{"id":2352,"date":"2020-05-15T14:00:37","date_gmt":"2020-05-15T12:00:37","guid":{"rendered":"https:\/\/bernstein-group.com\/?p=2352"},"modified":"2020-09-28T12:46:41","modified_gmt":"2020-09-28T10:46:41","slug":"zugang-zu-neuen-einnahmequellen-durch-virtuelle-kraftwerke-fuer-elektrofahrzeugflotten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bernstein-group.com\/en\/2020\/05\/15\/zugang-zu-neuen-einnahmequellen-durch-virtuelle-kraftwerke-fuer-elektrofahrzeugflotten\/","title":{"rendered":"Zugang zu neuen Einnahmequellen durch virtuelle Kraftwerke f\u00fcr Elektrofahrzeugflotten"},"content":{"rendered":"

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Elektrofahrzeuge k\u00f6nnen einen erheblichen Teil zur klimaneutralen Zukunft der Mobilit\u00e4t beitragen \u2013 da sind sich Politik, Wirtschaft und Wissenschaft einig. Doch wie dieser Beitrag genau aussieht und an welcher Stelle hier angesetzt wird, da unterscheiden sich Ideen und Zeitplan. W\u00e4hrend die Bundesregierung mithilfe des Geb\u00e4ude-Elektromobilit\u00e4tsinfrastruktur-Gesetz (GEIG) Grundlagen einer soliden Ladeinfrastruktur f\u00fcr E-Autos schafft, gibt es auf innovativer Seite hierzu bereits neue Ideen. Diese parallelen Entwicklungen zeigen einmal mehr, wie wichtig der Austausch zwischen Wissenschaft und Politik ist, um Innovationen bestm\u00f6glich in den Markt zu bringen und sie nicht durch gutgemeinte, politische Vorfestlegungen zu verhindern.<\/strong><\/p>\n

Eine der Ideen ist es, E-Autos als virtuelle Energiespeicher zu verwenden. Diesen Ansatz haben Prof. Dr. Wolfgang Ketter und Karsten Schroer der Universit\u00e4t K\u00f6ln detailliert untersucht und uns die Ergebnisse in Rahmen des Mobility-Policy-Newsletters in einem Gastbeitrag zu Verf\u00fcgung gestellt. Den gemeinsamen Newsletter mit Wunder Mobility<\/a> k\u00f6nnen Sie hier<\/a> abonnieren.<\/strong><\/p>\n

Die COVID-19-Krise hat den Mobilit\u00e4tssektor tief ersch\u00fcttert. Nach umfassenden und streng durchgesetzten Sperrma\u00dfnahmen, brach die Mobilit\u00e4tsnachfrage in einigen M\u00e4rkten um bis zu 80% oder mehr<\/a> ein. Die Auswirkungen sind besonders stark bei privat unterst\u00fctzten plattformbasierten Mobilit\u00e4tsnetzwerken zu sp\u00fcren, die auf Wachstum eingestellt sind und oft limitiertes Kapital zur Verf\u00fcgung haben.<\/p>\n

W\u00e4hrend die Lockdowns weltweit gelockert werden und die Mobilit\u00e4tsm\u00e4rkte auf eine vorsichtige Erholung zusteuern, hat die Krise deutlich gemacht, dass Mobilit\u00e4tsanbieter in der Regel keine alternativen Einnahmequellen zur Verf\u00fcgung haben und daher externen Schocks ausgesetzt sind. Unsere Forschung<\/a> zeigt, dass Mobilit\u00e4tsplattformen mit Elektrofahrzeugflotten neue Einnahmequellen sein\u00a0 k\u00f6nnen, indem sie ihre bestehende Flotte in ein virtuelles Kraftwerk verwandeln. Unser Ansatz st\u00fctzt sich ausschlie\u00dflich auf fortschrittliche Analysen und automatisierte Stromm\u00e4rkte und kann in ausgew\u00e4hlten M\u00e4rkten zus\u00e4tzliche Gewinnzuw\u00e4chse von bis zu 4,3% erzielen.<\/p>\n

Die betriebswirtschaftliche Logik\u00a0 virtueller Kraftwerke ergibt sich aus Nachfrage- und Angebotsungleichgewichten auf den Stromm\u00e4rkten, die im Zuge der Energiewende h\u00e4ufiger geworden sind. Mit dem heutigen Trend weg von der top-down vertikal integrierten Erzeugung fossiler Brennstoffe hin zu dezentralen Stromquellen liegen bestimmte Faktoren nicht mehr in der Kontrolle eines Kraftwerksbetreibers. Zum Beispiel kann der Betreiber nicht mit hoher Genauigkeit vorhersagen, wie stark der Wind wehen oder wie lange die Sonne scheinen wird, und es k\u00f6nnte zu gro\u00dfen Schwankungen in der Erzeugungskapazit\u00e4t kommen. In Zeiten, in denen die erneuerbare Leistung gering ist, m\u00fcssen Ersatzkraftwerke f\u00fcr fossile Brennstoffe oder andere Technologien wie Power2Gas eingesetzt werden, um die L\u00fccke zu schlie\u00dfen. Zu anderen Zeiten, wenn die Leistung hoch ist, m\u00fcssen Windparks m\u00f6glicherweise abgeschaltet werden, um das Netz nicht zu \u00fcberlasten, was sowohl verschwenderisch als auch ineffizient ist. Unsere Forschung zeigt, dass der Einsatz von Elektrofahrzeugen (EVs) als virtuelle Kraftwerke eine entscheidende Rolle bei der Ausbalancierung intelligenter Stromnetze spielen kann, wodurch diese Schl\u00fcsselfragen angegangen werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Zwar k\u00f6nnen einzelne Fahrer einen Unterschied machen, aber die Auswirkungen werden in gro\u00dfem Ma\u00dfstab viel bedeutender\u00a0 sein. Aus diesem Grund konzentrierten wir uns in unserer Studie auf das Management von EV-Flotten, die als VPPs organisiert sind.\u00a0 Wir\u00a0 analysierten das Potenzial geparkter Fahrzeuge, \u00fcbersch\u00fcssige Elektrizit\u00e4t aus dem Netz aufzunehmen, wenn das Energieangebot hoch und die Nachfrage niedrig ist, und Elektrizit\u00e4t durch Entladung wieder in das Netz einzuspeisen, wenn das Angebot niedrig und die Nachfrage hoch ist. Wir fanden heraus, dass solche VPPs sowohl \u00f6kologisch vorteilhaft sein k\u00f6nnen, indem sie die Einschr\u00e4nkung der Windenergie reduzieren, als auch f\u00fcr die Verbraucher vorteilhaft sind, indem sie die Energiekosten senken. Entscheidend ist jedoch, dass sie auch f\u00fcr Flottenbesitzer rentabel sein k\u00f6nnen, indem sie Autos belasten, wenn die geringe Nachfrage die Spot-Strompreise nach unten treibt, und denselben Strom zu Zeiten, in denen die hohe Nachfrage die Preise in die H\u00f6he treibt, wieder an das Netz verkaufen.<\/p>\n

Individuelle Mobilit\u00e4t vs. Netzausgleich – ein Dilemma<\/b><\/p>\n

Obwohl dies wie eine Lizenz zum Gelddrucken klingen mag, gibt es eine Reihe von spezifischen Herausforderungen, die angegangen werden m\u00fcssen, wenn wir die EV-Flotte optimal nutzen wollen.<\/p>\n

Um die EV-Flotte bestm\u00f6glich zu nutzen und gleichzeitig das Kerngesch\u00e4ft, die Bereitstellung von Mobilit\u00e4t f\u00fcr Menschen, nicht zu gef\u00e4hrden, ist eine sorgf\u00e4ltige und zeitnahe Bewertung des aktuellen und zuk\u00fcnftigen Strom- und Mobilit\u00e4tsbedarfs erforderlich. Da ein einzelnes Fahrzeug entweder f\u00fcr die Mobilit\u00e4t oder als Teil eines VPP eingesetzt werden kann, k\u00f6nnen schlechte betriebliche Entscheidungen zu einer Situation f\u00fchren, in der die Mobilit\u00e4tsnachfrage nicht erf\u00fcllt werden kann oder umgekehrt. F\u00fcr Flottenbetreiber kulminiert dies in einem komplexen Dilemma, welchem Markt (Energie oder Mobilit\u00e4t) einzelne Fahrzeuge zuzuordnen sind.<\/p>\n

Modernste KI-gest\u00fctzte Prognosewerkzeuge k\u00f6nnen helfen, dieses Dilemma zu bew\u00e4ltigen. Die r\u00e4umlich-zeitliche Vorhersage der Mobilit\u00e4tsnachfrage ist eine zentrale Herausforderung. Letztendlich besteht der Hauptzweck einer Flotte darin, die Mobilit\u00e4t ihrer Benutzer zu gew\u00e4hrleisten. Wird dies vers\u00e4umt, wirkt sich dies negativ auf das Serviceniveau, die Zufriedenheit der Benutzer und letztlich auf die aus der Mobilit\u00e4t generierten Einnahmen aus. Daraus folgt, dass der Flottenbetreiber genaue Vorhersagen dar\u00fcber ben\u00f6tigt, wie viele Fahrzeuge genau in einem bestimmten Gebiet zur Vermietung zur Verf\u00fcgung stehen m\u00fcssen. Dar\u00fcber hinaus sind genaue Informationen \u00fcber die Anzahl der an Ladestationen angeschlossenen Fahrzeuge und deren freie Batteriekapazit\u00e4t erforderlich. Zus\u00e4tzlich ist eine relative Sicherheit \u00fcber die zuk\u00fcnftigen Strompreise erforderlich, um fundierte Trade-off-Entscheidungen treffen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Die besondere Herausforderung dieser gemischten Nutzungsstrategie besteht in der kontinuierlichen und zeitnahen Bewertung von zwei parallelen und sich gegenseitig ausschlie\u00dfenden Marktchancen f\u00fcr die Flotte. Flottenbetreiber m\u00fcssen Entscheidungen treffen zwischen der Bereitstellung eines EV zur Nutzung, bei der der Standort innerhalb der Stadt eine Rolle spielt und der Abgabe an das Netz. Die Fahrer wollen, dass sich die Autos in der N\u00e4he ihres Abfahrts- oder Ankunftsortes befinden. Im Fall der Abgabe an das Netz spielt der Standort eine geringere Rolle, da die Fahrzeuge an jedem leistungsf\u00e4higen Ladepunkt im Verteilungsnetz entladen werden k\u00f6nnen. Es handelt sich um einen Balanceakt, bei dem Anreize helfen k\u00f6nnen, wie z.B. die Bereitstellung von freien Fahrminuten, um die Fahrer buchst\u00e4blich zu ermutigen, die zus\u00e4tzliche Meile zu gehen, um Ladepunkte aufzusuchen.<\/p>\n

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von automatisierten Entscheidungswerkzeugen, die maschinelles Lernen und mathematische Programmierung nutzen und ein effektives und robustes Management des oben beschriebenen Kompromisses bei gleichzeitiger Maximierung des Serviceniveaus erm\u00f6glichen.<\/p>\n

Faktoren der Effektivit\u00e4t und die Bedeutung des lokalen Kontexts\u00a0<\/b><\/p>\n

Die Wirksamkeit unserer VPP-Strategie h\u00e4ngt von einer Reihe von Faktoren ab. Ein gro\u00dfes Thema ist die Infrastruktur. Wir brauchen Ladestationen dort, wo die Nachfrage nach EVs am gr\u00f6\u00dften ist, da diese Stationen ein kritischer Bestandteil des gesamten virtuellen Kraftwerks sind. Der Standort kann stadtabh\u00e4ngig, umweltabh\u00e4ngig oder sogar saisonabh\u00e4ngig sein, aber er erfordert eine sorgf\u00e4ltige Planung. Und nat\u00fcrlich m\u00fcssen die Ladestationen bidirektional sein, damit sie eine Batterie nicht nur laden, sondern auch entladen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Die Verf\u00fcgbarkeit der Ladeinfrastruktur ist zwar eine Kernanforderung, aber auch die konsequente Nutzung dieser Infrastruktur ist von entscheidender Bedeutung. Dies bedeutet, dass ein Element der Verhaltens\u00e4nderung auf Seiten des EV-Nutzers erforderlich ist. In den von uns untersuchten F\u00e4llen gab es keinen Anreiz f\u00fcr die Fahrer, die Autos nach der Benutzung in der N\u00e4he einer der Ladestationen zu parken. Um in vollem Umfang davon zu profitieren, muss dieser Verhaltensaspekt vorhanden sein – man m\u00f6chte die Autos zur Nutzung, aber auch zum Entladen zur Verf\u00fcgung haben. Sie m\u00fcssen zur richtigen Zeit geparkt und an das Netz angeschlossen werden, sonst k\u00f6nnen sie die Vorteile des Energiehandels nicht nutzen.<\/p>\n

Spezifikationen, Leistung und Kosten von Batterietechnologien spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle. Wir untersuchen die Auswirkungen verschiedener Preiskurven und stellen fest, dass die k\u00fcnftige Batterietechnologie das Gewinnpotenzial von VPPs erheblich steigern kann.<\/p>\n

Schlie\u00dflich spielen lokale Faktoren eine entscheidende Rolle und haben einen direkten Einfluss auf die potenzielle Nutzung der EV-Flotte als VPP. Sowohl die physischen Eigenschaften als auch die Kultur spielen eine gro\u00dfe Rolle, da der Erfolg eines VPP davon abh\u00e4ngt, welchen Anteil an nachhaltigen Ressourcen ein Standort in seinem Energiemix hat, sowie von der H\u00f6he der Energiesteuern. Er h\u00e4ngt auch von der Bereitschaft der Menschen ab, Fahrzeuge zu teilen – diese ist in Europa im Allgemeinen viel h\u00f6her als in den Vereinigten Staaten.<\/p>\n

Die Zukunft flottenbasierter VPPs – Besser f\u00fchlen, indem man Gutes tut<\/b><\/p>\n

Flottenbasierte VPPs stellen eine profitable sekund\u00e4re Einnahmequelle f\u00fcr Flottenbetreiber dar und sind ein vielversprechender Weg zur Steigerung der Flottenauslastung. W\u00e4hrend das Kerngesch\u00e4ft (und damit der Profitpool) nach wie vor fest auf die Bereitstellung von Mobilit\u00e4tsdiensten ausgerichtet ist, erm\u00f6glichen modernste Prognose- und Optimierungsmethoden den Betreibern die gewinnbringende Erschlie\u00dfung neuer Gesch\u00e4ftsm\u00f6glichkeiten, die sich aus der virtuellen Kraftwerkstechnik ergeben. Ein gut gemanagter Fuhrpark kann zu etwas werden, das wir “Besser f\u00fchlen , indem wir Gutes tun” nennen. Der Flotteneigent\u00fcmer tut Gutes, indem er der Gesellschaft einen Dienst erbringt: Er ver\u00e4ndert die hohe Volatilit\u00e4t im Netz in ein hohes Ma\u00df an Energieunabh\u00e4ngigkeit, um Ausgleichskapazit\u00e4ten zu schaffen. Gleichzeitig tut er aber auch etwas Gutes f\u00fcr den Geldbeutel seines Unternehmens, indem er ein zweites Gesch\u00e4ftsmodell mit einem alternativen Einkommensstrom schafft.<\/p>\n

In einer Folgestudie haben wir das Potenzial flottenbasierter VPPs auf dem Markt f\u00fcr Hilfsdienste zur Frequenzsteuerung bewertet. Wir zeigen eine weitere erhebliche Steigerung des Nettogewinns.<\/p>\n

Um sich selbst von den potenziellen Vorteilen von Elektrofahrzeugen als virtuelle Kraftwerke zu \u00fcberzeugen, besuchen Sie unsere Power TAC-Website (www.powertac.org). Dies ist die weltweit gr\u00f6\u00dfte kostenlose, quelloffene Smart-Grid-Plattform, mit der Sie diese und eine Reihe anderer Nachhaltigkeitsszenarien testen k\u00f6nnen.<\/p>\n

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Literaturhinweise:<\/strong><\/p>\n

Kahlen, M., Schroer, K., Ketter, W., Gupta, A., Intelligente M\u00e4rkte f\u00fcr die Echtzeit-Allokation von Mehrprodukt-Ressourcen: Der Fall der gemeinsam genutzten Elektrofahrzeuge (1. September 2019), online verf\u00fcgbar unter https:\/\/ssrn.com\/abstract=3544592<\/p>\n

Kahlen, M. T., Ketter, W., und Dalen, J. Van. 2018. “Dilemma virtuelles Kraftwerk Elektrofahrzeug: Netzausgleich versus Kundenmobilit\u00e4t”, Produktions- und Betriebsf\u00fchrung (27:11), S. 2054-2070, online verf\u00fcgbar unter: https:\/\/onlinelibrary.wiley.com\/doi\/10.1111\/poms.12876<\/p>\n

Leistungs-TAC (https:\/\/powertac.org)<\/p>\n

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Prof. Dr. Wolfgang Kette<\/b>r ist Professor an der Universit\u00e4t zu K\u00f6ln\u00a0 f\u00fcr Wirtschaftsinformatik in dem Bereich nachhaltige Gesellschaft. Seine Forschungsschwerpunkte sind der Einsatz von KI, Marktdesign und Gro\u00dfsimulation im Dienste der Nachhaltigkeit in Energie und Mobilit\u00e4t. Er ist Co-Direktor des Instituts f\u00fcr Energiewirtschaft an der Universit\u00e4t zu K\u00f6ln, Fellow des Global Future Council on Mobility des Weltwirtschaftsforums und regelm\u00e4\u00dfiger Berater der deutschen Regierung. \u00dcber Twitter @wolfketter k\u00f6nnen Sie sich \u00fcber die Forschung von Prof. Ketter auf dem Laufenden halten.<\/p>\n

Karsten Schroer<\/b> ist Doktorand am Lehrstuhl von Prof. Ketter f\u00fcr Informationssysteme f\u00fcr eine nachhaltige Gesellschaft. Seine besonderen Forschungsinteressen liegen im Design von datengesteuerten Anwendungen zur Entscheidungsunterst\u00fctzung und intelligenten Mechanismen, die maschinelles Lernen und mathematische Programmiermethoden nutzen, um ein nachhaltigeres Energie- und Mobilit\u00e4ts-\u00d6kosystem zu erm\u00f6glichen. Karsten Schroer hat einen Abschluss in Maschinenbau von der Universit\u00e4t Cambridge. Er postet regelm\u00e4\u00dfig Forschungs-Updates \u00fcber Twitter @KarstenSchroer.<\/p>\n

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