Ein Fahrer lädt sein Elektrofahrzeug an einer Ladestation auf.Frederic J. Brown/AFP/Getty
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Auf den ersten Blick, Elektrofahrzeuge scheinen für das Stromnetz eine rollende Katastrophe zu sein. Sicherlich kann das alte, knarrende Netzwerk in den Vereinigten Staaten die Nachfrage nach dem Laden dieser riesigen Batterien nicht bewältigen. Eine neue Analyse legt jedoch nahe, dass nur ein Bruchteil der Besitzer von Elektrofahrzeugen das Netz flexibler und zuverlässiger machen könnte, indem sie sich an ein System namens Vehicle-to-Grid Charging (V2G) oder bidirektionales Laden anschließen.
V2G bedeutet, dass Versorgungsunternehmen bei Bedarfsspitzen Besitzer von Elektrofahrzeugen dafür bezahlen können, ihre ungenutzten Autobatterien anzuzapfen – ein verteiltes Netzwerk einsatzbereiter Notstromversorgung. Das wird entscheidend sein, wenn wir zu erneuerbaren Energien übergehen: Wind- und Solarenergie werden nicht immer verfügbar sein, also müssen wir Energie speichern, wenn die Vorräte knapp werden. „Wir können einen Teil der Energie, die bereits in unseren Elektrofahrzeugen gespeichert ist, nutzen, um sie an das Stromnetz zurückzugeben“, sagt Chengjian Xu, Industrieökologe an der Universität Leiden in den Niederlanden und Hauptautor des kürzlich in veröffentlichten Artikels Naturkommunikation. Letztes Jahr schätzte der Natural Resources Defense Council, dass, wenn Kalifornien alle 14 Millionen Elektrofahrzeuge, die es bis 2035 haben wird, ausnutzen würde, sie jedes Haus im Bundesstaat drei Tage lang mit Strom versorgen könnten.
Die Modellierung von Xu zeigt, dass sich bis zum Jahr 2030 nur 30 Prozent der Besitzer von Elektrofahrzeugen weltweit für V2G-Programme entscheiden müssten, um den Bedarf an Energiespeichern zu decken. Das ist ein globaler Durchschnitt; Jedes Land unterscheidet sich unter anderem darin, wie schnell es Elektrofahrzeuge einführt, wie viel Energie es verbraucht und wie schnell es auf erneuerbare Energien umsteigt. Je nach Land ergab die Modellierung, dass Teilnahmequoten zwischen 12 und 43 Prozent der Elektrofahrzeuge ausreichen würden.
Besser noch, das Papier schlägt vor, dass sich das System im Laufe der Zeit nicht einmal auf geparkte Autos verlassen muss – ihre alten Batterien könnten halb ausgemustert und in große stationäre Energiespeicher-Arrays umfunktioniert werden. EV-Batterien müssen in der Regel ersetzt werden, sobald sie 70 oder 80 Prozent Kapazität erreicht haben und die Reichweite eines Fahrzeugs zu leiden beginnt. Je nachdem, wie viel Sie fahren und in welchem Klima Sie leben, kann eine Batterie 10 bis 20 Jahre halten – was bedeutet, dass Batterien in frühen Modellen beliebter Elektrofahrzeuge wie Teslas und des Nissan Leaf jetzt in den Ruhestand gehen.
Die Modellierung des Teams zeigt, dass wir, wenn wir dies für die Hälfte der gebrauchten Batterien tun würden, weniger als 10 Prozent der EV-Besitzer zur Teilnahme benötigen würden. „Glücklicherweise scheint die Batterieverschlechterung die insgesamt verfügbare Energie, die für V2G verwendet werden könnte, nicht zu begrenzen“, sagt Paul Gasper, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am National Renewable Energy Lab, der die Batterieverschlechterung untersucht und Co-Autor des Artikels ist.
Die Verwendung geparkter Autos als Batteriebanken ist eine wirksame Möglichkeit, den Energiebedarf zu verschieben. Wenn Fahrer ihre Autos tagsüber im Büro oder bei Besorgungen aufladen (wenn die Sonne scheint und viel Solarstrom ins Netz eingespeist wird), können sie nach Hause fahren und am frühen Abend zusätzliche Energie für ihre Gemeinde bereitstellen. genau dann, wenn die Nachfrage steigt, weil die Leute nach Hause zurückkehren und Geräte einschalten. EV-Besitzer würden auch zustimmen, dass ihr Energieversorger bei extremen Hitzeereignissen, wenn viele Menschen Klimaanlagen betreiben, ihre Batterie anzapfen könnte.
Der Schlüssel liegt darin, Angebot und Nachfrage zwischen dem Zeitpunkt zu verschieben, an dem die Menschen Strom zum Fahren und dem Zeitpunkt benötigen, an dem sie ihren Haushalt betreiben. „Ja, wenn alle gleichzeitig einstecken und ein Auto mit voller Leistung laden würden, würde das bei diesem antiquierten Lademodell nicht funktionieren“, sagt Jan Kleissl, Direktor des Center for Energy Research an der University of California, San Diego , der nicht an der neuen Modellierung beteiligt war. „Aber wenn wir in der Lage sind, die Nachfrage zu variieren, dann können wir es sicherlich zum Laufen bringen, weil kein Fahrzeug 24 Stunden am Tag laden muss.“
Kommerzielle und staatliche Fahrzeuge, wie öffentliche Verkehrsmittel oder Schulbusse, können sich ebenfalls in V2G einklinken. Ein Unternehmen namens Nuvve, das V2G-Technologie entwickelt, hat mit Schulbezirken in Südkalifornien zusammengearbeitet, um ihre Busse – mit ihren erstaunlichen Batterien – in V2G-Anlagen umzuwandeln. Schulbusse fahren nach einem zuverlässigen Zeitplan, sodass ihre Batterien Strom in das Netz einspeisen können, nachdem die Kinder abgesetzt wurden, und sich dann rechtzeitig aufladen, um sie am nächsten Tag abzuholen. An Wochenenden und Feiertagen wäre jederzeit eine Busbatterie verfügbar.
Einer der Vorteile von V2G ist, dass es die Kosten für den Besitz eines Elektrofahrzeugs subventionieren kann: Je mehr es in Ihrer Garage steht, desto mehr Geld verdienen Sie. „Wenn Sie der Typ Mensch sind, der von zu Hause aus arbeiten kann und nicht sehr oft mit Ihrem Elektrofahrzeug fahren muss, dann könnte die Teilnahme an V2G wahrscheinlich einige Einnahmen bringen“, sagt Gasper. „Sie bieten also mehr Nutzen für das Fahrzeug, um die enormen Kosten für den Besitz des Fahrzeugs umzuleiten.“
Sie könnten denken, dass eine zusätzliche Verwendung den Akku schnell abbauen würde, aber das ist nicht immer wahr. „Wenn Sie ein Elektrofahrzeug besitzen und es nicht sehr oft fahren, könnte V2G das tatsächlich tun verlängern die Lebensdauer Ihrer Fahrzeugbatterie“, sagt Gasper. Wenn Sie es von Zeit zu Zeit entladen, trainieren Sie es im Wesentlichen, um es gesund zu halten. „Es gibt zwei Möglichkeiten, einem Akku den Garaus zu machen, und der eine besteht darin, ihn die ganze Zeit über voll aufgeladen zu lassen – warum Laptop-Akkus sehr schnell leer sind. Und der andere ist, es ständig zu benutzen.“
V2G im großen Maßstab steht jedoch vor einigen großen Herausforderungen. Zum einen ist nicht jedes Elektrofahrzeug für bidirektionales Laden ausgestattet, obwohl Autohersteller diese Fähigkeiten zunehmend für Fahrzeuge wie den neuen Nissan Leaf und den Ford F-150 übernehmen. Es erfordert auch ein spezielles Ladegerät, das den Strom umkehrt, um Energie aus der Batterie zu ziehen. Angesichts dieser Einschränkungen befindet sich V2G noch in der frühen Entwicklungsphase, mit weltweit rund 100 Pilotprogrammen.
Zum anderen gibt es keinen Industriestandard für die sich überschneidenden Komponenten von V2G: Derzeit gibt es einen Flickenteppich von Fahrzeugen verschiedener Hersteller, die an unterschiedliche Ladesysteme angeschlossen sind, die wiederum an unterschiedliche Netze angeschlossen sind.
Und Versorgungsunternehmen bieten möglicherweise unterschiedliche Vergütungen an, sei es für einzelne Elektrofahrzeugbesitzer oder einen Flottenbetreiber. „Eines der Dinge, die wir wirklich lernen müssen, ist: Welche Anreize müssen wir Fahrern in beiden Kategorien bieten, um sie zur Teilnahme zu bewegen?“ sagt Joseph Vellone von Ev.energy, der Software herstellt, die das Laden von Elektrofahrzeugen reguliert, und mit einem Konsortium von Herstellern von Ladegeräten und Autoherstellern zusammenarbeitet, um V2G-Strategien zu testen.
Ein Energieversorger könnte beispielsweise die Kosten für bidirektionale Ladegeräte subventionieren oder ermäßigen. Oder ein Staat könnte ein Gesetz erlassen, das besagt, dass seine Versorgungsunternehmen einen bestimmten Satz für eine bestimmte Menge an Batteriestrom zahlen müssen, so wie Hausbesitzer, die Solarmodule installieren, dafür entschädigt werden, dass sie überschüssigen Strom zurück ins Netz speisen. „Wir haben diesen Vorteil, und wenn wir ein gewisses Maß an Flexibilität haben, können wir ihn nutzen, wenn das Stromnetz ihn am meisten braucht“, sagt Patricia Hidalgo-Gonzalez, Direktorin des Labors für erneuerbare Energien und fortgeschrittene Mathematik an der Universität aus Kalifornien, San Diego, und war an der neuen Zeitung nicht beteiligt. „Die Frage ist: Wie wird dies in den verschiedenen Versorgungsunternehmen realisiert?“
Und schließlich bleiben Elektrofahrzeuge teuer und für einkommensschwächere Fahrer oft unerreichbar. „Viele der billigeren Fahrzeuge, die die Leute kaufen werden, werden gebrauchte Elektrofahrzeuge sein, und sie werden kein bidirektionales Laden in sich haben, wenn sie nicht nachgerüstet werden“, sagt Paul Behrens, Industrieökologe an der Universität Leiden und Mitautor des neuen Papiers . Wenn Sie kein Hausbesitzer sind, haben Sie außerdem möglicherweise nicht den Luxus einer eigenen Garagensteckdose, an die Sie Ihr Auto anschließen können. Mehrfamilienhäuser mit Ladegeräten sind rar gesät.
Doch obwohl noch Hürden zu überwinden sind, arbeiten Autohersteller, Hersteller von Ladegeräten und einige Versorgungsunternehmen bereits zusammen, um Elektrofahrzeuge ins Netz zu bringen Vermögenswerte, keine Belastungen. „Bidirektionales Laden ist wirklich der Schlüssel, um EVs als praktikable Notstromoption zu ermöglichen, und darin liegt wirklich die Zukunft“, sagt Paul Doherty, ein Sprecher der Pacific Gas and Electric Company, einem der kalifornischen Energieversorger. „Es ist einfach eine so große Veränderung in der Art und Weise, wie wir über Elektrofahrzeuge und Privatfahrzeuge insgesamt denken. Es geht nicht mehr nur darum, von A nach B zu kommen.“