Blackout-Gefahr: Wie lassen sich Elektroautos intelligent laden?

Sorgt die Elektromobilität für einen Blackout?

Von einem Blackout aufgrund der Elektromobilität, wie ihn eine Studie der Unternehmensberatung Oliver Wyman prognostiziert, ist das Stromsystem aber noch weit entfernt. Die Analysten sehen ein großes Problem für das Verteilnetz bei einem regionalen Anteil der Elektromobilität von 30 Prozent. Großflächige Stromausfälle befürchten sie, wenn der Anteil der Elektromobilität noch weiter steigt. An dieser Stelle plädiert Reinhard Nenning für verbale Mäßigung und verweist auf eine EU-Studie. In dieser haben die Analysten im Rahmen des Projekts Plan Grid EV die Auswirkungen der Elektromobilität in realen Netzen in Portugal, Irland, Italien und Deutschland untersucht.

Aus den Ergebnissen geht hervor, dass sich die maximale Netzleistung beim vollständigen Umstieg auf die Elektromobilität zwar im Vergleich zum Jahr 2016 im schlechtesten Fall versechsfacht. Verhalten sich die Elektroautos netzdienlich, verdoppelt sich die Leistungsanforderung aber nur. Das ist ein riesiger Unterschied und spart in den kommenden Jahrzehnten mehrere Milliarden Euro für einen eventuellen Netzausbau.

Elektroauto als flexible Last

Netzdienliches Verhalten heißt: Die Autos müssen flexibler laden und sich an die Situation im Netz zeitlich anpassen. Sind gerade genügend Netzreserven vorhanden, wird die Ladeleistung erhöht. Steigt aber die sonstige Last im Netz, verringert die Ladesäule die Leistung, mit der der Strom in die Akkus der Autos gepumpt wird. Sinken die Netzreserven örtlich unter einen kritischen Punkt, hört das Auto auf zu laden. „Flexibles und priorisiertes Laden sind die Schlüssel, um Engpässe im Verteilnetz bei hoher Durchdringung von Elektrofahrzeugen zu vermeiden“, weiß Matthias Vetter, Leiter der Abteilung Elektrische Energiespeicher am Fraunhofer ISE.

Die Freiburger haben zusammen mit verschiedenen Partnern einen Marktplatz für regionale Netzdienstleistungen entwickelt und dabei auch die Möglichkeiten der Elektromobilität untersucht, das Netz nicht nur zu entlasten, sondern aktiv an dessen Stabilisierung teilzunehmen. „Elektroautos sind genauso wie Wärmepumpen und Wärmespeicher ideale schaltbare und verschiebbare Lasten im Verteilnetz und somit ebenfalls Flexibilitätsoptionen“, erklärt Matthias Vetter. Wie viele Elektroautos ein Verteilnetz verträgt, bevor es zusammenbricht, hängt von vielen Faktoren ab.

Unter anderem auch davon, mit wie viel Leistung die Elektroautos geladen werden, wie das Netz selbst beschaffen und wie hoch die Last in einem Netzabschnitt ist. „Entscheidend ist aber die Frage, wie ein intelligentes Laden aufgebaut wird“, sagt Vetter. „Dabei geht es nicht nur um das Laden von Elektrofahrzeugen in Einfamilienhäusern, sondern auch um die Frage, wo all die Leute laden, die ihr Auto in Tiefgaragen von Mehrfamilienhäusern stehen haben, oder all die sogenannten Laternenparker?“

Matthias Vetter und seine Projektpartner sehen weniger den Netzausbau als Lösung, um die Elektromobilität in die Verteilnetze zu integrieren. Vielmehr bieten sich Pufferspeicher an – sowohl in den Gebäuden als auch in den Quartieren. „Diese Speicher können in Mehrfachnutzung durchaus wirtschaftlich sein und in Kombination mit intelligenten Lademanagementstrategien, wie zum Beispiel dem priorisierten Laden, Netzprobleme verringern oder sogar ganz vermeiden“, erklärt Vetter. Denn beim priorisierten Laden werden nicht alle Autos mit einer geringeren Leistung betankt. Vielmehr werden diejenigen Fahrzeuge zuerst betankt, deren Besitzer nicht warten können, weil sie das Auto brauchen. Für diese Ladungen wird dann ein höherer Preis pro Kilowattstunde Strom abgerechnet. Wer warten kann, dessen Auto wird später zu einem günstigeren Preis geladen.

Smartmodus fürs Netz

Netzdienliches oder priorisiertes Laden: Was eigentlich recht simpel klingt, ist aber in der Umsetzung gar nicht so einfach. „Nicht nur die Bürger, die Netzbetreiber, die Stromerzeuger, sondern auch die Hersteller der Ladepunkte und die Autoindustrie müssen an einem Strang ziehen“, sagt Reinhard Nenning von Vorarlberg Netz. Vor allem Letztere ist da noch ein unsicherer Kantonist. Nur manche Elektroautos reduzieren bei einer Schieflage im Netz die Ladeleistung oder schalten ganz ab. Das wiederum bei sehr unterschiedlichen Spannungsgrenzen. Hier fehlen einheitliche Standards, bei welchen Spannungsgrenzen die Autos, und zwar alle, die Ladespannung absenken.

Um nicht auf die träge Autoindustrie warten zu müssen, können die Ladestationen durchaus schon Signale vom Netzbetreiber verarbeiten. So ist beispielsweise mit den Wallboxen von Mennekes ein netzdienliches Laden möglich, indem sie beispielsweise auf externe Preissignale oder andere Informationen aus dem Netz reagieren. Das netzdienliche Laden steht aber auch im Mittelpunkt der Wallbox, die Sonnen jüngst vorgestellt hat. Sie soll genau die Lücke schließen, die die Autohersteller offen gelassen haben. Das ist wiederum vom Kunden abhängig.

Denn Sonnen bietet auf der einen Seite die sture Beladung der Akkus der Elektroautos mit der maximalen Leistung von 22 Kilowatt an. Auf der anderen Seite kann der Elektromobilist, wenn er sein Auto zu Hause an die Wallbox anschließt, über eine App den sogenannten Smartmodus aktivieren. Er kann so angeben, wie viel Strom sein Akku in welchem Zeitraum tanken muss, damit er wieder ausreichend Energie zur Verfügung hat.

Das Ladegerät sendet über eine Internetverbindung die entsprechende Information an die Leitwarte von Sonnen, von wo aus ohnehin die gesamten Heimspeicher der Sonnencommunity gesteuert werden. In Zukunft kommen die Sonnencharger noch dazu. Denn in der Leitwarte sehen die Mitarbeiter, dass ein Auto zum Laden bereitsteht. Sie gleichen die Situation im Netz ab und schicken dem Ladegerät eine Information, wie viel Ladeleistung für welchen Zeitraum zur Verfügung steht. Dabei beziehen sie auch eine eventuell vorhandene Photovoltaikanlage und den Heimspeicher mit ein. Denn das ist Voraussetzung: Der Nutzer der Wallbox muss eine Batterie von Sonnen besitzen.

Eigenverbrauch optimieren

Nach diesen Vorgaben beginnt der Ladevorgang. Die Stromstärke, um die Ladung in Gang zu bringen, liegt bei mindestens sechs Ampere. Je nachdem, ob er einphasig oder dreiphasig angeschlossen ist, beträgt die Startleistung für die Ladung 1,4 bis 4,2 Kilowatt. Der Charger passt danach nahezu stufenlos die zur Verfügung stehende Ladeleistung an die Situation im Netz und den Ertrag der Solaranlage an, die auf der Basis von Wetterprognosen errechnet werden. Zudem hat die Leitwarte den Überblick, wie es um die Spannung und die Frequenz im betroffenen Verteilnetz bestellt ist. Das Auto entscheidet dann selbst, wie viel Leistung es von der Wallbox abnimmt, damit die Akkus auch alle gleichmäßig geladen werden.

Mit diesem Smartmodus kann der Elektroautofahrer nicht nur den Eigenverbrauch von Solarstrom im Haus optimieren. Er kann auch dafür sorgen, dass das Stromnetz nicht überlastet wird, wenn zu viele Elektroautos gleichzeitig geladen werden. Auf diese Weise können Elektroautos ihre Flexibilität für das Netz bereitstellen. Sie bieten faktisch positive und negative Regelleistung an, auch ohne dass die Autos bidirektional geladen werden.

Regeln für Rückspeisung ins Netz fehlen

Das sieht Matthias Vetter vom Fraunhofer ISE ohnehin nicht als Option, um Elektroautos erfolgreich in das Stromnetz zu integrieren. Denn auch wenn es einige Pilotprojekte über die Möglichkeit des bidirektionalen Ladens gegeben hat, die auch durchaus erfolgreich waren, stehen hier viele Hürden im Weg. „Denn der Elektroautofahrer ist eigentlich zunächst einmal darauf bedacht, seine Reichweite zu erhalten“, weiß Franz-Josef Feilmeier.

Der Geschäftsführer des Speicherherstellers Fenecon ist selbst seit vielen Jahren rein elektrisch unterwegs und hat viele praktische Erfahrungen gesammelt. Zudem stellt sein Unternehmen nicht nur Speicher her, sondern ist der Generalvertreter für BYD in Deutschland, Österreich und in der Schweiz. Das Elektroauto des chinesischen Branchenriesen ist eines der wenigen, bei denen eine bidirektionale Ladefunktion vorgesehen ist. „Wir haben aber die Rückspeisung ins Netz erst einmal deaktiviert“, erklärt Feilmeier. „Denn es gibt ohnehin keine Regeln dafür.“

www.ise.fraunhofer.de