Wie Elektrofahrzeuge zur Stabilisierung der Verteilungs- und Übertragungsnetze beitragen werden
Elektrofahrzeuge werden ausschließlich mit Strom aus Batterien (in der Regel Lithium-Ionen-Batterien) betrieben, die über eine große Kapazität verfügen, um Energie für eine lange Zeit zu speichern. Wenn jemand mit einem voll aufgeladenen Auto nach Hause fährt, ist es daher unwahrscheinlich, dass er den ganzen Tag über auf der Straße festsitzt, und es ist fast so, als würde man ein aufgeladenes Smartphone vertrauensvoll mit sich herumtragen. Diese effektive Speicherkapazität von Elektrofahrzeugen hat jedoch noch andere Anwendungen, die mich interessieren, und zwar im Zusammenhang mit der Stabilität des Stromnetzes. Das Stromnetz besteht aus Verteilungs- und Übertragungsleitungen, die zwar ähnlich aussehen, aber doch recht unterschiedlich sind. Übertragungsleitungen transportieren Strom mit sehr hohen Spannungen vom Ort der Erzeugung zu den Verteilerstationen, die näher am Ort des Bedarfs liegen. Die Verteilungsleitungen leiten den Strom mit niedrigeren Spannungen zu den Verbrauchsstellen, wie Industrie, Büros, Wohnungen, Einkaufszentren usw. Wie kommen die Elektrofahrzeuge ins Spiel? Das werde ich gleich erklären.
Warum ist die Stabilität von Übertragungs- und Verteilungsnetzen ein Thema?
In einem typischen Stromnetz muss ein konstanter Stromfluss vorhanden sein, um die Langlebigkeit der Leitungen zu gewährleisten. Die meisten der heutigen Netze bestehen seit mehr als fünfzig Jahren und wurden nicht für die Einführung der erneuerbaren Energien in jüngster Zeit konzipiert. Erneuerbare Energien und dezentrale Energieressourcen sind neu im Netz und bringen die ursprünglich geplante Betriebsweise durcheinander: Erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie sind stochastischer Natur; es ist nicht einfach, die Strommenge vorherzusagen, die sie zu bestimmten Zeiten erzeugen. In Europa ist die Windenergie mit bis zu 426 TWh die wichtigste Stromquelle aus dem Mix der erneuerbaren Energien. Die Marktkapazität für die Windenergieerzeugung wird bis 2022 auf 17 GW und bis 2050 auf 483 GW geschätzt, aber das Angebot an Windenergie schwankt. Leider zeigen diese Prognosen, dass erneuerbare Energien immer beliebter werden und dass der erzeugte Strom am besten über das bestehende Netz zu den Verbrauchern gelangen kann, da das Stromnetz nur dann stabil ist, wenn die erzeugte Strommenge auch verbraucht wird. Angesichts der Schwankungen der erneuerbaren Energiequellen ist diese Stabilität jedoch nicht leicht zu erreichen, ohne neue Strategien und Techniken einzuführen. Eine dieser Möglichkeiten ist die Integration von Elektrofahrzeugen in das Stromnetz, um die Stabilität zu gewährleisten. Und so geht's:
Wie wir mit Elektrofahrzeugen Netzstabilität erreichen können
Wie ich bereits erwähnt habe, verfügen Elektrofahrzeuge über Batterien, die an Ladestationen aufgeladen werden können und während der Fahrt als Stromquelle dienen. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass Autofahrer ihre Fahrzeuge bis zu 95 % des Tages abstellen. Im Grunde genommen sind Elektrofahrzeuge als Energiespeicher sehr effektiv, da die Batterien bei Bedarf geladen und entladen werden können. Interessanterweise werden die Batterien bei bidirektionalem Laden effizienter genutzt als bei unidirektionalem, intelligentem Laden. Je nach der von den Stromquellen im Netz erzeugten Strommenge und der Nachfrage gibt es Spitzenlast, d. h. einen Nachfrageüberschuss, und zu anderen Zeiten Schwachlast, d. h. eine geringere Nachfrage als die erzeugte Energie. An dieser Stelle kommen Elektrofahrzeuge durch intelligente Lade- und V2G-Technologien (Vehicle-to-Grid) ins Spiel: Damit V2G gut funktioniert, gibt es intelligente Technologien, die die Kommunikation zwischen E-Fahrzeugen und Netzen ermöglichen. So können intelligent gesteuerte Elektrofahrzeuge bei Spitzenlast Strom an das Netz abgeben, während sie an das Ladegerät angeschlossen sind. Auf die gleiche Art und Weise, mit intelligentem Laden, wird das Laden während der Schwachlastzeiten durchgeführt, und es ist möglich zu kontrollieren, wie viel Strom verbraucht wird.
Der aktuelle Status von Elektrofahrzeugen in Bezug auf die Netze und was zu erwarten ist.
Die Einführung von V2G ist noch nicht so weit gediehen, wie sie sein sollte, aber der Weg zu ihrer vollständigen Nutzung hat begonnen. In jüngster Zeit haben die Hersteller von Elektrofahrzeugen die Nutzung von V2G gefördert, indem sie Tests für EV-Nutzer durchgeführt haben. Infolgedessen sind jetzt mehr Elektrofahrzeuge intelligenter, und ihre Ladegeräte ebenfalls. Außerdem gibt es Anwendungen, mit denen die Kommunikation zwischen diesen Geräten reibungslos funktioniert, und genau das braucht V2G.Der Markt für Elektrofahrzeuge wächst schnell, und laut der Internationalen Energieagentur (IEA)wird die Zahl der Elektrofahrzeuge bis zum Jahr 2030 weltweit auf 140 bis 240 Millionen ansteigen. Da immer mehr Menschen Elektrofahrzeuge nutzen, müssen die Netzbetreiber auf die Energienachfrage und die Dynamik vorbereitet sein.
V2G für Netzstabilität Fallstudien
Um Plug-In- oder Hybrid-Elektrofahrzeuge in das Stromnetz zu integrieren, brauche ich mehr als nur die Technologien. Wir brauchen Vereinbarungen zwischen der Regierung, den Energieversorgungsunternehmen und den Herstellern von Elektrofahrzeugen. Wenn diese Vereinbarungen vorhanden sind, wird es einfacher sein, ein stabiles Netz mit V2G-Einführung zu erreichen. Es gibt eine Reihe bemerkenswerter V2G-Projekte in ganz Europa: E.ON, ein Energieversorgungsunternehmen in Europa, arbeitet seit 2019 mit Nissan zusammen, um die Entwicklung von V2G zu gewährleisten, aber es ist noch viel mehr Arbeit nötig, um Elektrofahrzeuge vollständig einzuführen. In dem von ihnen gestarteten Versuch wurden zwanzig (20) V2G-Ladegeräte erfolgreich eingesetzt, die auf dem Gelände von Nissan Cranfield überprüft wurden. In diesem ersten Versuch wurde untersucht, wie die teilnehmenden Unternehmen/Büros durch die Erzielung von Einnahmen bei gleichzeitiger Einspeisung in das Stromnetz profitieren können, und kürzlich wurden weitere Teilnehmer für die nächste Versuchsphase gesucht. Mit den im Vereinigten Königreich zur Verfügung stehenden Mitteln kämen alle Teilnehmer in den Genuss von Anreizen und einem hoch subventionierten V2G-Paket. Nach Ansicht des V2G-Programmmanagers von E.ON UK ist dies ein weiterer Schritt zur Markteinführung von V2G-Ladegeräten. Vor Beginn des Projekts wurden bereits zwei NISSAN-Elektrofahrzeuge mit V2G-Fähigkeiten ausgestattet, nämlich der LEAF und der e-NV200, die für die Versuche genutzt werden. 2019 startete Renault in der niederländischen Stadt Utrecht einen Versuch mit 15 Zoe-Fahrzeugen. Dieser Versuch wurde in Zusammenarbeit mit dem Elektrofahrzeughersteller We Drive Solar und dem portugiesischen Energieversorger Empresa de Electricidade da Madeira durchgeführt. Infolgedessen sind weitere Tests in anderen Ländern wie Frankreich, Schweden, Deutschland, der Schweiz und Dänemark geplant.Bei diesem Projekt von Renault wurde zur Kostenoptimierung das Aufladen an Bord verwendet. Die Pilotprojekte dienen dazu, den Prozess zu untersuchen und die damit verbundenen Vorteile zu maximieren. Außerdem soll das Netz stabilisiert und die Nutzung von Solar- und Windenergiesystemen gefördert werden. Die Versuche in Utrecht umfassen 100 solarbetriebene V2G-Autos (Sion-Autos von Sono Motors), die zusammen mit 500 bidirektionalen öffentlichen Ladestationen in Betrieb genommen wurden. Wenn alle Fahrzeuge gleichzeitig angeschlossen sind, können sie 1,1 MW in die Netze einspeisen. 320 bidirektionale Ladegeräte wurden in einem neueren Versuch von OVO energy eingesetzt, der sich bisher als erfolgreich erwiesen hat. Viele Nutzer haben sogar die Anzahl der Ladevorgänge von zweimal pro Woche auf täglich erhöht, da sie den Wert von V2G erkannt haben. Mit dem V2G-Tarif sparten die Nutzer von Elektrofahrzeugen bis zu 8.000 Pfund pro Jahr. Auch in Bezug auf die Netzstabilität hat dieser Versuch viele Möglichkeiten aufgezeigt. Soreagierten beispielsweise Anfang November 2020150 V2G-Kunden von OVO, als es galt, einen Stromausfall zu verhindern. Ohne die aktuellen Entwicklungen in Frage stellen zu wollen, müssen die Ladestandards noch verbessert werden, auch wenn bereits große Fortschritte erzielt wurden (z. B. CHAdeMO). Das liegt daran, dass nicht alle Marken von E-Fahrzeugen und Ladegeräten die bestehenden Entwicklungen übernommen haben. Wenn es uns jedoch gelingt, genügend E-Fahrzeuge in die Netze zu integrieren, wird es kaum oder gar keine Probleme mit der Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen in das Netz geben, und das Gleichgewicht wäre wieder hergestellt.Dieser Blog ist Teil einer V2X-Serie. Hier geht es zu den anderen Blogs der Serie.
Kommentare