Vehicle-Grid-Integration Projekte von TMH

München, 19.06.2020

Die Energiezukunft bei The Mobility House begann mit einer Tasse Kaffee. Der Strom dafür kam allerdings nicht von einem weit entfernten Kraftwerk – sondern aus einem Elektroauto in der Tiefgarage. In dem ersten deutschen Vehicle-to-Grid-Piloten (V2G) überhaupt nutzte das Technologieunternehmen im Jahr 2015 die Batterie eines Nissan Leaf als zusätzlichen Energiespender für das Hausnetz seines Gebäudes. Das reichte zwar nicht für alle Verbraucher im Büro; für die Heißgetränke der Mitarbeiter allemal. „Alle reden vom Klimawandel, wir tun etwas“, sagte schon damals Thomas Raffeiner, der Gründer und CEO von The Mobility House. „Mit diesem Projekt zeigen wir, dass wir die Energiewende beschleunigen und die Zukunft emissionsfrei gestalten können: Das Auto versorgte das Büro mit Strom und ermöglicht Unabhängigkeit vom Netz.“ 

In den darauffolgenden Jahren hat sich einiges getan in Sachen V2G und auch aktuell hat das Thema auf Grund der jüngsten Ankündigung von Tesla an Bedeutung gewonnen: Das Unternehmen plant und entwickelt neue Batteriezellen, die eine Millionen Meilen durchhalten können – eine unglaubliche Kapazität, die auch wie angedeutet für V2G-/Energiemarktanwendungen genutzt werden kann.  

Im Bereich Vehicle-Grid-Integration (VGI/V2G) hat sich The Mobility House als gefragter Partner für intelligentes Laden und die netzdienliche Integration – auch unter dem sich etablierenden Begriff Sektorenkopplung bekannt – von Elektroautos und deren Batterien etabliert und bereits viele Projekte in großem Maßstab realisiert.  

Intelligentes Laden schont den Geldbeutel und entlastet die Netze  

Schon 2015 hat The Mobility House mit Renault das intelligente, netzdienliche und unidirektionale Laden vorangetrieben – auch als VGI bezeichnet. Dafür wurde die Software „Smart Charging“ – ein Vorläufer des heute vielfach verkauften Lade- und Energiemanagementsystems ChargePilot – entwickelt. Preisschwankungen am Strommarkt wurden so automatisiert berücksichtigt – zum finanziellen Vorteil der E-Auto-Fahrer. Der Ladeplan des Systems war daraufhin optimiert, immer möglichst günstig bei niedrigen Strompreisen am Großhandelsmarkt zu laden, etwa nachts oder wenn an besonders windigen bzw. sonnigen Tagen ein Überschuss an erneuerbarer Energie vorhanden ist. Damit konnten die Strombeschaffungskosten der teilnehmenden Renault-Fahrer ca. halbiert werden.  

Das E-Auto als Regelkraftwerk zur Netzstabilisierung  

Die bislang technologisch und regulatorisch anspruchsvollste Anwendung gelang The Mobility House gemeinsam mit dem Partner und Stromanbieter Enervie sowie dem Übertragungsnetzbetreiber Amprion im Januar 2018. Unterstützt durch Nissan, die erneut einen Nissan Leaf zur Verfügung gestellt hatten, wurde das Gesamtsystem aus Software, Ladestation und Fahrzeug gemäß allen Anforderungen der europäischen Übertragungsnetzbetreiber für die Primärregelleistung präqualifiziert und am Enervie-Standort in Hagen erstmals als Regelkraftwerk im deutschen Stromnetz integriert. Bei Bedarf nimmt der Stromer innerhalb von Sekunden überschüssige Energie aus dem Netz auf oder speist sie wieder ein, um die Netzfrequenz stabil zu halten. Das beweist, wie V2G als innovative Lösung zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen kann. Nicht unerheblich ist, dass sich dieser Service auch finanziell lohnt und der Nissan Leaf als Teil des Energiemarkts Geld „verdienen“ kann: Bietet man mit dem Fahrzeug zum Beispiel acht Kilowatt Leistung pro Woche an, können im Jahr zwischen 500 und 1000 Euro zusammenkommen.  

Eine CO2-freie Insel  

Im Kleinen hat The Mobility House das große Ganze 2019 bereits auf der portugiesischen Madeira-Insel Porto Santo – die in Zukunft komplett CO2-frei sein möchte – realisiert und erprobt. Auch hier spielen Elektroautos und ihre Einbindung in das Gesamtsystem eine entscheidende Rolle. Gemeinsam mit Renault und dem lokalen Energieversorger Empresa de Electricidade da Madeira EEM arbeitet The Mobility House daran, wie eine clevere Kombination von Photovoltaik, Windkraft, E-Autos und Second-Life-Batterien die Heimat von gut 6000 Menschen und Ziel zehntausender Touristen im Jahr frei von fossilen Energieträgern machen kann.

Dafür hat The Mobility House die auf der Insel für alle Ladepunkte eingesetzte Lade- und Energiemanagement Systeme ChargePilot zu einem intelligenten „Marketplace“ verbunden. Dieser optimiert das Zusammenspiel der beteiligten Akteure. Unidirektionale Elektroautos laden vorrangig dann, wenn erneuerbarer Strom im Überfluss vorhanden ist. Stationäre Second-life-Batteriespeicher und bidirektionale Elektroautos stabilisieren das Netz, indem sie ihre Energie bei Bedarf an das Stromnetz zurückgeben. Es handelt sich um das weltweit erste Projekt, in dem die drei Flexibilitätsformen intelligentes Laden, V2G und Second-Life-Batteriespeicher von einer zentralen Softwaretechnologie intelligent gesteuert werden. Die Integration von erneuerbaren Energien ins Stromnetz konnte dabei mit gut 20 Elektrofahrzeugen bereits um 10% verbessert werden.

V2G als virtuelle Stromleitung und zur Vermeidung von Netzengpässen

In einem weiteren Pilotprojekt mit dem Übertragungsnetzbetreiber TenneT und Elektroautohersteller Nissan zeigte The Mobility House, wie sich auch Engpässe im Übertragungsnetz – vor allem der berüchtigten Nord-Süd-Trasse – vermeiden lassen. Das Problem: Wegen der dezentralen Einspeisung erneuerbarer Energien, die 2019 bereits 46 Prozent der deutschen Stromerzeugung ausmachten, kommt es immer häufiger zu Transportengpässen im Netz. Die Lösung: Erzeugen Windparks in der Ostsee zu viel Energie für die Stromautobahn nach Süddeutschland, so kann sie in Norddeutschland in Elektroautos zwischengespeichert werden. Strommangel in Süddeutschland wiederum kann mit verfügbarer Energie aus bidirektionalen Elektroauto-Akkus ausgeglichen werden (V2G), anstatt auf fossile Spitzenlastkraftwerke zurückzugreifen. Das steigert die Nutzung erneuerbarer Energien und vermeidet gleichzeitig die unerwünschte Abregelung von Windkraft im Norden, die mit hohen Kosten von mehreren hundert Millionen Euro/Jahr und beträchtlichem zusätzlichen CO2-Ausstoß einhergeht.

Ein Fußballstadion elektrifiziert

Seit Ende 2019 können Besucher der Johan Cruijff ArenA – Heimstätte von Ajax Amsterdam und Schauplatz hochkarätiger Konzert-Events – mit ihrem Elektroauto aktiv zur Notstromversorgung des Stadions beitragen, indem das Auto in das Stromnetz des Stadions integriert wird. Dafür sind bidirektionale Ladestationen aufgebaut, an denen Arenabesucher nicht nur Strom beziehen, sondern diesen in einer Notfallsituation intelligent über das Lade- und Energiemanagement System ChargePilot gesteuert auch wieder an das Stadion abgeben können. Hierbei ergänzen die Elektroautos den bereits 2018 realisierten stationären Batteriespeicher aus 148 neuen und gebrauchten Fahrzeugbatterien, der ebenfalls im Fall eines Stromausfalls (Blackout) als Notstromversorger zur Verfügung steht und die alten Dieselgeneratoren ersetzt. Sukzessive sollen auch weitere Anwendungen realisiert werden und die Ambitionen der Stadt Amsterdam, ein V2G-Hotspot von Europa zu werden, unterstützen. 

VGI als Konzept der Zukunft 

Wie wichtig VGI beziehungsweise V2G für die Antriebs- und Energiewende wird, hat neben verschiedenen Verbänden und Thinktanks wie DENA, Agora, BNE auch der Verband der Automobilindustrie aufgezeigt: In einem Positionspapier verweist der VDA auf die Potenziale von Elektroautos mit einer Rückspeisefunktion sowohl im direkten Umfeld des Fahrzeugnutzers (z.B. in Verbindung mit seiner Photovoltaikanlage), als auch im künftigen Beitrag zur Netzstabilisierung und Sektorenkopplung im Zuge der Energiewende. „V2G könne als Ergänzung zum erforderlichen Netzausbau einen sinnvollen Beitrag zur Optimierung der Netzauslegung leisten, ohne dass der Kunde auf die gewünschte Batterieladung zur Abfahrtszeit verzichten muss“, heißt es in dem Papier. Der VDA setzt sich daher – ebenso wie The Mobility House – und die Nationale Plattform Elektromobilität NPM dafür ein, V2G zum Durchbruch zu verhelfen. 

Tesla auf dem Weg in den Energiemarkt 

Auch industriepolitisch hat das Thema höchste Brisanz, geht es doch um zwei deutsche Schlüssel- und Vorzeigeindustrien, die deutsche Automobilindustrie und die vielen Marktakteure in der erneuerbaren Branche, die in den letzten Jahren hunderttausende von Arbeitsplätzen geschaffen haben. Diese Vorreiterposition gilt es als neuen Exportschlager zu nützen und Deutschland nachhaltig im Wachstumsfeld der Dekarbonisierung zu positionieren.

Tesla hat die Zusammengehörigkeit von Auto und Energie von Anfang an verstanden und gelebt. Bereits 2014 sagte J. B. Straubl, Mitgründer von Tesla Motors und Chief Technical Officer: „We are an energy innovation company as much as a car company.” Dass sich das bewahrheiten sollte, zeigen die jüngsten Ankündigungen, die jetzt ein rundes Bild ergeben. Neben der geplanten Millionen-Meilen-Batterie hat das Tesla Batteriespeichergeschäft mit der hochrentablen 100 MW Batterie in Australien den Mehrwert von Speichern im Energiemarkt bewiesen. Darüber hinaus hat Tesla eine Software mit dem Namen Autobidder entwickelt, die Batterien intelligent ins Energienetz integriert – ähnlich der Software von The Mobility House. Außerdem beantragte Tesla in UK eine Energieversorgerlizenz, um selbst am Markt zu agieren. Das V2G – egal ob die letzten Analysen des Tesla Onboard Chargers richtig oder falsch sind – der nächste logische Schritt ist, kann man sich denken. 

Intelligente Sektorenkopplung als Schlüssel 

Ein Blick zehn Jahre in die Zukunft –mit den hochskalierten erwarteten Zulassungszahlen – verdeutlicht das immense Potential der Technologie und zeigt, wie sich Energie- und Antriebswende einander bedingen: Für das Jahr 2030 hat die Bundesregierung als Maßnahme gegen die Klimakrise das Ziel von sieben bis zehn Millionen Elektroautos auf den Straßen ausgerufen. Deren Speicherfähigkeit kann durch eine intelligente Einbindung in die Energiewelt allein im deutschen Netz bis zu 39 Millionen Tonnen an CO2-Emissionen vermeiden. Das sind 17 Millionen Tonnen mehr als ohne V2G geplant. Der Verkehrssektor würde damit bereits gut zwei Drittel seiner im Klimaschutzplan definierten CO2-Reduktionsziele bis 2030 erreichen und gleichzeitig deutlich zu einer effizienteren Nutzung erneuerbarer Energien beitragen. Mit der Netzintegration von Elektroautos würde sich – wie das Pilotprojekt mit TenneT gezeigt hat – auch ein kostspieliger Netzausbau der Nord-Süd-Trassen, den Experten auf einen mittleren zweistelligen Milliardenbetrag schätzen, reduzieren lassen. 

Ob Kaffee, Fußballstadion oder eine ganze Insel, eines haben alle bisherigen Projekte von The Mobility House gemeinsam: Sie sind der Beweis dafür, dass Elektroautos einen sinnvollen wie auch effizienten Beitrag zur Entlastung und Stabilisierung des Stromnetzes leisten, die Netzintegration erneuerbarer Energieformen fördern, den CO2 Ausstoß reduzieren und somit elementar zur Energiewende beitragen können. V2G funktioniert technisch und die Mehrwerte sind offensichtlich. Was jetzt fehlt sind die regulatorischen Rahmenbedingungen und mehr aktive Marktakteure. Eine jetzt angegangene intelligente Sektorenkopplung kann die Marktdurchdringung der Elektromobilität sowie die Integration erneuerbarer Energien zu geringeren Gesamtkosten beschleunigen. Und das ganz ohne Belastung des Steuerzahlers, der sogar noch daran verdienen kann: Indem er sein Elektroauto als aktiven Part ins Stromnetz einbindet.

Projektübersicht:

Projekt Partner Erfolg
Vehicle-to-Home (DE) Nissan V2H, Eigenverbrauchsoptimierung
Smart Charging (DE) GETEC Energie, Groupe Renault Intraday-Arbitrage, intelligenter Einkauf von Strom / Reduktion der Stromkosten
V2G Primärregelleistung (DE) Amprion, ENERVIE, Nissan Netzstabilisierung / Primärregelleistung (erstmalige TSO / ENTSO-E geprüfte Präqualifizierung eines Elektroautos)
Smart Fossil Free Island (PRT) Groupe Renault, EEM

Netzstabilisierung / Regelenergie / Optimierte Integration erneuerbarer Energieproduktion

Elektroautos versorgen Stadion Amsterdam (NL) Nissan, AKEF,BAM, Interreg, Johan Cruijff ArenA Netzstabilisierung / Regelenergie / Notstromversorgung
V2G Redispatch (DE) Nissan, TenneT Stromnetzstabilisierung durch bidirektionales Laden / Redispatch