15 Jahre Forschung und Entwicklung zur Netzintegration von Erneuerbaren Energien und Elektromobilität an den BTU-Lehrstühlen „Energieverteilung und Hochspannungstechnik“ bzw. „Dezentrale Energiesysteme“

Neben diversen Feldversuchen zu Vehicle-to-Grid auf Basis des japanischen CHAdeMO Standards und unter Nutzung von Testfahrzeugen von NISSAN oder Mitsubishi war es vorallem BMW, die als Erste mit großen Feldversuchen zum „Bidirektionalen Laden“ auf Basis des europäischen CCS-Ladestandards begonnen hatten. Fokussiert vorallem auf Partner und Standorte in Süddeutschland waren im hier beschriebenen Projekt insgesamt 50 rückspeisefähige BMW i3-BDL im Einsatz. Diese kommerziellen Fahrzeuge hatten für die spezielle Lade-Software eine zeitlich befristete allgemeine Straßenzulassung. Über diverse Kontakte in der Vergangenheit wurde in diesem Projekt auch ein BMW i3-BDL an die BTU zu Testzwecken im Rahmen des vorhandenen Smart Grid gegeben. Dieses Projekt wird aktuell als „BDL-next“ fortgeführt. Die BTU ist hier nicht mehr eingebunden, da wir Projektpartner im nachfolgend beschriebenen V2G-Projekt mit Volkswagen geworden sind.

Über eine Förderung aus dem EXIST-Programm der BMWK gelang es in den Jahren 2020-2024 die ePHANT GmbH aus der BTU heraus als Start-Up im Bereich der Elektromobilität zu gründen. Drei Doktoranden des LS Energieverteilung und Hochspannungstechnik sowie ein Doktorand aus der Informatik entwickeln nun Geschäftsideen im Bereich des Smart Charging Service Providers. Die Gründer konnte zahlreiche Erfahrungen sammeln im u.g. Projekt mit DELTA Electronics und NISSAN und sind auch im aktuellen Projekt mit Volkswagen, HagerEnergy und Stromnetz Berlin engagiert.

Aufgrund der zahlreichen Vorarbeiten im Bereich der Netzintegration Erneuerbarer Energien und Elektromobilität wurde der Lehrstuhl in 2017 von der damaligen Hochschulleitung gebeten, ein Konzept zu entwickeln, den gesamten BTU-Zentralcampus in ein möglichst klimaneutrales Smart Grid umzugestalten, der einen möglichst hohen Anteil von photovoltaischer Stromerzeugung mit den vorhandenen Lasten und zusätzlicher Ladeinfrastruktur sowie Speichern so kombiniert, dass aus dem BTU-eigenen 20 kV-Campusnetz möglichst wenig temporäre regenerative Übererzeugung in das vorgelagerte Netz rückgespeist werden muß. Über eine von brandenburgischen Wirtschaftsministerium geförderte, extern an eine Ingenieurgesellschaft vergebene Konzeptstudie wurden die technischen Randbedingungen für diesen BTU-Smart-Campus fixiert. Leider hielt sich das technische Gebäudemanagement bei der Erstellung dieser Konzeptstudie deutlich zurück, da der SmartCampus auf der Prioritätenliste der neuen Hochschulleitung hinter anderen Initiativen deutlich zurückfiel. Im Rahmen der Erstellung des zugehörigen Projektvideos wurde der Lehrstuhl besonders freundlich unterstützt von Mercedes-Benz und dem AHC – Autohaus Cottbus.

In Umsetzung der vorgenannten Studie wurden erste Ladestandorte errichtet an der Fachhochschule in Eberswalde (Stadtcampus) und den Universitäten in Potsdam (Campus Golm) sowie Cottbus und Senftenberg (Zentralcampus, Campus Sachsendorf, Campus Senftenberg). An jedem der genannten Standorte wurde eine Schnell-Ladesäule der Fa. DELTA Electronics mit bis zu 150 kW Ladeleistung und bis zu 4 Ladepunkten errichtet und als reguläre Hochschulinfrastruktur in Nutzung genommen. Auf dem Zentralcampus wurden ferner drei industrielle Versuchsmuster für kommerzielle Vehicle-to-Grid Wallboxen zu Forschungszwecken installiert, die noch den japanischen CHAdeMO-Ladestandard nutzten. Zusammen mit DELTA Electronics und Fa. RenErGate GmbH wurde ein Energiemanagement-System und eine User-App entwickelt, mit der der Fahrzeugnutzer Informationen mit der Ladesäule zu seinem Nutzungsverhalten austauschen konnte. Erprobt wurde dieses System an diversen Elektrofahrzeugen der Fa. NISSAN.

Als DFG-Großgerät im Rahmen des Neubaus für die Energietechnik an der BTU wurde auch ein besonderes Simulationssystem aufgebaut. Mit diesem kann man die dynamischen Vorgänge z.B. im ostdeutschen Stromversorgungsnetz simulieren und damit auch die Einflüsse eines wachsenden Anteils erneuerbarer Energien und Elektromobilität analysieren. Der Netzbetrieb in diesem Simulator erfolgt über neun unabhängig voneinander agierenden Leitwarten.

Da die Bundesregierung die Schaufensterprojekte fortschrieb, war es möglich, den vorgenannten Anlagenpark mit einem hochprofessionellen Leitsystem Powerspectrum 5 der Fa. Siemens zu vernetzen und über eine Leitwarte im ebenfalls aufgebauten kleinen Besucherzentrum zu steuern. Damit wurde durch viele aufeinander aufbauende Projektfinanzierungen ein Smart Grid zu Forschungszwecken an der BTU geschaffen, dass bundesweit damals singulär und heute nach wie vor sehr selten ist.

Durch die Einbindung der BTU in dieses bundesweite und internationale Schaufenster Elektromobilität war es dem Lehrstuhl möglich, das bereits aufgebaute kleine Smart Grid mit PV, Batterie und Ladesäulen zu ergänzen um Anlagen zur Sektorenkopplung wie Power-to-Heat incl. Wärmespeicher, Power-to-Cold incl. Kältespeicher sowie mit einem gasgefeuerten und blindleistungsfähigen Blockheizkraftwerk um eine zur volatilen PV-Einspeisung komplementäre Erzeugungsanlage. In dieses Projekt waren viele regionale Firmen bei der Anlagen-Planung und –Errichtung eingebunden.

Etwa ab 2010 hatten deutsche Großserienhersteller (BMW, Mercedes) erste Mild-Hybridfahrzeuge auf den Markt gebracht. In 2013 folgte BMW mit dem i3 als erstem kompaktem batterieelektrischem Fahrzeug und ab 2015 brachte Mercedes das erste Großserien-Plug In Hybrid Fahrzeug auf den Markt. In einer Kurzstudie hatte die BTU diesen technologischen Großserienstand mit den eigenen Forschungen zur Vehicle-to-Grid Technologie verglichen, die damals zwar von vielen als noch als unsinnig abgetan wurden, die seitens der BTU aber für etwa 2025ff als „market-ready“ eingestuft wurde. Dieses Projekt wurde mit freundlicher Unterstützung des AHC – Autohaus Cottbus durchgeführt.

Unmittelbar nachfolgend zum Aufbau des o.g. Solar Energy Research Fields konnte dieses um die Elektromobilitätskomponente erweitert werden. Zusammen mit German e-Cars, die auch in Cottbus die GeC-R&D GmbH als An-Institut der BTU gründete, wurden 30 Opel Corsa als GeC-CETOS in der Lausitz auf die Straße gebracht. Ferner wurden von GeG R&D zusammen mit Mercedes Ludwigsfelde auch 12 Mercedes Sprinter als vollelektrische GeC PLANTOS umgebaut. Viele der genannten Fahrzeuge wurden im regulären Kraftwerks- und Tagebaubetrieb getestet bei Vattenfall Europe Mining & Generation, der heutigen LEAG. Alle 16 Testfahrzeuge an der BTU konnten ferner netzdienlich gesteuert geladen werden und einige davon waren auch schon rückspeisefähig, auch wenn es zu diesem sehr frühen Zeitpunkt noch keinerlei internationale Standards zu dieser Vehicle-to-Grid Technologie gab.

Über ein Förderprogramm nachfolgend zur Weltwirtschaftskrise in 2008 wurde der BTU der Aufbau einer 100 kW Photovoltaik Anlage ermöglicht, die zusammen mit einer großen Batterie zur Speicherung temporärer regenerativer Überschüsse eingesetzt wird in diversen Forschungsthemen zur verbrauchsgeführten Einspeisung von erneuerbaren Energien aus hoch volatilen Quellen.