Neue Studie zu Elektroautos netzdienlich integrieren

In der Zukunft werden immer mehr Elektroautos (batteriebetriebene Elektrofahrzeuge BEV) auf den Schweizer Strassen sein. Je nachdem, wo, wann und wie die Autos geladen werden, kann dies das Stromnetz stark belasten. Durch ein Laden, das die Engpässe im Netz berücksichtigt, können jedoch auch Überlastungen vermieden werden. Ein Forschungsprojekt des Bundesamts für Energie, durchgeführt an der ETH Zürich, zeigt, wie eine solche „netzdienliche“ Integration erreicht werden kann.

Das Forschungsprojekt ErVln (Enabling Flexible Electric Vehicle Grid Integration) hat analysiert, (1) welche Anwendungen besonders attraktiv sind für bidirektionales Laden und welche Barrieren für eine weitreichende Verbreitung existieren. Weiter wurde untersucht, (2) wie sich unterschiedliches Ladeverhalten auf die Netzbelastung auswirken und (3) welche Anreize sich eignen, um das Ladeverhalten in eine netzdienliche Richtung zu lenken.

Bidirektionales Laden (hier fliesst der Strom auch zurück ins Netz) scheint heute insbesondere für Flotten von Geschäftsfahrzeugen attraktiv. Das Elektroauto nutzt dabei nicht nur Strom zum Fahren, sondern funktioniert auch als Stromspeicher. So können Elektrofahrzeuge zum Ausgleich zwischen Verbrauch und Produktion und damit zu einem stabilen Stromnetz beitragen. Im Fachjargon spricht man dabei von Systemdienstleistungen. Insbesondere ein Bereitstellen solcher Systemdienstleistungen auf der Übertragungsnetzebene, z.B. Frequenzregulierung, scheint besonders attraktiv.

Neben der Übertragungsnetzebene könnte bidirektionales Laden auch Systemdienstleistungen auf der Verteilnetzebene bereitstellen. Daher sollten zukünftige Demonstrationsprojekte eine grössere Bandbreite an Anwendungsfällen untersuchen. So könnte bidirektionales Laden beispielsweise sowohl lokale Schwankungen im Verteilnetz ausgleichen, z.B. aufgrund eines starken Zubaus von Photovoltaik, als auch Systemdienstleistungen auf Übertragungsnetzebene zur Verfügung stellen.

Die Nutzung von bidirektionalem Laden ist mit diversen Herausforderungen verbunden. Dazu gehören Unsicherheiten zum Bedarf und der Verfügbarkeit von Flexibilitäten. Der Bedarf und das Angebot von Flexibilität hängt unter anderem vom Zubau der erneuerbaren Energien und anderen Technologien wie Wärmepumpen, aber auch vom Ladeverhalten der Elektrofahrzeugnutzenden und deren Bereitschaft zum bidirektionalen Laden ab. Die Vergünstigungen, welche die Elektroautonutzenden hierfür bekommen, z.B. attraktivere Stromtarife, sind derzeit unklar.

Für das Laden von Elektrofahrzeugen sind zwei Faktoren von Bedeutung: Der Ladeprozess (dieser kann sofort und schnell erfolgen oder auch zeitlich verzögert oder langsamer) und der Ladeort (Elektroautos können zuhause geladen werden, am Arbeitsplatz oder an öffentlichen Ladesäulen unterwegs). Beide Faktoren sind für die Belastung des Netztes relevant.

Eine wesentliche Erkenntnis des Forschungsprojektes ist, dass durch eine geeignete Steuerung des Ladeverhaltens, insbesondere eines passenden Zusammenspiels der beiden Faktoren, Lastspitzen vermieden werden können. Beispielsweise kann das Laden in der Mittagszeit erfolgen, in welcher viel Solarstrom produziert wird. Dafür müssen die Nutzerinnen und Nutzer von Elektrofahrzeugen finanziell motiviert werden. Solche Anreize müssten auf die jeweilige Netzsituation zugeschnitten und im Lauf der Zeit angepasst werden. Auch sollte die Entwicklung und Verbreitung der Elektroautos und der regionalen Infrastruktur berücksichtig werden.

Vor allem zeitvariable Ladetarife stellen eine geeignete preisliche Steuerung der Ladevorgänge dar. Bei deren Gestaltung ist jedoch darauf zu achten, dass sie nicht dazu führen, dass alle dann das Laden starten, wenn der Tarif günstig wird. Ansonsten könnte dies zu sehr hohen Lastspitzen führen – und genau das gilt es zu vermeiden.

Den Abschlussbericht des Forschungsprojektes finden Sie hier.

Autorinnen:
Annegret Stephan, Wissenschaftlerin zu Energieinnovationen, ETH Zürich/Fraunhofer ISI
Christine Gschwendtner, Wissenschaftlerin zu Elektrifizierung, ETH Zürich/Harvard University
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