Bidirektionales Laden – Möglichkeiten, Risiken und Chancen

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​​veröffentlicht am 17. Februar 2022, zuletzt aktualisiert am 12. Mai 2022

 

 

  

Die E-Mobilität in Deutschland ist auf dem Vormarsch. Nachdem im Juli letzten Jahres die Marke von einer Million zugelassenen Fahrzeugen mit Elektroantrieb (inkl. Plug-in-Hybride) auf deutschen Straßen erreicht wurde, hat sich diese Entwicklung weiter beschleunigt: Seitdem wurden mehr als 230.000 weitere E-Autos beim Kraftfahrt-Bundesamt angemeldet, wovon rund 62 Prozent auf vollelektrische Stromer entfielen. (Für einen besseren Vergleich: In diesem Zeitraum verfügte jedes dritte neu zugelassene Auto einen Elektro-Antrieb.) Ebenfalls bemerkenswert ist der rasante Anstieg der zugelassenen E-Autos über die Zeit seit 2016, wie Abbildung 1 veranschaulicht. Nachdem sich diese Zahl von 2019 auf 2020 nahezu vervierfachte, wird sie im Jahr 2021 wiederum um voraussichtlich ca. 70% im Vorjahresvergleich ansteigen.

 

 

Anzahl neu zugelassener Fahrzeuge in Deutschland von 2016 bis 2021 nach Antriebsart  

Abbildung 1: Anzahl neu zugelassener Fahrzeuge in Deutschland von 2016 bis 2021 nach Antriebsart (Stand: 30.11.2021). Anmerkung: BEV – battery-electric vehicle.

Eigene Darstellung mit Daten des Kraftfahrt-Bundesamts (Kraftfahrt-Bundesamt – Umwelt (kba.de)).

 

Perspektivisch befinden wir uns dennoch erst ganz am Anfang einer Entwicklung: Laut neuem Koalitionsvertrag von SPD, Grüne und FDP soll sich die Zahl zugelassener vollelektrischer Pkw bis 2030 auf mindestens 15 Millionen vervielfachen. Insgesamt sind in Deutschland ca. 685.000 vollelektrische Autos zugelassen (Stand 30.11.2021). Angesichts der Entwicklung des Endenergieverbrauchs der erneuerbaren Energien im Verkehrssektor auf der einen Seite1 und der beschlossenen Treibhaugasemissionsminderungen auf der anderen Seite2 ist eine gewaltige Transformation im Verkehrssektor auch dringend nötig. Sollte diese Zahl tatsächlich erreicht werden, werden in weniger als neun Jahren 15 Millionen mobile Batteriespeicher in deutschen Einfahrten, Parkhäusern und auf Firmenparkplätzen den größten Teil des Tages stehen – laut der Studie „Mobilität in Deutschland” bis zu 23 Stunden am Tag.3 Bereits die Batteriekapazität der im Jahr 2020 auf deutschen Straßen neu zugelassenen Fahrzeuge beträgt insgesamt rund 9 Mio. kWh.4 Geht man von einer gleichbleibenden, durchschnittlichen Batteriekapazität in dieser Dekade aus, würden in 2030 bereits über 700 GWh bzw. über 700 Mio. kWh in E-Autos zwischengespeichert sein. Diese Energiemenge könnte theoretisch den deutschen durchschnittlichen Strombedarf für rund 11 Stunden decken.

 

Kurz- und Langzeitspeichertechnologien

Um den Speicherbedarf für Deutschland mit einer steigenden Durchdringung der Erneuerbaren Energien im Strommix zu schätzen, ist eine Unterscheidung zwischen Kurz- und Langzeitspeichern sinnvoll. Das Bundeswirtschaftsministerium beschreibt Kurzzeitspeicher als Speicher

  • mit einem hohen Verhältnis von Leistung zu Kapazität (kW zu kWh),
  • die mehrere Zyklen pro Tag durchlaufen,
  • die für kurzfristige Fluktuationen oder für den Lastausgleich/die Lastverschiebung innerhalb eines Tages genutzt werden
  • und technisch zumeist Batterien und Pumpspeicher sind.

 

Langzeitspeicher sind dagegen langfristige Speicheroptionen

  • für anhaltende Flauten als ein Back-up oder zur saisonalen Speicherung,
  • die nur wenige Zyklen pro Jahr durchlaufen
  • und technisch entweder power-to-x (typischerweise Wasserstoff und Methan), sowie große Pumpspeicherkraftwerke sind.

 

Folglich sind die Batterien von E-Autos eindeutig als Kurzzeitspeicher anzusehen.

 

Für ein Stromsystem mit 80% EE in Deutschland, welches erklärtes Ziel der neuen Bundesregierung bis 2030 ist, beziffert der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V. (VDE) beispielsweise den Bedarf auf 70 GWh an Kurzzeitspeichern und 7,5 TWh an Langzeitspeichern, zusätzlich zu den bestehenden Pumpspeichern. Für ein 100%-Szenario wird ein erhöhter Bedarf an Kurzzeitspeichern von 184 GWh berechnet, die der Langzeitspeicher steigt auf 26 TWh. Eine Studie des Fraunhofer Instituts ISE ermittelt einen Kurzzeitspeicherbedarf von 112 GWh für ein 100% EE Szenario mit einem mehr als dreifachen Bedarf an Langzeitspeicherkapazitäten.5 Wie in Abbildung 1 zu erkennen ist, würden 10 bis 15% und somit nur ein Bruchteil der potenziell zur Verfügung stehenden Kapazität der E-Mobilität benötigt werden, um den Bedarf an Kurzzeitspeichern in einem 80%-Szenario zu decken.

 

 

Bedarf Kurzzeitspeicher und E-Mobilität in 2030. 

 

 

Abbildung 2: Bedarf Kurzzeitspeicher und E-Mobilität in 2030.

 

Um das Mobilitätsverhalten in Deutschland und somit die Verfügbarkeit der E-Autos abzuschätzen, liefert die erwähnte Studie des BMVI hierfür ebenfalls wertvolle Einblicke: So blieben an einem repräsentativen Stichtag 41% der Pkw in Privathaushalten ungenutzt. Darüber hinaus entfällt ca. ein Viertel der Pkw-Fahrleistung in Deutschland auf den täglichen Weg zur Arbeit, wodurch das Fahrzeug potenziell für Maßnahmen des Lastmanagements nutzbar ist, solange der Arbeitgeber für die notwendige Ausstattung am Arbeitsplatz sorgt.6 Angesichts der Corona-Pandemie und der Veränderung der Arbeitswelt hin zum mobilen Arbeiten sind die genannten Werte eher als Untergrenze zu verstehen. Folglich übersteigt das Angebot an zur Verfügung stehenden Autos den Bedarf um das Vielfache, solange eine adäquate Ladeinfrastruktur vorausgesetzt wird.

 

Eine andere Perspektive verdeutlicht die Dimension der potenziellen Speicherkapazität der E-Auto eindrücklich: Derzeit sind 6,2 GW Pumpspeicherwerke in Deutschland installiert, welche im Jahr 2020 7 TWh in das deutsche Energienetz einspeisten.7 Wenn angenommen wird, dass E-Autos bzw. deren Batterien eine Leistung von 3,7 kW haben8, dann wird die Gesamtheit der 2030 in Deutschland zugelassenen E-Autos eine Leistung von 55,5 GW besitzen. Mit den in Abbildung 1 dargestellten 10 bis 15% einer notwendigen Verfügbarkeit von E-Autos stünden dann weiterhin 5,55 bis 8,33 GW Leistung zur Verfügung und somit mehr als die Gesamtheit der in Deutschland installierten Pumpspeicherwerke. Es führt kein Weg daran vorbei, diese Kapazität für das Gesamtenergiesystem nutzbar zu machen und im Weiteren sollen ein paar Gedankenspiele dienen das Potenzial und Auswirkung weiter zu fassen.

 

 

Installierte Kapazität von Kurzzeitspeichern im Vergleich – E-Auto und Pumpspeicher

 

Abbildung 3: Installierte Kapazität von Kurzzeitspeichern im Vergleich – E-Auto und Pumpspeicher

 

Das Konzept und Geschäftsmodelle des bidirektionalen Ladens

Das Konzept, die Batterien von E-Autos bei Nichtbenutzung im Rahmen eines intelligenten Lastmanagements zu entladen, ist nicht neu und nennt sich bidirektionales Laden. Unterschieden werden hierbei Entladen zur Teilnahme am Intraday-Handel (Base-Peak-Spread Trade), Vehicle-to-Grid (V2G, „Fahrzeug-zu-Netz“) und Vehicle-to-Home (V2H, „Fahrzeug-zu-Eigenheim“), welche jeweils verschiedenen Interessen dienen und somit unterschiedliche Akteure ansprechen.

 

Voraussetzung sowohl für V2G als auch das Base-Peak-Spread-Trading ist eine intelligente und sichere IT-Kommunikation und eine engmaschige Vernetzung, damit die Informationen über verfügbare Fahrzeuge, die (geplante) Nutzung des E-Autos durch den Kunden und die entnehmbare Leistung in einem gewissen Zeitraum zeitnah und ohne großen Aufwand ermittelt werden können. Ebenfalls elementar ist die Nutzung eines gemeinsamen Kommunikationsstandards bzw. die Sicherstellung der Interoperabilität verschiedener Systeme, damit aufwendige Doppelstrukturen verhindert werden können.

 

Vehicle-to-Grid (V2G)

Beim V2G steht das E-Auto als eine Option zur Netzstabilisierung im Vordergrund. Bei Abweichungen zwischen Prognose und tatsächlicher Erzeugung benötigt der Netzbetreiber sehr zeitnah Regelenergie, um Schwankungen der Netzfrequenz auszugleichen und somit die Netzstabilität zu gewährleisten. Die Idee beim V2G ist, dass dem Netzbetreiber hierfür Energie aus der Fahrzeugbatterie zur Verfügung gestellt wird. Folgerichtig ist das Potenzial von E-Autos für die Erbringung von Regelenergie bereits Untersuchungsgegenstand einer Arbeitsgruppe der deutschen Übertragungsnetzbetreiber. Durch die wöchentlichen Ausschreibungen für primäre Regelenergie und die täglichen für Sekundärregelleistung und Minutenreserveleistung können mit V2G ebenfalls Einnahmen für die Fahrzeughalter und den Dienstleister generiert werden. Die zu erzielbaren Erlöse sind nicht zu vernachlässigen: Mit einer steigenden Durchdringung der EE im Strommix wird dieser ohne adäquate Speichermöglichkeiten deutlich volatiler, wodurch die Notwendigkeit von Regelenergie steigt. Der 02. Dezember 2020 liefert hierfür ein prädestiniertes Beispiel: Aufgrund eines Kraftwerksausfalls mussten Übertragungsnetzbetreiber positive Sekundärregelleistung im Umfang von 1.300 MWh abrufen, welche mit bis zu 63.000 €/MWh vergütet wurde. Zum Glück ist dies nicht die Regel und Erlösmöglichkeiten bleiben deutlich darunter, allerdings verdeutlicht es das vorherrschende Potenzial.

 

Der Münchner E-Automobilentwickler Sono Motors entwickelte z.B. für sein E-Auto, den Sion, mit der deutschen Firma Kostal eine bidirektionale Wallbox, um diesen mit einer Leistung von 11 KW laden und entladen zu können. Über eine zugehörige App können Halter angeben, ob und bis zu welchem Batterieladestand sie ihr Auto entladen wollen. Die Schnittstelle zum Heim-Energiemanagement-System (HEMS) ist nun der entscheidende Faktor. Eine Empfehlung, welche HEMS mit der Wallbox kommunizieren können, soll zeitnah zum Auslieferungsstart 2023 des Sion erfolgen.

 

Die Stadt Utrecht in den Niederlanden, welche 100 Sions vorbestellt hat, hat bereits angekündigt, in den Markt der Regelenergie einzusteigen und so zu einer stabilen Versorgung des Netzes beitragen zu wollen. Dieses Geschäftsmodell ist prinzipiell auch für deutsche Unternehmen wie Carsharing Anbietern sehr attraktiv, da der Trend immer mehr zu einer „shared-economy“ geht, bei der das zeitliche Nutzungsrecht an einem Gegenstand erworben wird, dieser aber zu keinem Zeitpunkt vom Nutzer besessen wird. Neben dem Mehrnutzen für das Netz eröffnet sich für die beteiligten Unternehmen ein zweiter Geschäftszweig, der keine zusätzliche Hardware benötigt – ein Gewinn für alle Beteiligten! Gleiches gilt ebenso für alle mittelständischen Unternehmen, die größere Fuhrparks bspw. werktags nutzen, die aber am Wochenende ungenutzt herumstehen.

 

Base-Peak-Spread Trading

Die Idee, welche hinter dem Base-Peak-Spread Trading steht, ist simpel: Das E-Auto wird durch die eigene PV-Anlage oder wenn viel günstiger EE-Strom ins Netz eingespeist wird, geladen. Bei Nachfragespitzen und somit höheren Preisen wird dem Auto wieder Energie entnommen, um diese am Strommarkt zu verkaufen. Die Differenz zwischen gezahltem Preis beim Ladevorgang und erzieltem Erlös ist die Gewinnmarge des Fahrzeughalters abzüglich Abgaben an den Leistungsanbieter. Für folgende Beispielrechnung wird angenommen, dass ein E-Auto nachts 30 kWh je 3ct lädt und da die Fahrzeughalterin diesen Tag im Homeoffice arbeitet, sowohl morgens 10 kWh je 9ct als auch abends 20 kWh je 10 ct wieder entnommen werden können. Dadurch erhält die Fahrzeughalterin vor Abzug der Abgabe an den Anbieter 2,00€ für diesen Tag, die vollautomatisch durch eine Software generiert wurden, während sie ihr Auto mit einem identischen Ladestand vorfindet.

π=10kWh*0,09€+20kWh*0,1€-30kWh*0,03€=2,00€ (1)

 

Dieser vermeintlich geringe Betrag summiert sich im Laufe eines Jahres stark – sowohl für den Anbieter als auch für die Fahrzeughalterin. Wenn eine Abgabe von 25% angenommen wird, kann Letztere in diesem Beispiel schnell auf über 250 bis 300€/Jahr kommen. Für den Anbieter ist der mögliche Betrag pro Auto entsprechend geringer, allerdings muss vor der Berechnung seines Erlöses eine elementare Tatsache berücksichtigt werden: Durch die großen Mengen, die am Strommarkt gehandelt werden, muss dieser mehrere E-Autos zu einem „virtuellen Kraftwerk“ zusammenschalten, um auf diese Weise auf nennenswerte Strommengen zu kommen und diese an der EEX vermarkten. Folglich steigt der Erlös des Anbieters stark mit der zur Verfügung stehenden Anzahl von E-Autos. Aus diesem Grund ist diese Option erneut insbesondere für Unternehmen mit einem eigenen großen E-Auto Fuhrpark oder Carsharing-Anbieter denkbar und attraktiv – bzw. eben für jedes Unternehmen, welches das Potenzial der privaten E-Autoflotte bündelt und dadurch nutzbar macht.

 

Dementsprechend ist das Geschäftsmodell des Base-Peak-Spread Trading vergleichbar mit dem von Pumpspeicherkraftwerken – nur dass beim E-Auto die Mobilität im Vordergrund steht und durch ein intelligentes Be- und Entladen darüber hinaus Erlöse erzielt werden können. Zurzeit scheint es aufgrund einer geringen Ladesäulenverfügbarkeit und zu geringen Kapazitäten des E-Mobilitätssektors wirtschaftlich unattraktiv zu sein, da zum derzeitigen Stand kein Anbieter am Markt bekannt ist. Dies wird aufgrund der stark ansteigenden Marktdurchdringung von E-Autos und der dazugehörigen Technik allerdings nur eine Frage der Zeit sein.

 

Abzugrenzen ist das Base-Peak-Spread-Trading von der Kostenoptimierung im privaten Strombezug, welche durch tageszeitabhängige Preise geschieht und von einigen Anbietern angeboten wird. Hierbei ist die Verringerung der privaten Stromkostenrechnung erklärtes Ziel.9

 

Vehicle-to-Home (V2H)

Im Gegensatz zu V2G und dem Intraday-Trading benötigt V2H keinen zwischengeschalteten Anbieter. Im Vordergrund steht hierbei ein intelligentes Lastmanagement des privaten Verbrauchers, bei dem das eigene E-Auto als privater Stromspeicher genutzt wird und Strom in das eigene Hausnetz einspeist, wenn keine Erzeugung (typischerweise aus PV) stattfindet (z.B. nachts) oder wenn diese geringer als der tatsächliche Verbrauch ist. Insbesondere für Privatpersonen mit eigener PV-Anlage (sog. Prosumer) ist diese Option sehr attraktiv, da sie eine Erhöhung des Eigenverbrauchs ermöglicht und in den Sommermonaten eine weitgehende Energieautarkie verspricht – immerhin kann der Stromspeicher eines vollgeladenen E-Autos mit durchschnittlicher Batteriekapazität ohne Zwischenladung über den Tag theoretisch bereits heute einen vierköpfigen Haushalt mehr als vier Tage komplett versorgen (solange der Wagen nicht gefahren wird).10 Im Normalfall wird über einen Energiemanager bereits geregelt, dass nur überschüssig erzeugter PV-Strom im Auto eingespeichert wird und der Bedarf von Haushaltsgeräten prioritär behandelt wird.

 

Die Auswirkungen von V2H auf das derzeitige Geschäftsmodell von Stromvertriebsunternehmen zu schätzen, hängt von vielen Faktoren ab. Unter anderem ist es wichtig,

  • ob der private Verbraucher eine eigene PV-Anlage auf seinem Dach besitzt, mit der er in den Sommermonaten sein Auto laden kann (bei den aktuellen Ausbauplänen der neuen Bundesregierung wird wohl kaum noch ein neues Gebäude ohne errichtet werden bzw. im Bestand erheblich „nachgerüstet“ werden. Da ebenfalls das Mieterstrommodell erheblich nachgebessert werden soll, wird auch an dieser Stelle das Potenzial enorm gehoben),
  • wie häufig das Auto bewegt wird und somit bei hoher Eigenstromproduktion nicht geladen werden kann,
  • ob das Auto beim Arbeitgeber geladen werden kann.

 

Im für den privaten Verbraucher best-case mit eigener PV-Anlage, einem (kleineren) stationären Batteriespeicher und der Möglichkeit, das E-Auto bei Bedarf beim Arbeitgeber zu laden, lässt sich von Frühjahr bis Herbst ein sehr hoher Energieautarkiegrad von bis zu 100% inkl. einer Wärmeversorgung über eine Wärmepumpe erreichen. Über das Jahr gesehen können Ein- und Zweifamilienhaushalte auf diese Weise einen Autarkiegrad von knapp über 70% erreichen, sofern die verfügbare Dachfläche gegeben ist.11 Bei einem Jahresverbrauch des Haushalts von 4.000 kWh würde die Möglichkeit des V2H eine Erhöhung des Eigenverbrauchs um mehrere Hundert kWh/Jahr im Vergleich zum derzeitigen Stand bedeuten, welches sich unmittelbar bei den Erlösen der Stromvertriebe bemerkbar machen würde. Da über 36% der Deutschen im Besitz eines Ein- oder Zweifamilienhauses sind, was die Installation einer PV-Anlage vergleichsweise unkompliziert gestaltet, ist das Verlustpotenzial für Stromvertriebsunternehmen immens. Folgendes Beispiel geht von einem Zustand, in dem 100% des Strombedarfs der in einer Kommune ansässigen Bevölkerung (10.000 Einwohner) vom lokalen Stromversorger bezogen wird, hin zur Rundummodernisierung aller Ein- und Zweifamilienhäuser mit Anschaffung einer PV-Anlage, lokalem Stromspeicher und E-Auto mit Möglichkeit des bidirektionalen Ladens, aus:

10.000 EW=2.500 Haushalte (2)

2.500*4.000 kWh⁄Jahr=10.000.000 kWh (3)

10.000.000 kWh*36%EFH⁄ZFH=3.600.000 kWh (4)

3.600.000 kWh*70% Autarkie=ca.2.520.000 kWh (5)

 

Folglich können lokale Stromvertriebsunternehmen Umsatzeinbußen von bis zu 25% im Vergleich zu einem 0%-Autarkie-Szenario erleiden, sollte der Trend zur dezentralen Stromversorgung und der Maximierung des Autarkiegrades unter für den privaten Endverbraucher optimalen Bedingungen sich weiter verstärken.

 

Auf der anderen Seite ist selbstverständlich davon auszugehen, dass der Gesamtstrombedarf in der gleichen Kommune aufgrund der E-Autos steigen dürfte. Laut der oben genannten Studie des BMVI weisen Elektrofahrzeuge eine Fahrleistung von 13.000 km/Jahr auf und liegen somit knapp unter der mittleren geschätzten Jahresfahrleistung von 14.700 km.12 Werden diese Zahlen als Richtwerte angenommen und von einem durchschnittlichen, realen Energieverbrauch von 17 bis 21 kWh/100 km ausgegangen, beträgt der Strombedarf pro E-Auto ca. 2.200 kWh bis ca. 3.000 kWh pro Jahr.

 

13.000km⁄(Jahr*17kWh/100km=2.210 kWh/Jahr) (6)

14.700km⁄Jahr*21kWh/100km=3.087 kWh/Jahr (7)

 

Somit würden ungefähr 1.000 E-Autos, welche ausschließlich in der Kommune des Wohnorts der Fahrzeughalter geladen werden, benötigt, um den Verlust auf Vertriebsseite des Stromversorgers auszugleichen. Berücksichtigt man die Rate der Eigenheimbesitzer und deren partielle Möglichkeit der Eigenstromversorgung und nimmt an, dass die Nachfrage nach E-Autos zwischen diesen beiden Gruppen gleich ist, würden ca. 1.330 E-Autos innerhalb der Kommune benötigt werden.

 

 

Veränderte Stromnachfrage der E-Mobilität unter Berücksichtigung der Eigenheimquote. Abbildung 4: Veränderte Stromnachfrage der E-Mobilität unter Berücksichtigung der Eigenheimquote.

 

Angesichts der rund 3.600 privaten Fahrzeuge in der beispielhaften Kommune13, wurde dies einen Anteil an vollelektrischen Autos von 37% entsprechen – deutlich über den 31%, die bei Erreichen des verkehrspolitischen Ziels bis 2030 auf deutschen Straßen zugelassen sein sollen.14 Anders ausgedrückt, müssten die Einwohner der Kommune eine überdurchschnittlich hohe Nachfrage nach vollelektrischen Pkw haben, nur um den Verlust des kommunalen Stromversorgers auszugleichen.

 

Außerdem ist die Annahme, dass das Fahrzeug ausschließlich innerhalb des Verteilergebiets des kommunalen Versorgers geladen wird, äußerst unrealistisch – es existiert kein offensichtlicher Grund, warum das Fahrzeug nicht beim Arbeitgeber angeschlossen werden sollte, solange die notwendige Infrastruktur bereitgestellt wird. Darüber hinaus wird das Fahrzeug nun mal exakt aus dem Grund bewegt, um längere Strecken zu überbrücken und z.B. in die nächstgrößere Stadt zu gelangen, wodurch das Verteilergebiet des Versorgers wahrscheinlich verlassen wird. In diesem Fall erhöht sich die Zahl der benötigten E-Autos für einen Ausgleich des drohenden Verlustes des Stromversorgers am Wohnort immens.

 

Selbstverständlich sind all diese Rechnungen mit großer Vorsicht zu genießen, hängen sie von sehr vielen in diesen Rechnungen nicht berücksichtigen Faktoren ab. So ist die Auswirkung der demografischen Entwicklung auf die Nachfrage nach privaten Pkw essenziell, ebenso wie z.B. die (regulatorische) Entwicklung von Eigenversorgermöglichkeiten wie dem Mieterstrommodell oder der Effizienz von E-Autos. Dennoch vermögen die Rechnungen zu zeigen, dass Stromversorger sich zukünftig auf eine stark ändernde Nachfrage aufgrund der Sektorenkopplung gefasst machen müssen – wie hier aufgezeigt zu ihren Ungunsten.

 

Andererseits können die bevorstehenden Umbrüche der Stromversorgung sogar für Stromversorger positive Seiten haben: Wie gezeigt können für diese finanziellen Gewinnmöglichkeiten bei der Platzierung der Energie am Regelenergiemarkt oder durch das Base-Peak-Spread-Trading entstehen, sofern das Potenzial der E-Mobilität genutzt wird. Mithilfe einer beidseitigen Kommunikation zwischen Fahrzeughalter und Netzbetreiber, Stromversorger etc. können große Mengen Energie ins Netz eingespeist werden und auf diese Weise für beide Seiten nennenswerte Erlöse erzielt werden. Hierbei ist es wichtig, dass der Halter ausreichend Anreize bekommt, aktiv am Dispositionsmanagement teilzunehmen und im besten Fall sein Auto in allen Stunden, in denen es nicht benötigt wird, dem Netzbetreiber bzw. dem Leistungsanbieter zur Verfügung zu stellen. Denkbar ist das bewährte System aus Leistungs- und Arbeitspreis: Für jede Stunde, die das Auto zur Verfügung gestellt wird, erhält der Fahrzeughalter eine geringe Pauschale. Im Fall der Stromentnahme wird zusätzlich jede kWh vergütet, worüber der Halter transparent und zeitnah alle Informationen erhält. Auch wenn das gerade noch „Zukunftsmusik“ ist, werden die Märkte sicher kurzfristig diese Geschäftsmodelle hervorbringen – angenommen, der regulatorische Rahmen wird hierfür geschaffen, um die o. g. Potenziale nutzbar zu machen. Dies ist ein essenzieller Baustein für das Gelingen der Energiewende.

 

Gibt es auch Hürden?

 

Haftungsfragen der Hersteller

Doch selbstverständlich, wo Licht fällt, ist auch Schatten. Als häufiger Kritikpunkt wird die Leistungsfähigkeit der Batterie genannt, welche grundsätzlich durch eine höhere Zyklenzahl schneller Kapazität einbüßt. Allerdings ist dies nur die halbe Wahrheit, da normalerweise bei V2H und V2G die Batterie keinen vollen Entladezyklus durchläuft, wodurch sie von einem geringeren Verlust gekennzeichnet ist. Bisherige Studien haben darüber hinaus keinen nennenswerten negativen Effekt von V2G auf die Lebensdauer des E-Autos feststellen können. Dennoch muss dies insbesondere im Rahmen von Feldversuchen weiterhin getestet werden.

 

Nicht zuletzt ist dies auch eine Haftungsfrage: Werden Produzenten von E-Autos ihren Kunden weiterhin langjährige Garantieversprechen bezüglich der Haltbarkeit der Batterie geben? Für Tesla ist die Sache derzeit klar: Bei Nutzung des Autos als Stromzwischenspeicher erlischt die Garantie. Auf der anderen Seite existieren viele Automobilhersteller, die sich aktiv an V2G- und V2H-Pilotprojekten beteiligen, wie zum Beispiel Renault und Nissan. Mit viel Schwung und einem Investitionspaket von über 100 Milliarden Euro, angekündigt für eine umfassende E-Mobilitätsstrategie, springt nun auch VW auf den Zug der integrierten E-Mobilität auf und kündigte an, dass die 2022 ausgelieferten Modelle VW ID.5 und ID.5 GTX bereits mit einer bidirektionalen Ladefunktion ausgestattet werden. Im nahezu gleichen Atemzug wurde verkündet, dass das „Laden und Energie zu einem Kerngeschäft von Volkswagen“ werde, um die in diesem Artikel aufgezeigten Vorteile der Nutzung des E-Autos als stationärer Speicher für V2X aus einem Haus anbieten zu können. Laut VW werde dies nicht nur die Abregelung von EE aufgrund von Netzengpässen bekämpfen, sondern sei im Rahmen einer Umfrage unter 1000 VW ID-Fahrerinnen und Fahrern auf ein breites Interesse und somit Potenzial für VW gestoßen. Dieses Engagement unterstreicht das attraktive Geschäftsfeld, welches sich durch die rasant ansteigende Zahl von E-Autos in Deutschland eröffnet – gleichzeitig bedeutet es, dass ein Schwergewicht der Automobilindustrie diesen Markt besetzen möchte, wodurch sich interessierte Unternehmen einer harten Konkurrenz ausgesetzt sehen.

 

Die Technik

Ebenso wie stationäre Stromspeicher weisen E-Autos geringe Verluste durch die Transformation des Wechselstroms des Hausnetzes in Gleichstrom zur Nutzung in der Batterie von 10 bis 15% auf. Obwohl dies insbesondere im Vergleich mit anderen Speichermedien wie z.B. PtG, ein hervorragender Wert ist, kann nicht jede eingespeiste kWh wieder voll entnommen werden. Durch den vorrangigen Zweck der Mobilität wird des Weiteren die exakte Ermittlung der Transformationsverluste bei Be- und Entladung enorm schwierig, was weitere Fragen, wie bei der Berechnung der Vergütungssätze bei V2G, aufwirft.

 

Weiterhin spielt auch der Wechselrichter selbst eine entscheidende Rolle beim Be- und Entladen: Ist dieser ausschließlich im Auto und keiner in der Wallbox verbaut, stellt er sich in vielen Fällen als Flaschenhals heraus. Während ein Wechselrichter in der Wallbox oder einer öffentlichen Ladesäule das Auto mit Gleichstrom und einem Ladepunkt von 50 kW oder mehr, perspektivisch sogar bis 350kW lädt, laden handelsübliche Wallboxen (für Zuhause) mit max. 11 kW Wechselstrom und schaffen mit einem einphasigen Ladegerät nur einen Ladepunkt von max. 3,7 kW. Folglich kann die Ausstattung erheblich die Attraktivität des E-Autos für V2G schmälern. Des Weiteren sind bidirektionale Wallboxen aufgrund ihrer derzeit geringen Abnahmemengen mit 2.000 bis 4.000€ ohne Berücksichtigung der Installationskosten (und Fördermittel) sehr teuer (was sich aber im weiteren Roll-out erheblich ändern dürfte).

 

Derzeitiger technischer Knackpunkt ist vor allem das IT-System, welches die unterschiedlichen Interessen der Beteiligten zusammenbringen muss. Erste Systeme, z.B. die universale Kommunikationsnorm EEBUS, welche vom Verbund-Forschungsprojekt „Bidirektionales Lademanagement – BDL“ genutzt wird, müssen ihre Leistungsfähigkeit erst noch in einer großflächigen Anwendung unter Beweis stellen. Ausgereifter erscheinen hier Softwarelösungen wie ChargePilot des Technologieunternehmens Mobility House zu sein, die vorrangig für Anwendungen zum Lastmanagement bei größeren Fuhrparks oder im privaten Bereich entwickelt wurden.

 

Regulatorischer Rahmen

Die technischen Schwierigkeiten sind allerdings bei Weitem nicht die größten Hindernisse. Die derzeitige Regulatorik würgt die Nutzung des E-Autos als Zwischenspeicher noch vor dem eigentlichen Start ab. Neben viele weiteren Gründen wie u. a. Bestimmungen zum Datenschutz, steuerrechtlicher Fragen oder möglichen De-minimis Tatbeständen sind die Regelungen des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) und der Stromnetzentgeltverordnung (StromNEV), welche weiterhin Stromspeicher grundsätzlich zum Zeitpunkt der Beladung als Last, zum Zeitpunkt der Entladung als Erzeugungsanlage ansehen, ein Haupthindernis.15

 

Darüber hinaus gelten im Gegensatz zu privaten, stationären Speichern, die mit eigen produziertem PV-Strom aufgeladen werden, die Batterien von E-Autos bei Energieabgabe als Graustromerzeugungsanlagen, wodurch der private Halter zur Zahlung der verminderten EEG-Umlage bei geringeren Ausnahmetatbeständen16 verpflichtet ist – sogar wenn das E-Auto ausschließlich mit eigenem PV-Strom aufgeladen wurde, da annahmegemäß keine nachprüfbare Dokumentation hierüber erfolgen kann.

 

Es wird offensichtlich, dass der Gesetzgeber an vielen unterschiedlichen Stellen immens nachsteuern muss, um die Potenziale der Sektorenkopplung nutzbar zu machen.

 

Fazit

V2H und Intraday-Trading

 

Zuerst muss auf das riesige Potenzial der E-Mobilität in Deutschland als Zwischenspeicher verwiesen werden. Die Kombination der hohen Leistung, hohen Kapazität und langen Standzeiten machen E-Autos sehr attraktiv für eine Mehrfachnutzung. Schließlich ist dies auch eine Win-Win-Win Situation:

  • Fahrzeughalter können Einnahmen durch die Teilnahme am Regelenergiemarkt oder am Intraday-Trading generieren.
  • Netzbetreibern wird ein riesiges, ansonsten weitgehend ungenutztes Potenzial von Stromzwischenspeichern zur Verfügung gestellt, was die Notwendigkeit von fossilen Kraftwerken zur Spitzenlasterzeugung verringert.
  • Letztendlich sinkt der Strompreis für alle Verbraucher, da geringere Netznutzungsentgelte die Folge sind und Verbraucher den eigenerzeugten PV-Strom optimal nutzen können.

 

Die aufgezeigten technischen Probleme sind eher Ausdruck der noch nicht gegebenen Marktreife mancher Bestandteile des Systems als technische Unmöglichkeiten. Eindeutig liegt der Spielball im Feld der Politik. Ohne eine grundlegende Änderung des derzeitigen Rechtsrahmens wird das aufgezeigte Potenzial der E-Mobilität nicht genutzt werden können. Mindestens genauso elementar ist die baldige Festsetzung von Standards, um ineffiziente Doppelstrukturen z.B. in der Kommunikation der Wallboxen zu den Netzbetreibern oder der Messtechnik, zu verhindern. Außerdem sollte eine finanzielle Förderung von bidirektionalen Wallboxen eine Überlegung wert sein, um einen großflächigen Rollout unidirektionaler Wallboxen zu verhindern. Darüber hinaus könnte ein Blick über den Ärmelkanal nach Großbritannien wertvolle Erkenntnisse bieten, wo das Potenzial von bidirektionalem Laden zur Netzstabilisierung seit Längerem als solches erkannt ist.

 

Die Kooperation von Mobility House mit ihrer In-House-Software „Marketplace“, dem Autohersteller Renault und dem lokalen Energieversorger EEM auf der portugiesischen Atlantikinsel Porto Santo zeigt, wie es gehen kann: Seit 2019 wird im Rahmen eines Pilotprojektes das Zusammenspiel von Elektroautos, stationären Stromspeichern und EE-Erzeugungsanlagen getestet und optimiert, um die Insel langfristig CO2-neutral mit Energie zu versorgen. Nicht zuletzt verdeutlicht das vor Kurzem öffentlich gewordene Engagement VWs in den Stromversorgermarkt und in die Vermarktung der Speicher für (private) Lastmanagementmaßnahmen einzusteigen und diese somit theoretisch ebenfalls am Regelenergiemarkt platzieren zu können, dass in diesen Bereichen perspektivisch nennenswerte Erlöse winken.

 

Angesichts der Aussagen des Koalitionsvertrags von SPD, Grünen und FDP, dass „die sektorübergreifende Nutzung von Erneuerbaren Energien [und] dezentralen Erzeugungsmodellen […] konsequent [gestärkt]“ und eine eigenständige rechtliche Definition von Energiespeichern verabschiedet werden soll, ist die Hoffnung auf eine baldige Verbesserung der Regulierungspraxis des E-Autos als Stromzwischenspeicher so groß wie lange nicht mehr. Dies könnte einem vielversprechenden, dynamischen Markt den notwendigen Startschuss geben und allen Unternehmen, die sich früh mit den Möglichkeiten des bidirektionalen Ladens beschäftigen, neue, attraktive Erlösmöglichkeiten eröffnen.

 

 

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1 Der Endenergieverbrauch der EE im Mobilitätssektor betrug im Jahr 2000 0,5% und stieg sukzessive auf 7,3% in 2020, hauptsächlich durch den verpflichtend beizumischenden Anteil von Biokraftstoffen. Strom aus EE trägt weiterhin weniger als 1% zum Gesamtenergieverbrauch im Verkehr bei. Quelle: Erneuerbare Energien in Zahlen | Umweltbundesamt.

2 Bis 2030 sollen die Emissionen des Verkehrssektors ggü. 2020 um 42% sinken, während sie von 1990 bis 2020 nur um knapp 11% gesunken sind. Quelle: Weniger Treibhausgase im Verkehr (bundesregierung.de).

3 Quelle: infas, DLR und infas 360 (2018): Mobilität in Deutschland, im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI). 

4 Quelle: „Speicher auf Rädern“ aus: Energie und Management 6, vom 01.06.2021.

5 Möller (2020), im Rahmen ihrer Dissertation: Speicherbedarf und Systemkosten in der Stromversorgung für energieautarke Regionen und Quartiere.

6 Quelle: infas, DLR und infas 360 (2018): Mobilität in Deutschland, im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI), S. 70-71.
7 Bundesnetzagentur (2021): Monitoringbericht 2021.
8 Dies ist als Untergrenze zu verstehen, viele E-Autos haben Leistungen von 7,4 kW und 11 kW bis zu 22 kW. 
9 Anbieter sind z.B. aWATTar (https://www.awattar.at/), Tibber (https://tibber.com/de) oder STROMDAO mit ihrem Produkt Corrently (https://www.corrently.de/home.html). 
10 Angenommener durchschnittlicher Verbrauch: 4000 kWh/Jahr, welches ca. 11 kWh/Tag bedeutet.
11 Kaschub, T., Jochem, P. und Fichtner W. (2016): Solar energy storage in German households: profitability, load changes and flexibility, Energy Policy (98), S. 520-532.
12 Quelle: infas, DLR und infas 360 (2018): Mobilität in Deutschland, im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI), S. 80.
13 Siehe Studie des BMVI, S.35 „Pkw-Besitz nach Haushaltstyp“, die angibt, dass Familienhaushalte eine überdurchschnittlich hohe Anzahl von mehr als einem Pkw besitzen.
14 Laut Kraftfahrt-Bundesamt waren am 01.01.2021 rund 48,2 Mio. Pkw im deutschen Kraftfahrzeugbestand (Kraftfahrt-Bundesamt - Bestand (kba.de). Obwohl diese Zahl seit Jahren steigt, wurde der Wert für 2020 an dieser Stelle auf 2030 fortgeschrieben. Bei einem fortlaufenden Anstieg des Kraftfahrzeugbestandes, würde der prozentuale Anteil weiter sinken.

15EnWG § 3 Nr. 25 in Verbindung mit StromNEV § 14 Abs. 1, Satz1, auf welche der Bundesgerichtshof in seinem Beschluss EnVR 56/08 vom 17.11.2009 letztinstanzlich hinweist und diese bestätigt.

16 Seit der Novelle des EEG 2021 gelten höhere Ausnahmetatbestände für die Befreiung von der verminderten EEG-Umlage für erzeugten Grünstrom bei Personenidentität i.H.v. 30 kW und 30 MWh/Jahr, während für Graustromerzeugungsanlagen weiterhin die Grenze bei 10 kW und 10 MWh/Jahr liegt.

 

 

 

 

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