitektur wurde in enger Zusammenarbeit aller beteiligten Partner ausgestaltet

Hier gelangen sie zur interaktiven Darstellung der Systemarchitektur.

Im Cluster Harmon-E sind vielfältige Kompetenzen vertreten

Veröffentlichungen

Ostermann, Adrian; Dossow, Patrick; Tomaszuk, Michael; Jäger, Jakob; Ruland, Hans; Krug, Fabian; Veit, Lukas; Moskal, Thomas; Boldt, Marius; Hofmann, Philipp

Netzintegration Elektromobilität: Was fehlt zur großflächigen Umsetzung von intelligentem und bidirektionalem Laden?

Partner: FfE, EWE Netz, Power Plus Communications AG, Viessmann Climate Solutions SE, The Mobility House GmbH, EEBUS Initiative e.V., Mercedes-Benz AG | Teilprojekt: harmon-e | Schlagwörter: Netzintegration
Veröffentlichung: 2024/02 | E²Link: unit-e2.de/128542

Ostermann, Adrian; Hawran, Jeremias; Sylla, Severin; Dossow, Patrick

From Electromobility Use Cases to an Interactive System Architecture: the Harmon-E SysArc in the unIT-e² Project

Poster-Vorstellung auf dem ETG-Kongress 2023, Kassel.

Partner: FfE | Teilprojekt: harmon-e
Veröffentlichung: 2023/05 | E²Link: unit-e2.de/127980

Ostermann, Adrian; Agnesens, Alexander; Manolopoulos, Ana Frazao Vieira; Weigand, Andreas; Kroos, Annika; Abromeit, Annike; Behringer, Carina; Braun, Corinna; Wohlschlager, Daniela; Hilpert, Johannes; Springmann, Elisabeth; Uzun, Erdem; Schmitt, Georg; von Wangenheim, Georg; Gräper, Gerrit; Ruland, Hans; Wetzel, Heike; Lazarovici, Isabel-Sophie; Zahler, Jakob; Schumann, Jan Hendrik; Münderlein, Jeanette; Hawran, Jeremias; Zilg, Julias; Neubarth, Jürgen; Rogg, Konrad; Fait, Larissa; Zoubek, Malte; Schläfer, Marilen; Hinterstocker, Michael; Tomaszuk, Michael; Westerburg, Michael; Mohringer, Nicola; Spieth, Patrick; Landes, Philipp; Bothor, Sebastian; Hirsch, Sebastian; Ghahremani, Sepideh; Köppl, Simon; Saller, Sonja; Schilderoth, Tim; Schönlein, Ulrike; Ziemsky, Valerie

unIT-e² Baustellenbericht: Herausforderungen für die Mobilisierung der digitalen Energiewende

1. Baustellenbericht aus dem Konsortium

Partner: FfE, Bayernwerk Netz GmbH, EEBUS Initiative e.V., EWE Netz, Flavia IT Management GmbH, Power Plus Communications AG, Schneider Electric, Stiftung Umweltenergierecht, Stadtwerke München, Tennet, The Mobility House GmbH, Universität Kassel, Universität Passau, BMW | Teilprojekt: harmon-e, heav-e, sun-e, cit-e-life, Grid, Forschung | Schlagwörter: Baustellenbericht, Herausforderungen
Veröffentlichung: 2023/03 | E²Link: unit-e2.de/126543

Dossow, Patrick; Wasmeier, Louisa

Die Systemarchitektur zur Use Case Visualisierung - Ein Vergleich zwischen digitalen Plattformen und intelligenter Elektromobilität

Title in full length: The System Architecture for Use Case Visualization - A Comparison between Digital Platforms and Intelligent Electromobility (German: Die Systemarchitektur zur Use Case Visualisierung - Ein Vergleich zwischen digitalen Plattformen und intelligenter Elektromobilität) Poster presentation at the IEWT 2023 in Vienna

Partner: FfE | Teilprojekt: harmon-e, Forschung | Schlagwörter: Use Cases, Visualisierung
Veröffentlichung: 2023/03 | E²Link: unit-e2.de/125662

Springmann, Elisabeth; Hilpert, Johannes; Agnesens, Alexander; Weigand, Andreas; Abromeit, Annike; Münderlein, Jeanette; Dossow, Patrick; Ostermann, Adrian; Fait, Larissa; Thiele, Jakob

Netzdienliches Laden von Elektrofahrzeugen - Konzepte aus dem Projekt unIT-e²

Concept paper on the consultation process on §14a EnWG of the Federal Network Agency

Teilprojekt: harmon-e, heav-e, sun-e, cit-e-life | Schlagwörter: Regulatorik, Netzdienliches Laden
Veröffentlichung: 2023/01 | E²Link: unit-e2.de/123808

Zhdanova, Maria; Urbansky, Julian; Hagemeier, Anne; Zelle, Daniel; Herrmann, Isabelle; Höffner, Dorian

Local Power Grids at Risk – An Experimental and Simulation-based Analysis of Attacks on Vehicle-To-Grid Communication

ACSAC '22: Proceedings of the 38th Annual Computer Security Applications ConferenceDecember 2022

Partner: Fraunhofer SIT | Teilprojekt: harmon-e | Schlagwörter: Netze
Veröffentlichung: 2022/12 | DOI: rg/doi/10.1145/3564625.3568136 | E²Link: unit-e2.de/123542