Forschungs-Studie: Flexible Ladeinfrastruktur senkt Systemkosten

Flexible Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge kann die Kosten des europäischen Energiesystems senken. Entscheidend ist jedoch, ob Ausbauziele für Ladepunkte, intelligentes Laden und bidirektionales Laden mit dem jeweiligen nationalen Energiesystem abgestimmt werden. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie der Delft University of Technology, die in Nature Energy veröffentlicht wurde.

Das Forschungsteam um Francesco Sanvito hat dafür ein europäisches Energiesystemmodell für das Jahr 2050 entwickelt. Darin konkurrieren ungeregeltes Laden, unidirektionales intelligentes Laden und Vehicle-to-Grid miteinander. Erstmals berücksichtigt das Modell die Verbreitung von V1G- und V2G-Ladeinfrastruktur als Optimierungsentscheidung und bezieht die Infrastrukturkosten ausdrücklich ein. „Das Modell zeigt, dass ein einheitlicher Richtwert für die EU nicht vorzugswürdig ist. Das kostenoptimale Niveau der Ladeinfrastruktur variiert von Land zu Land, da es vom jeweiligen nationalen Energiesystem abhängt“, sagt Studienleiter Francesco Sanvito.

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Nicole Ahner

Einheitliche EU-Ladeziele greifen zu kurz

Die Ergebnisse sind relevant für die Weiterentwicklung der europäischen Alternative Fuels Infrastructure Regulation. Die AFIR arbeitet bislang mit einheitlichen Vorgaben für Ladeinfrastruktur in den EU-Mitgliedstaaten. Genau das hält die Studie für problematisch, weil die Flexibilität von Elektroautos je nach Strommix, Netzstruktur und Ausbau erneuerbarer Energien unterschiedlich viel Wert schafft.

Wird Ladeinfrastruktur losgelöst vom Energiesystem geplant, kann sie entweder zu teuer werden oder ihre Flexibilität nicht voll ausspielen. Sanvito fasst die politische Bedeutung so zusammen: „Ziele für Ladeinfrastruktur und V2G-Vorgaben sollten nicht isoliert festgelegt werden. Erst die koordinierte Planung mit dem Energiesystem entscheidet, ob diese Infrastruktur reale Vorteile erschließt oder lediglich die Ladekosten für Verbraucher erhöht. Das ist eine wichtige Botschaft für politische Entscheidungsträger und die AFIR der EU.“

V1G und V2G als Flexibilitätsoptionen

V1G bezeichnet unidirektionales intelligentes Laden. Das Fahrzeug nimmt also nur Strom aus dem Netz auf, lädt aber zeitlich gesteuert. Dadurch kann der Ladevorgang in Phasen mit günstiger oder reichlich verfügbarer Energie verschoben werden. Laut Studie erzielt V1G den größten Teil der systemischen Kostenvorteile und kann die Infrastrukturbedarfe deutlich reduzieren. Die Modellierung beziffert die möglichen Einsparungen durch V1G auf 19 bis 42 Milliarden Euro pro Jahr beziehungsweise 2,2 bis 4,5 Prozent der Systemkosten.

V2G geht weiter. Beim bidirektionalen Laden können Fahrzeuge Strom zurück ins Netz speisen. Das schafft zusätzliche Flexibilität, verursacht aber höhere Infrastrukturkosten. In der Studie bringt V2G im europäischen Energiesystem zusätzliche Systemkosteneinsparungen von bis zu 2,5 Milliarden Euro pro Jahr. Gleichzeitig können über Ausgleichsmärkte erhebliche Erlöse entstehen, die das Modell mit rund 6,4 Milliarden Euro pro Jahr angibt.

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Pramit Nandy

Nationale Energiesysteme bestimmen den Nutzen

Der optimale Mix aus V1G und V2G hängt stark vom jeweiligen Energiesystem ab. In Ländern mit vielen Preisschwankungen, Netzengpässen und begrenzter Lastflexibilität kann V2G besonders wertvoll sein. Für die Niederlande nennt die TU Delft hohe Preisschwankungen und zeitweise negative Strompreise als Beispiel. Fahrzeuge, die Strom zurückspeisen können, könnten dort helfen, das Netz vorübergehend zu stabilisieren, bis Netzausbau und weitere Flexibilitätsoptionen verfügbar sind.

In Ländern mit besser planbarer Stromerzeugung kann V1G dagegen ausreichen. Norwegen ist ein Beispiel, weil das Energiesystem stark auf Wasserkraft beruht. Diese lässt sich im Vergleich zu Wind und Photovoltaik leichter steuern. Der zusätzliche Nutzen teurer V2G-Infrastruktur fällt dort geringer aus.

Ladeplanung muss Systemkosten berücksichtigen

Die Studie spricht nicht gegen ambitionierten Ladeinfrastrukturausbau. Sie zeigt aber, dass pauschale Vorgaben die tatsächlichen Systemkosten verzerren können. Je nach Land kann ein einheitlicher EU-Zielwert dazu führen, dass Ladeinfrastruktur überdimensioniert wird oder dass Flexibilitätspotenziale nicht ausgeschöpft werden.

Für die europäische Energie- und Verkehrspolitik folgt daraus ein Planungswechsel. Ladeinfrastruktur sollte nicht nur nach Fahrzeugzahl oder Mindestleistung bemessen werden. Sie muss auch berücksichtigen, wie viel Flexibilität ein nationales Stromsystem braucht, welche erneuerbaren Energien dominieren, wie stark Netze ausgebaut werden und ob V2G gegenüber V1G einen zusätzlichen wirtschaftlichen Nutzen schafft.