E-Mobilität

Elektroauto von Renault auf einem Parkplatz in Porto Sano

Laden unter Palmen: Auf der Atlantikinsel Porto Santo werden PV-Anlagen, Elektrofahrzeuge und «Second Life»-Batterien zu einem schwarmfähigen Netz verknüpft. (Foto: zVg)

Batteriespeicher auf vier Rädern

Batterien von Elektrofahrzeugen eignen sich als Stromspeicher: Bei Überproduktion können sie geladen, bei Engpässen entladen werden. Nach langwierigen Entwicklung scheint die Technik nun vorwärts zu ­kommen. Das zeigen Pilotprojekte Erfahrungen aus Deutschland.

Die Speicherwende gehört zu den Pfeilern der neuen Energielandschaft. Bekanntlich sollen grosse und zentrale Kraftwerke mittel- bis langfristig durch eine bunte Schar von Klein- und Kleinstkraftwerken abgelöst werden. PV-Anlagen, Biomasse- oder Windkraftwerke liefern jedoch keinen Bandstrom, sondern eine fluktuierende Produktion. Parallel zu diesem Umbau von wenigen grossen auf viele kleine Kraftwerke steigt der Stromhunger: Die Mobilität soll ebenso elektrifiziert werden wie die Raumwärmeproduktion. Um die neuen Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen speisen zu können, braucht es neben den Produktions- auch Speicherkapazitäten.

Hier könnte nun die Elektromobilität einspringen: Wenn man die Batterien parkierter Elektrofahrzeuge mit dem Stromnetz verbindet, können sie als Speicher dienen.  Ist auf dem Netz zu viel Strom vorhanden, werden damit die Batterien geladen. Gibt es hingegen zu wenig Strom, kann ein Teil der Batterieladung bezogen werden. Dutzende oder Hunderte von Elektrofahrzeugen können so zu einem «virtuellen Kraftwerk» zusammengeschaltet werden. Die Anbindung von Fahrzeugbatterien an das Stromnetz heisst «Vehicle to grid». Das Konzept ist seit über zehn Jahren bekannt und wird nun dank der höheren Zahl von Elektrofahrzeugen und Ladepunkten langsam realistisch.

Schritt für Schritt voran

Zu den Autokonzernen, die sich schon länger mit «Vehicle to grid» beschäftigen, gehört Nissan. Bereits 2012 präsentierte der japanische Hersteller die Lösung «Vehicle to Home» (V2H), bei der ein einzelnes Elektrofahrzeug mit einem Gebäude verbunden wurde. 2014 folgte das «Vehicle to building»-System. Es verknüpfte die Fahrzeugbatterien von sechs «Leaf»-Elektrofahrzeugen mit dem Gebäude und inte­grierte sie damit in das Stromnetz. Als grösste Herausforderung des Projekts entpuppte sich die Doppelnutzung des Fahrzeugs als Transportmittel und Stromquelle. Die Nutzerinnen und Nutzer mussten dem System ihre voraussichtliche Abfahrtszeit bekannt geben. Aufgrund dieser Informationen wurde ein Lade- und Entladungsplan für die verschiedenen Autos errechnet und ausgeführt. Wer früher als geplant abfahren wollte, musste sich unter Umständen mit einer tiefen Batterieladung arrangieren.  

Seit 2018 kann der «Leaf» serienmässig bidirektional geladen werden. Auf diese Fähigkeit stützt sich das Programm «Nissan Energy», das 2019 in Las Vegas vorgestellt wurde. Damit sollen die Fahrzeugbesitzer gemäss Nissan «ihre Autos mit dem Stromnetz verbinden, um die Fahrzeugbatterie zu laden, Wohnungen oder Geschäfte mit Strom zu versorgen oder Strom ins Netz zurückzuspeisen.» Ein interessantes Einsatzgebiet wäre zum Beispiel das «Peak shaving». Kurzfristige Stromspitzen, etwa aus PV-Anlagen, können von den Fahrzeugbatterien aufgefangen werden. So werden Stromproduktion und Stromverbrauch im Gleichgewicht gehalten. Statt einen einzigen, grossen und sehr teuren Batteriespeicher zu betreiben, können also viele kleine und kostengünstige Speicher genutzt werden.

Grosszügige Autobesitzer

Auch VW sammelte schon relativ früh Erfahrungen mit «Vehicle to grid». Von 2013 bis 2014 lief in Hamburg und Umgebung das Forschungsprojekt INEES (Intelligente Netzanbindung von Elektrofahrzeugen zur Erbringung von Systemdienstleistungen). Dafür spannte VW mit dem Stromanbieter Lichtblick zusammen (siehe Haustech 9/2014). «Wie das Projekt zeigte, ist es möglich, kurzfristige Schwankungen im Stromnetz mit einem Pool von rückspeisefähigen Elektroautos auszugleichen. So kann eine Leistungsreserve mit hoher Sicherheit und kurzer Reaktionszeit für das Stromnetz bereitgestellt werden», sagt Volker Walzer, Pressesprecher bei ­Lichtblick. Die Teilnehmer hätten ihre Fahrzeugbatterie «mit grosser Begeisterung freigegeben» und dabei keine Einschränkung ihrer alltäglichen Mobilität erlebt. Im Durchschnitt reservierten die Teilnehmer 34 Prozent ihrer Batterie­kapazität für spontane Fahrten. Die restliche Kapazität konnte als Pufferspeicher genutzt werden.

Beim Pilotversuch waren die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen noch sehr ungünstig.  So wurde etwa die via Fahrzeugbatterien bereitgestellte Sekundärregelleistung nur bescheiden vergütet, ebenso mussten verschiedene Netzentgelte und -zuschläge entrichtet werden. Diese Bedingungen sind inzwischen ­günstiger, jedoch fehlt gemäss Volker Walzer immer noch die serienmässige Technik zum bidirektionalen Laden von Elektrofahrzeugen. Seit einiger Zeit bietet Lichtblick das Produkt «Schwarmbatterie» an. Besitzer von PV-Anlagen und ­Batteriespeichern können hier, vergleichbar mit dem INEES-Projekt, einen Teil ihrer Batteriekapazität zur Verfügung stellen und werden dafür finanziell belohnt. In Zukunft könnten auch Fahrzeugbatterien eingebunden werden, sagt Walzer: «Damit V2G funktioniert, braucht es weitere ­technische Neuerungen. Die Machbarkeit und Akzeptanz hat INEES jedoch demonstriert.»

Reif für die Insel

Schwarmfähige Speicher auf der Stufe eines Quartiers oder einer Stadt sind derzeit also noch Zukunftsmusik. Bereits umgesetzt wird der Gedanke jedoch auf der Atlantikinsel Porto Santo, die zu ­Portugal gehört. Hier haben die Renault-Gruppe und der örtliche Energie­versorger gemeinsam eine neue Energieinfrastruktur aufgebaut. Diese umfasst 20 Elektrofahrzeuge, verschiedene Energiespeicher und 40 Ladestationen. Dieses Netzwerk soll mit «Second life»-Batterien ergänzt werden. So bezeichnet man ausgemusterte Fahrzeugbatterien, die sich nicht mehr für den Einsatz im Auto eignen, aber noch weitere 5 bis 10 Jahre als stationäre Energiespeicher dienen können, bevor sie rezykliert werden. Dieses Prinzip bewährt sich bereits in kleineren Projekten, so etwa in der «Solargarage» in Rovio TI, wo der PV-Strom in ausgedienten Fahrzeugbatterien zwischengespeichert wird (siehe Haustech 6/2017).

Auf Porto Santo stehen bereits diverse Solar- und Windkraftwerke, deren Strom für das Renault-Projekt zur Verfügung steht. Die Fahrzeugflotte umfasst 14 vollelektrische Personenwagen «Zoé» sowie sechs Transporter «Kangoo Z.E.». Während 2017 bereits 30 000 «Zoé» hergestellt ­wurden, soll die Produktion für das Nachfolgemodell verdoppelt werden. Zudem investiert Renault grosse Beträge in den Umbau von Fahrzeug- und Motorenwerken. Einzelne Komponenten dürften auch in Autos von Nissan Verwendung führen, da die beiden Hersteller gemeinsam mit Mitsubishi eine Allianz bilden.

Schweizer Know-how

Das bidirektionale Laden beschäftigt auch Honda. Der japanische Hersteller installierte 2017 eine erste solche Ladestation an seinem Standort in Offenbach (DE). Auf der IAA 2019 in Frankfurt zeigte Honda nun einen Prototypen seines «Power Manager». Das System verknüpft die Fahrzeugbatterie mit einem intelligenten Stromnetz. Die Technologie wird gemeinsam mit dem Schweizer Unternehmen Evtec in Obernau (LU) entwickelt. Erste Systeme wurden im Rahmen von Versuchsprojekten in Grossbritannien und Deutschland installiert. Der «Power Manager» soll ab 2020 erhältlich sein. Im selben Jahr wird auch der «Honda e» eingeführt, das erste reine Elektrofahrzeug des Konzerns.

Kein Thema scheint die «Vehicle to grid»-Technologie ausgerechnet bei Tesla zu sein. Dabei war der  bekannteste ­Elek­trofahrzeughersteller einst der Pionier auf diesem Gebiet. Sein erstes Modell, der 2008 vorgestellte Tesla Roadster, besass eine Schnittstelle für «Vehicle to grid».

Die aktuellen Fahrzeugtypen können jedoch nicht ans Stromnetz angeschlossen ­werden. Eine offizielle Begründung gibt es dafür nicht. Branchenkenner vermuten, dass Tesla eine zu schnelle Alterung der Batterien befürchtet. Im Sommer 2018 teilte Firmeninhaber Elon Musk mit, dass es die Technologie «vielleicht wert wäre, nochmals überdacht zu werden». Die ­Gelegenheit für ein Comeback wäre 2020. Dann wird der neue Tesla Roadster vorgestellt.