Short description
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Das Projekt untersucht, wie in einem Areal mit einem Multistakeholder-Management neue Lösungen für eine smarte Mobilität entwickelt werden können. Dazu wird in einem Areal mit Sektorkopplung und E-Carsharing ein intelligentes Regelungs- und Tarifsystem eingeführt, um das Mobilitätsverhalten von Bewohnenden sowie den Eigenverbrauch des Areals zu optimieren und neue Geschäftsmodelle wie das Angebot von Systemdienstleistungen (V2X) aufzuzeigen.
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Publications / Results
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Publications / Results
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Final report
(German)
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Das angewandte Forschungsprojekt “Smarte Mobilität mit nachhaltigem E-Carsharing und bidirektionalem V2X” (Laufzeit 1/2019 bis 3/2022) untersuchte, wie in einem Areal mit einem Multistakeholder-Management neue Lösungen für eine smarte Mobilität entwickelt werden können. Dazu wurde im Basler Areal Erlenmatt Ost, einem Zusammenschluss zum Eigenverbrauch (ZEV), ein E-Carsharing mit 2 bidirektionalen Elektro-Fahrzeugen für die Bewohnenden aufgebaut und ein intelligentes Regelungs- und Tarifsystem eingeführt. Dabei wurden die Ziele verfolgt, das Mobilitätsverhalten der Bewohnenden zu beeinflussen, den Eigenverbrauch des Areals zu optimieren, die Lastspitzen zu reduzieren und mögliche neue Geschäftsmodelle wie das Angebot von Systemdienstleistungen (V2X Vehicle-to-everything) aufzuzeigen.
Das Projekt wurde durch das Projektteam von novatlantis GmbH (Dr. Anna Roschewitz), Smart Energy Engineering GmbH (Prof. Dr. David Zogg), Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (Dr. Jörg Musiolik, Uroš Tomic, Pascal Vögeli) und ADEV Energiegenossenschaft (Andreas Appenzeller, Thomas Kramer) realisiert.
Erstmals in der Schweiz konnte ein Betrieb mit zwei bidirektionalen Elektrofahrzeugen im Carsharing in der Praxis aufgebaut werden. Die Versuchsanlage wurde laufend messtechnisch und organisatorisch begleitet, analysiert und optimiert. Insbesondere der «Energiemanager», also die aktive Regelung des Lastmanagements, wurde kontinuierlich weiterentwickelt, so dass die Lastspitzen im Betrieb besser gebrochen werden konnten.
Das Areal in Erlenmatt Ost war ein Spezialfall in verschiedener Hinsicht. Einerseits stand eine hohe Überlast der Areals (bis zu 350 kW) einer kleinen Regelleistung der Elektrofahrzeuge (max. 20 kW) gegenüber. Andererseits waren die Fahrzeuge in einem Carsharing-Modell integriert und die Nutzung
war relativ gering, da es sich um eine mobilitätsarme Überbauung handelt. Der Vorteil des Carsharings war die Planbarkeit der Nutzung durch die Buchungsplattform. Eine direkte Übertragung der effektiven Resultate vor Ort auf andere Areale ist aufgrund dieser Besonderheiten nicht möglich. Es konnte jedoch erstmals in der Schweiz gezeigt werden, dass das bidirektionale Laden unter realen Bedingungen gut möglich ist. Der Proof of Concept ist damit klar gegeben.
Durch die aktive Regelung konnten die Lastspitzen im Areal markant reduziert werden. Mit den lediglich zwei Elektrofahrzeugen wurde das Potential von 20 kW bereits zu einem grossen Teil ausgenutzt, solange die beiden Fahrzeuge zu den relevanten Zeiten am Morgen und am Abend anwesend waren. Dies war dank der erfolgreichen Benutzer-Intervention der Fall, bei der ein tariflicher Anreiz dazu führte, dass die Fahrzeuge zu Spitzenlastzeiten vor Ort waren.
Aufgrund der kleinen Anzahl von Elektrofahrzeugen wurden ausführliche Simulationen durchgeführt. Diese Resultate sind sehr gut auf andere Areale übertragbar. Es kann generell gesagt werden, dass eine gewisse Flottengrösse notwendig ist, damit sich V2X lohnt. Die Simulationen haben gezeigt, dass
bei einer grösseren EV-Flotte im Areal Erlenmatt Ost das Potential zur Reduktion der Lastspitzen erheblich grösser ist. Ohne Regelung würden sich die Lastspitzen fast verdoppeln. Mit Regelung können diese sogar markant reduziert werden gegenüber dem Areal ohne Flotte. Gemäss Simulationen wird ab einer Flottengrösse von ca. 30 Fahrzeugen ein namhafter Beitrag an die Lastspitzenreduktion geleistet, sobald genügend bidirektionale Elektrofahrzeuge vor Ort und intelligent geregelt sind.
Allgemein kann für Areale festgehalten werden, dass kleine Flotten (15 Elektrofahrzeuge) pro Fahrzeug einen grossen zusätzlichen Nutzen für das Reduzieren von Lastspitzen bringen, aber keine zuverlässige Verfügbarkeit während der Lastspitzen haben. Dadurch können nicht in jedem Monat die
entscheidenden Lastspitzen optimal reduziert werden. Mittelgrosse EV-Flotten (ca. 30 Elektrofahrzeuge) zeigen bereits bessere Ergebnisse der Lastspitzenreduzierung und haben eine deutlich bessere Verfügbarkeit. Allerdings sind während einiger Lastspitzen bereits mehr Fahrzeuge vorhanden, als für die Reduzierung benötigt würden. Bei grossen Flotten (ca. 50 Elektrofahrzeuge) ist der zusätzliche Nutzen für die Lastspitzenreduzierung gegenüber der mittleren Flotte gering.
Nicht alle Elektrofahrzeuge von mittleren oder grossen Flotten werden benötigt, um die angestrebten Lastreduzierungen zu erreichen. Daher wäre es bei einer Diffusion von Elektrofahrzeuge in einem Areal denkbar, die Nutzung der Flotte für verschiedene Energiedienstleistungen zu unterscheiden. Beispielsweise kann angestrebt werden, mit kleinen Flotten den Eigenverbrauch zu steigern und mit mittelgrossen Flotten die Lastspitzenreduzierung zu betreiben. Bei grossen Flotten wiederum wäre eine Unterteilung und differenzierte Steuerung der Flotte denkbar, so dass einige Fahrzeuge für Lastspitzenreduzierung genutzt würden, während andere für Regeldienstleistungen bereitstünden.
Es wird empfohlen, den Markt laufend zu beobachten und bei der Installation neuer Ladeboxen heute bereits die Möglichkeiten von V2X zu berücksichtigen. Dazu sind intelligente Steuerungen notwendig, welche in Zukunft mit dieser Funktion erweitert werden können.
Die Verhaltensintervention zeigte, dass es mittels eines zweiteiligen Tarifs und begleitet von einer Informationskampagne grundsätzlich möglich ist, die Nutzungszeiten des E-Carsharings zu beeinflussen und so das Brechen von Lastspitzen am Abend zu realisieren. Dieses Resultat kann auf andere Areale in der Schweiz übertragen werden.
Wie bei Pilotprojekten üblich, war auch dieses angewandte Forschungsprojekt aus verschiedenen Gründen noch nicht wirtschaftlich. Dies primär wegen den aktuell hohen Preisen für die bidirektionalen Ladeboxen. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass mit der geregelten Flotte erhebliche Kosten eingespart werden können und zwar ca. CHF 14'000 pro Jahr bei ca. 60 Fahrzeugen und aktuellem Leistungstarif. In Zukunft wird dieser Business Case interessanter werden, wenn einerseits der Leistungstarif steigt und andererseits die Kosten für die Ladeboxen sinken. Zudem sind zusätzliche Dienstleistungen mit der Teilnahme am schweizweiten Regelenergiemarkt denkbar.
Das Projekt stiess aufgrund seiner praktischen Umsetzung und seines zukunftsweisenden Charakters schweizweit auf grosses Interesse. Im Rahmen des Wissens- und Technologietransfers konnten zahlreiche Artikel, Veranstaltungen, Areal-Begehungen und Videos realisiert werden, die sich an ein breites Fachpublikum richteten. Mit dem vorliegenden Schlussbericht geht zwar das angewandte Forschungsprojekt zu Ende, nicht jedoch die Umsetzung im Areal Erlenmatt Ost. Die ADEV Energiegenossenschaft betreibt das E-Carsharing für die Bewohnenden und die energetische Optimierung des Areals weiter und etabliert sich damit als innovative Mobilitätsanbieterin.
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Final report
(English)
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The applied research project "Smart mobility with sustainable e-car sharing and bidirectional V2X" (duration January 2019 to March 2022) examined how new solutions for smart mobility can be developed in an area with multi-stakeholder management. To this end, an e-car sharing system with 2 bidirectional electric vehicles was set up for residents in the Erlenmatt Ost area of Basel, an association for self-consumption (ZEV), and an intelligent control and tariff system was introduced. The objectives were to influence the mobility behaviour of the residents, to optimise the selfconsumption of the area, to reduce peak loads and to demonstrate possible new business models such offering system services (V2X Vehicle-to-everything).
The project was realised by the project team of novatlantis GmbH (Dr. Anna Roschewitz), Smart Energy Engineering GmbH (Prof. Dr. David Zogg), Zurich University of Applied Sciences (Dr. Jörg Musiolik, Uroš Tomic, Pascal Vögeli) and ADEV Energiegenossenschaft (Andreas Appenzeller, Thomas Kramer).
For the first time in Switzerland, an operation with two bidirectional electric vehicles in car sharing was implemented. The test facility was continuously monitored, analysed and optimised in terms of measurement and organisation. In particular, the "energy manager", i.e. the active control of the load management, was continuously developed further so that the load peaks could be better softened during operation.
The Erlenmatt Ost site was a special case in various respects. On the one hand, a high overload of the area (up to 350 kW) faced a small control power of the electric vehicles (max. 20 kW). On the other hand, the vehicles were integrated in a car sharing model and the use was relatively low, as it is a low-mobility area. The advantage of car sharing was the plannability of use through the booking platform. A direct transfer of the effective results on site to other areas is not immediately possible due to these characteristics. However, it was shown for the first time in Switzerland that bidirectional charging is well possible under real conditions. The proof of concept is thus clearly given.
Owing to the active control, the load peaks in the area could be significantly reduced. With only two electric vehicles, the potential of 20 kW was already largely utilised, even when both vehicles were present at the critical times in the morning and evening. This was the case due to the successful user intervention, where a tariff incentive led to the vehicles being on site at peak load times.
Due to the small number of electric vehicles, extensive simulations were carried out and these results are very transferable to other areas. It can generally be said that a certain fleet size is necessary for V2X to be worthwhile. The simulations have shown that with a larger EV fleet in the Erlenmatt Ost area, the potential for reducing peak loads would be considerably greater than currently. Without regulation, the load peaks would almost double. With regulation, they can even be significantly reduced compared to the area without a fleet. According to simulations, a considerable contribution to peak load reduction is achieved from a fleet size of approx. 30 vehicles, as soon as enough bidirectional electric vehicles are on site and intelligently controlled.
In general, it can be stated for areas that small fleets (15 electric vehicles) bring a large additional benefit for reducing peak loads, but do not have reliable availability during peak loads. As a result, the critical peak loads cannot be optimally reduced in every month. Medium-sized EV fleets (about 30 electric vehicles) already show better peak load reduction results and have much better availability. However, during some peak loads, more vehicles would be needed for an effective reduction. For large fleets (about 50 electric vehicles), the additional benefit for peak load reduction is small compared to the medium fleet.
Not all electric vehicles from medium or large fleets are needed to achieve the targeted load reductions. Therefore, if electric vehicles are diffused throughout an area, it would be feasible to differentiate the use of the fleet for different energy services. For example, the aim could be to increase self-consumption with small fleets and to operate peak load reduction with medium-sized fleets. With large fleets, on the other hand, a subdivision and differentiated control of the fleet would be conceivable, so that some vehicles would be used for peak load reduction, while others would be available for regular services.
It is recommended to continuously monitor the market and to already consider the possibilities of V2X when installing new charging boxes today. This will require intelligent controllers, which can be upgraded with this feature in the future.
The behavioral intervention showed that by means of a two-part tariff and accompanied by an information campaign, it is in principle possible to influence the usage times of e-car sharing and thus to realize the breaking of load peaks in the evening. This finding can be transferred to other areas in Switzerland.
As is usual with pilot projects, this applied research project was not yet economically viable for various reasons. This is primarily due to the currently high prices for bidirectional charging boxes. However, it was shown that significant costs can be saved with a regulated fleet, namely about CHF 14'000 per year with about 60 vehicles and current performance tariff. In the future, this business case will become more interesting if on the one hand the peak load tariff increases and on the other hand the costs for the charging boxes decreases. Furthermore, additional services with participation in the nationwide balancing energy market are conceivable.
The project was met with great interest throughout Switzerland due to its practical implementation and forward-looking character. As part of the knowledge and technology transfer, numerous articles, events, site visits and videos were realized, which were aimed at a broad specialist audience. With this final report, the applied research project comes to an end, but not the implementation in the Erlenmatt Ost area. The ADEV energy cooperative continues to operate the e-car sharing for the residents and the energy optimization of the site and thus establishes itself as an innovative mobility provider.
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Final report
(French)
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Le projet de recherche appliquée «Mobilité smart du covoiturage et de l’autopartage électromobile et V2X bidirectionnel» (durée 1/2019 à 3/2022) a étudié comment développer de nouvelles solutions pour une mobilité intelligente sur un site avec une gestion multipartite. Pour ce faire, le site bâlois d'Erlenmatt Ost, un un regroupement pour l'autoconsommation (ZEV), a mis en place un système de partage de voitures électriques avec 2 véhicules électriques bidirectionnels pour les résidents et a introduit un système de régulation et de tarification intelligent. Les objectifs étaient d'influencer le comportement de mobilité des habitants, d'optimiser l'autoconsommation, de réduire les pics de charge et de mettre en évidence de nouveaux modèles commerciaux possibles comme l'offre de services système (V2X Vehicle-to-everything).
Le projet a été réalisé par l'équipe de projet de novatlantis GmbH (Dr Anna Roschewitz), Smart Energy Engineering GmbH (Prof. Dr David Zogg), Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (Dr Jörg Musiolik, Uroš Tomic, Pascal Vögeli) et ADEV Energiegenossenschaft (Andreas Appenzeller, Thomas Kramer).
Pour la première fois en Suisse, une exploitation avec deux véhicules électriques bidirectionnels en autopartage a pu être mise en place dans la pratique. L'installation expérimentale a été suivie, analysée et optimisée en permanence sur le plan des mesures et de l'organisation. En particulier, le "gestionnaire d'énergie", c'est-à-dire la régulation active de la gestion de la charge, a été continuellement perfectionné, de sorte que les pics de charge ont pu être mieux brisés pendant l'exploitation.
Le site d'Erlenmatt Ost était un cas particulier à plusieurs égards. D'une part, une forte surcharge du site (jusqu'à 350 kW) s'opposait à une faible puissance de régulation des véhicules électriques (20 kW maximum). D'autre part, les véhicules étaient intégrés dans un modèle d'autopartage et utilisation était relativement faible, car il s'agissait d'un lotissement à faible mobilité. L'avantage du car sharing était la possibilité de planifier l'utilisation grâce à la plateforme de réservation. Une transposition directe des résultats effectifs sur place à d'autres sites n'est pas possible en raison de ces particularités. Il a toutefois été possible de montrer pour la première fois en Suisse que le chargement bidirectionnel est bien possible dans des conditions réelles. La preuve de concept est donc clairement établie.
Grâce à la régulation active, les pics de charge ont pu être réduits de manière significative sur le site. Avec seulement deux véhicules électriques, le potentiel de 20 kW a déjà été exploité en grande partie, tant que les deux véhicules étaient présents aux heures de pointe le matin et le soir. Cela a été le cas grâce à l'intervention réussie des utilisateurs, qui ont bénéficié d'une incitation tarifaire pour que les véhicules soient présents aux heures de pointe.
En raison du petit nombre de véhicules électriques, des simulations détaillées ont été effectuées. Ces résultats sont tout à fait transposables à d'autres sites. D'une manière générale, on peut dire qu'une certaine taille de flotte est nécessaire pour que le V2X soit rentable. Les simulations ont montré qu'avec une flotte de VE plus importante sur le site d'Erlenmatt Ost, le potentiel de réduction des pics de charge est considérablement plus important. Sans régulation, les pics de charge doubleraient presque. Avec la régulation, elles peuvent même être réduites de manière significative par rapport au site sans flotte. Selon les simulations, une contribution notable à la réduction des pics de charge est obtenue à partir d'une flotte d'environ 30 véhicules, dès qu'un nombre suffisant de véhicules électriques bidirectionnels sont sur place et régulés de manière intelligente.
D'une manière générale, on peut constater que les petites flottes (15 véhicules électriques) apportent un grand avantage supplémentaire pour la réduction des pics de charge, mais ne sont pas disponibles de manière fiable pendant les pics de charge. De ce fait, les pics de charge décisifs ne peuvent pas être réduits de manière optimale chaque mois. Les flottes de VE de taille moyenne (environ 30 véhicules électriques) présentent déjà de meilleurs résultats en termes de réduction des pics de charge et ont une disponibilité nettement meilleure. Toutefois, pendant certains pics de charge, il y a déjà plus de véhicules que ce qui serait nécessaire pour la réduction. Pour les grandes flottes (environ 50 véhicules électriques), le bénéfice supplémentaire pour la réduction des pics de charge est faible par rapport à la flotte moyenne.
Tous les véhicules électriques des flottes moyennes ou grandes ne sont pas nécessaires pour atteindre les réductions de charge visées. C'est pourquoi, en cas de diffusion de véhicules électriques sur un site, il serait envisageable de différencier l'utilisation de la flotte pour différents services énergétiques. Par exemple, il est possible de viser une augmentation de la consommation propre avec de petites flottes et une réduction des pics de charge avec des flottes de taille moyenne. Pour les grandes flottes, on pourrait envisager une subdivision et une gestion différenciée de la flotte, de sorte que certains véhicules soient utilisés pour la réduction des pics de charge, tandis que d'autres seraient disponibles pour des services de régulation.
Il est recommandé d'observer le marché en permanence et de tenir compte dès aujourd'hui des possibilités du V2X lors de l'installation de nouveaux boîtiers de recharge. Pour cela, il faut des commandes intelligentes qui pourront être étendues à l'avenir avec cette fonction.
L'intervention comportementale a montré qu'il est en principe possible, au moyen d'un tarif en deux parties et accompagné d'une campagne d'information, d'influencer les heures d'utilisation de l'autopartage et de réaliser ainsi la rupture des pics de charge en soirée. Ce résultat peut être appliqué à d'autres sites en Suisse.
Comme c'est généralement le cas pour les projets pilotes, ce projet de recherche appliqué n'était pas encore rentable pour diverses raisons. En premier lieu, en raison du prix actuellement élevé des boîtiers de recharge bidirectionnels. Il a toutefois été possible de démontrer que la flotte régulée permettait d'économiser des coûts considérables, à savoir environ 14'000 CHF par an pour environ 60 véhicules et le tarif de puissance actuel. A l'avenir, ce business case deviendra plus intéressant si, d'une part, le tarif de prestation augmente et si, d'autre part, les coûts des boîtiers de recharge diminuent. En outre, des services supplémentaires sont envisageables avec la participation au marché de l'énergie de réglage à l'échelle nationale.
Le projet a suscité un grand intérêt dans toute la Suisse en raison de sa mise en oeuvre pratique et de son caractère avant-gardiste. Dans le cadre du transfert de connaissances et de technologies, de nombreux articles, manifestations, visites de sites et vidéos ont pu être réalisés et s'adressaient à un large public de spécialistes. Le présent rapport final marque certes la fin du projet de recherche appliquée, mais pas celle de la mise en oeuvre sur le site d'Erlenmatt Ost. L'ADEV Energiegenossenschaft poursuit le partage de voitures électriques pour les habitants et l'optimisation énergétique du site, s'établissant ainsi comme un fournisseur de mobilité innovant.
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