Die Elektromobilität steht in den Startlöchern und die Zeichen mehren sich, dass es nicht mehr allzu lange dauert, bis sie ihren Durchbruch auch in Deutschland schafft. Im Jahr 2020 ist der Marktanteil elektrischer Antriebe an den Neuzulassungen in Deutschland nach oben geschnellt. Auch ein Monitoringbericht der dena dokumentiert das starke Wachstum. Die Energieversorger haben den Ausbau der Ladeinfrastruktur in den vergangenen Jahren vorangetrieben und auch die Automobilindustrie bekennt sich inzwischen deutlich zur Elektromobilität.

Der Hochlauf der Technologie wird manche Änderungen auf Verteilnetzebene mit sich bringen. Welche das im Detail sind, dazu wird gegenwärtig in einer Reihe von Projekten geforscht.

Letztes Update 12. Februar 2021 – Nach der grundlegenden Überarbeitung des Dossiers Anfang Februar ist nun der aktuelle Stand im Gesetzgebungsverfahren zu Schnellladegesetz und GEIG eingearbeitet worden.

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Symbolbild (Quelle: EUWID)

1Welcher Ausbaubedarf besteht in den Verteilnetzen?

Die Verteilnetze sind auf die Lastvorgänge, die im Zuge der Elektromobilität zu erwarten sind, nicht ausgerichtet. Mit einer wachsenden Zahl von Elektrofahrzeugen, die gegebenenfalls von ihren Haltern nach der Heimkehr von der Arbeitsstelle in dichter Folge und mit entsprechender Last aufgeladen werden, können bestehende Netzinfrastrukturen an ihre Grenzen kommen.

Die Netzbetreiber sehen den Ausbau der Elektromobilität vor diesem Hintergrund mit Sorge. Eine Änderung der Niederspannungsanschlussverordnung (NAV) von Anfang 2019 greift diese Sorgen auf. „Damit die Netzbetreiber einen eventuellen Ausbaubedarf für die Leitungen frühzeitig erkennen und einplanen können, müssen sie wissen, wo Ladepunkte für E-Fahrzeuge aufgebaut werden“, heißt es beim Verband kommunaler Unternehmen (VKU). Die NAV stellt dies nun sicher – zum Ärger des Bundesverbands Neue Energiewirtschaft (bne). „Statt die Netzbetreiber stärker zum Ausbau der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge zu verpflichten, schraubt die Regierung den Anspruch herunter“, monierte bne-Chef Robert Busch anlässlich der Verabschiedung der NAV-Änderung.

Ausbau der Ladeinfrastrukur: WEMoG und GEIG

Immerhin will der Gesetzgeber nun die Rahmenbedingungen für den Ausbau privater Ladepunkte für Elektroautos voranbringen. Entsprechende Hemmnisse im Wohneigentumsrecht sollen aus dem Weg geräumt werden, berichtete das Bundesjustizministerium im August 2019. Nach Durchlauf des parlamentarischen Verfahrens ist das Wohneigentumsmodernisierungsgesetz (WEMoG) am 16. Oktober 2020 im Bundesgesetzblatt veröffentlicht worden. Das Gesetz sichert Mietern den Anspruch auf Einbau eines Ladeanschlusses auf eigene Kosten.

Ein Gebäude-Elektromobilitätsinfrastruktur-Gesetz (GEIG) wurde vom Bundeskabinett Anfang März 2020 verabschiedet. Nach Abschluss des parlamentarischen Verfahrens wurde es ein knappes Jahr später, am 12. Februar 2021, vom Bundestag verabschiedet. Es regelt, dass bei Neubau und größeren Sanierungen Stellplätze für E-Autos geschaffen werden sollen. Energiewirtschaft und Handel setzen sich für eine Gesetzesformulierung aus, die intelligente und flexible Ladekonzepte unterstützt. Tatsächlich beinhaltet das verabschiedet Gesetz einen Quartiersansatz, der auf entsprechende Sorgen eingeht.

Fördergelder für Ausbau der Ladeinfrastruktur

Auch der Ausbau der öffentlichen Ladeinfrastruktur wird seit 2017 von der Bundesregierung angereizt. Bis zu 30.000 € Förderung pro Schnellladepunkt gab es beispielsweise beim vierten Förderaufruf des „Programms Ladeinfrasruktur für Elektrofahrzeuge in Deutschland“. Ein seit Anfang 2021 diskutiertes Schnellladegesetz hat das Bundesverkehrsministeriums am 10. Februar 2021 durch das Kabinett gebracht. Es soll den Ausbau von Schnellladesäulen an Autobahnen voranbringen, ist aber durchaus umstritten, da es die bereits getätigten Investitionen der Energiewirtschaft entwerten könnte.

Fördermittel gibt es seit November 2020 auch private Eigentümer und Wohnungs­eigentümer­gemein­schaften, Mieter und Vermieter. Für Ladestationen an privat genutzten Stell­plätzen von Wohngebäuden zahlt die KfW einen Zuschuss von 900 € pro Ladepunkt.

Foto: Bundesregierung / Bergmann

Das Klimaschutzprogramm der Bundesregierung vom September 2019 adressiert die Verteilnetzproblematik. Der Hochlauf der Elektromobilität verändere die Anforderungen an die Verteilnetze, insbesondere, wenn Spitzen durch gleichzeitiges Laden entstehen. Deshalb werde die Bundesregierung gute Rahmenbedingungen dafür schaffen, dass die Verteilnetzbetreiber in die Intelligenz und Steuerbarkeit der Netze investieren und ihr Netz vorausschauend so ausbauen können, „dass das Verteilernetz die anvisierte Zahl der E-Fahrzeuge auch qualitativ hochwertig versorgen kann“.

Anreize für Netzdienlichkeit schon bei Aufbau der Infrastruktur

Das Bundeswirtschaftsministerium hatte die Einführung einer Meldepflicht für Ladepunkte beim zuständigen kommunalen Verteilnetzbetreiber bereits Anfang des Jahres 2019 als Teil einer Initiative im Rahmen des „Sofortprogramms Saubere Luft 2017-2020“ angekündigt. Sie sieht auch die Verpflichtung zur Mitwirkung der Betreiber von nicht-öffentlichen Ladeinfrastrukturanlagen an netzentlastendem Verhalten vor. Verteilnetzbetreiber nutzen schon aktuell die Möglichkeiten des §14a EnWG, nach der Elektromobilitätsnutzer von niedrigeren Netzentgelten profitieren können, wenn sie die Zustimmung zu einer netzdienlichen Steuerung ihrer Ladeeinrichtung  erteilen. In Baden-Württemberg gibt es Fördermittel zur intelligenten Netzanbindung von Parkhäusern und Tiefgaragen.

Nach Analysen von RE-xpertise und Navigant müssen die Investitionen in den Ausbau der Verteilnetze nicht zwangsläufig höher sein als sie dies gegenwärtig sind. „Eine intelligente Regulierung vorausgesetzt, wird es bis 2050 jährlich 1,5 Mrd. € kosten, Kabel und Transformatoren so zu verstärken, dass sie den Strom für dann 30 Mio. Elektroautos transportieren können, heißt es bei Agora Verkehrswende. Der Thinktank hat die Studie gemeinsam mit Agora Energiewende und The Regulatory Assistance Project (RAP) in Auftrag gegeben.

Bei der Bewertung, an welcher Stelle der Bedarf am Ausbau der Infrastruktur im Zuge der Elektromobilität besonders hoch ist, will der Energiekonzern innogy mit einer Software Unterstützung anbieten. Die Software verknüpft die Daten eines Energieunternehmens mit soziodemografischen Daten wie Alter, Kaufkraft oder Technikaffinität, die von der Gesellschaft für Konsumforschung (GfK) erhoben werden.

Netzbetreiber prüfen konkreten Ausbaubedarf

Startschuss für E-Mobility-Allee
Projekt von Netze BW in Ostfildern (Quelle: Netze BW / Andreas Martin)

Derweil testen Netzbetreiber und Energieversorger, welche konkreten Herausforderungen das Laden größerer Zahlen von Elektroautos in Ortsnetzen mit sich bringen. Was passiert, wenn es mehrere Elektrofahrzeuge in einer Straße gibt und alle laden wollen? – Genau um diese Frage geht es bei einem Projekt von Netze BW in Ostfildern. Das Projekt zeigte, dass die zum Laden der E-Autos benötigte Strommenge kein limitierender Faktor ist. Auch deren Verteilung und zeitliche Verfügbarkeit seien beherrschbar.

E.ON geht davon aus, dass die Netze für eine vollständige Umstellung Elektroautos ertüchtigt werden können. Für die nächsten 25 Jahre errechnet eine Studie, die E.ON gemeinsam mit Consentec erstellt hat, einen Investitionsbedarf von insgesamt rund 2,5 Mrd. € im Netzgebiet von E.ON. Davon würden zwei Drittel in punktuelle, für die Bürger kaum spürbare Baumaßnahmen wie die Erneuerung von Ortsnetzstationen fließen. Ein Drittel der Investitionssumme werde für den Bau von neuen Leitungen benötigt. 

Der Betrieb der Netze in Zusammenhang mit dem Ausbau der Ladeinfrastruktur ist aber auch eine große Chance für die Entwicklung neuer und intelligenter Netzdienstleistungen. Einer im Herbst 2018 veröffentlichten Studie zufolge sind Elektromobilität und der Aufbau der entsprechenden Ladeinfrastruktur der aktuell wichtigste Trend im Bereich von Netzdienstleistungen – noch vor dem Thema Smart Metering.

Bildquelle: Deutsche Post DHL Group

2Welche Potenziale bietet die Ladesteuerung?

Das netzdienliche Laden ist die zentrale Antwort auf Sorgen vor einem „E-Mobilitäts-Blackout“ – so der Titel einer Studie des Beratungsunternehmens Oliver Wyman von Anfang 2018. Bereits wenn 30 Prozent der E-Auto-Besitzer am flexiblen Laden teilnehmen, sinkt die kritische Spitzenlast am Ortsnetzknoten signifikant

Netzbetreibern muss die dynamische Anpassung der Lasten an die Netzkapazität und die intelligente Steuerung von Ladevorgängen in kritischen Netzsituationen ermöglicht werden. Diese Handlungsempfehlung stammt aus einer Metastudie, die das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE|FNN) und der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) Ende 2018 vorgelegt haben.

Für die Elektrifizierung des Mobilitätssektors muss zwangsläufig eine Systemintegration der Ladeinfrastruktur erfolgen.
– Prof. Christian Rehtanz, VDE|ETG

„Für die Elektrifizierung des Mobilitätssektors muss zwangsläufig eine Systemintegration der Ladeinfrastruktur erfolgen“, sagt auch Prof. Christian Rehtanz, Vorstandsvorsitzender der Energietechnischem Gesellschaft im VDE (VDE|ETG). Eine der größten Herausforderungen ist dabei das notwendige Lademanagement zur Vermeidung von Netzüberlastungen. „Hierfür benötigen wir moderne Digitalisierungslösungen.“ Die VDE|ETG hat hierzu Anfang 2019 eine Task Force ins Leben gerufen.

Mit wachsender Vielfalt und Verbreitung technischer Ansätze und Lösungen steigt zugleich der Bedarf an Standardisierung. Die Nationale Plattform Zukunft der Mobilität macht dies in einer Schwerpunkt Roadmap Intelligentes Lastmanagement zum Thema. „Entscheidend ist es, eine standardisierte Schnittstelle für die angeschlossenen Verbraucher und Erzeugungseinrichtungen zu definieren, zu denen auch die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge zählt.“

Rolle von Pufferspeichern im Zuge des Ausbaus der Elektromobilität wächst

Kreisel CHIMERO
Quelle: Kreisel Electric

Eine wichtige Rolle bei der Ladesteuerung dürften perspektivisch verstärkt Pufferspeicher spielen. Sie ermöglichen es, dass über den Speicher die Fahrzeuge mit hoher Last beladen werden können, ohne dass das Verteilnetz diese Last „spürt“. Das Unternehmen Kreisel Electric etwa hat 2018 eine Schnellladelösung mit integriertem 75-kWh-Pufferspeicher vorgestellt. Der Speicherhersteller Akasol meldete im Herbst 2018 einen Großauftrag im Bereich von Pufferspeichern für die Ladeinfrastruktur.

Im April 2020 meldete der Gewerbespeicher-Hersteller Tesvolt, dass er für Europas größten Ladepark für Elektrofahrzeuge am Autobahnkreuz Hilden Stromspeicher-Container mit einer Gesamtkapazität von 2 Megawattstunden (MWh) liefert. Und in Thüringen kooperiert die TEAG mit dem Speicherhersteller ads-tec aus Nürtingen, der ein Batteriesystem als Leistungsverstärker für Schnellladesäulen entwickelt hat, das den Einsatz auch an Standorten mit begrenzten Netzkapazitäten ermöglicht. 

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Quelle: Fraunhofer IAO

3Welche Entwicklung gibt es im Bereich des bidirektionalen Ladens?

Die Elektromobilität ist keineswegs nur eine Belastung für das Stromnetz. Sie bietet auch das Potenzial, als Speicher einen Beitrag zum Gleichgewicht von Angebot und Nachfrage im Netz zu leisten. Um dieses Potenzial komplett zu nutzen, bedarf es der Vehicle-to-Grid (V2G)-Technologie, die es ermöglicht, gespeicherte Strommengen aus Elektroautos bei Bedarf in das Netz rückzuspeisen. Die Potenziale sind ganz erheblich. Bis 2050 könnten Elektrofahrzeuge bis zu 20 Prozent der Flexibilität sichern, die täglich benötigt wird, meint Mariya Gabriel, EU-Innovationskommissarin. Einen Überblick über den Status quo und offene Fragen in Sachen Vehicle-to-Grid gab im Herbst 2020 ein Bericht der Nationalen Plattform Zukunft der Mobilität (NPM).

Nach einer Umfrage von Lichtblick auf WWF aus dem Jahr 2017 haben die Automobilhersteller in Sachen V2G noch erheblichen Nachholbedarf. Die Antworten der Automobilbranche zur Netzintegration seien „noch dünner als zur Elektromobilität selbst“. Die Arbeit eines Nachwuchswissenschaftlers an der Technischen Hochschule Ingolstadt zeigt auch im Jahr 2020 noch erhebliche Defizite. Eine großflächige Umsetzung von Vehicle-to-Grid-Ansätzen ist demnach gegenwärtig aufgrund technischer und regulatorischer Barrieren noch nicht möglich.

Aktive Rolle von Elektroautos zur Stabilisierung der Netze

Inzwischen hat sich in Sachen Elektromobilität bei den Fahrzeugherstellern manches getan. Fahrzeughersteller und Netzbetreiber arbeiten an den Fragestellungen zur Netzintegration, dies geschieht gegenwärtig allerdings noch meist unkoordiniert. An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt „Ladeinfrastruktur 2.0“ an, das vom Fraunhofer IEE koordiniert wird. Unter anderem wollen die Projektpartner eine Wissensbasis schaffen, auf der die Autoindustrie Produktstrategien für die Ladetechnik ihrer Fahrzeuge entwickeln kann, die sich positiv auf das Netz auswirken. Ein Forschungskonsortium um das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) entwickelt in einem Projekt neue Technologien, um mit Elektroautos Schwankungen im Stromnetz auszugleichen. Dabei soll auch die Integration erneuerbarer Energien in die Versorgungsnetze unterstützt werden.

Im Verbundprojekt „LamA-connect“ geht es um die Entwicklung einer Plattform mit Smart Meter Gateways, auf deren Grundlage Ladeinfrastruktur mit einem hohen Sicherheitsstandard gesteuert und überwacht werden kann. Im Rahmen des Lastmanagements gemäß §14a des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) können Verteilnetzbetreiber bei Bedarf zudem durch gezielte Eingriffe über das Smart Meter Gateway kritische Netzzustände verhindern. Im Projekt sollen über das Laden mit Smart Meter Gateways Erkenntnisse über Netzverträglichkeit, Systemintegration und Lastmanagement am Pilotstandort Freiburg abgeleitet werden.

In einem Projekt, an dem die Delta Gruppe und die BTU beteiligt sind, kommen unter anderem bidirektionale 22 kW Vehicle-to-Grid (V2G) Ladegeräte zum Einsatz. Die zentrale Herausforderung bestehe im Rahmen des Projekts darin, zu beweisen, dass den E-Auto-Fahrern immer die benötigte Reichweite zur Verfügung steht, während Netzbetreiber und EVU die Netzauslastung regeln, die Netzstabilität erhöhen, CO2-Emissionen reduzieren und damit den weiteren Netzausbau effizient gestalten können.

Elektroautos für den Regelenergiemarkt?

  • In einem Anfang 2021 gestarteten Projekt wollen Kooperationspartner untersuchen, inwiefern sich verteilte und an variablen Standorten angeschlossene Elektrofahrzeuge zur Bereitstellung von Regelreserve für das Stromnetz eignen. Die teilnehmenden E-Autos werden über einen Zeitraum von rund drei Monaten als virtuelles Kraftwerk zusammengeschaltet.
  • In einem weiteren Projekt untersuchen auch Elli, Bosch und zwei Netzbetreiber, wie durch einen Verbund von Elektroautos Regelleistung erbracht werden kann.
  • Bereits im Herbst 2018 berichtete das Technologieunternehmen The Mobility House, dass erstmals in Deutschland ein Elektroauto dazu beitragen wird, das Stromnetz zu stabilisieren. Gemeinsam mit Partnern sei es gelungen, einen Nissan Leaf mit einer innovativen Lade- und Energiemanagement-Technologie für die Primärregelleistung zu qualifizieren. 

Gemeinsam mit der BMW Group und weiteren Partnern hat die Bayern Netz GmbH im November 2019 den Startschuss für das Forschungsprojekt „Bidirektionales Lademanagement – BDL“ gegeben. Unternehmen und Institutionen aus den Bereichen Automobilindustrie, Energiewirtschaft und Wissenschaft wollen dabei erstmalig mit einem ganzheitlichen Ansatz Fahrzeuge, Ladeinfrastruktur und Stromnetze so miteinander verknüpfen, dass eine möglichst umfassende Nutzung von regenerativ erzeugter Energie gefördert und gleichzeitig die Versorgungssicherheit gesteigert wird.

Die Hager Group und der Autohersteller Audi machten im Juli 2020 ihre gemeinsamen Anstrengungen öffentlich, Vehicle-to-Home (V2H) voranzubringen. Für den User sollen die Lösungen vor allem einfach sein. Das intelligente Lademanagement soll die Energieflüsse optimiert steuern. Gekoppelt etwa an variable Tarife kann der Kunde Geld verdienen nach dem Motto: „Auto anstecken und der Rest passiert automatisch.“

Vehicle-to-Grid: In Japan ist man schon einige Schritte weiter

Andernorts ist man schon ein paar Schritte weiter als in Deutschland. In Japan beherrscht nicht nur Nissan die V2G-Technologie, auch Mitsubishi-Fahrzeuge können Strom ins Netz zurückspeichern. Mehrere Konzerne arbeiten in einem Projekt bereits daran, ein V2G-System für Japan zu entwickeln. Auch Honda ist – gemeinsam mit General Motors – in ein Forschungsprojekt eingebunden, das sich mit V2G und den Erfordernissen an den Datenaustausch befasst.

Einweihung der ersten bidirektionalen Ladesäule in der Johan-Cruiff Arena im Dezember 2019. (Bildquelle: The Mobility House)

In Europa will der Ladelösungsanbieter NewMotion die V2G-Technologie gemeinsam mit Partnern für ein breiteres Publikum zugänglich zu machen. Dafür setzen die Partner auf das Schlagwort V2X: „Vehicle-to-everything“. Im Mai 2019 hat das Unternehmen gemeinsam mit der Stadt Amsterdam und weiteren Partnern eine Absichtserklärung unterzeichnet, um V2X in der Region Amsterdam zu etablieren. Ein Pilotprojekt zum bidirektionalen Laden ist im Dezember 2019 in der Johan Cruijff Arena (JCA) mit der Installation der ersten bidirektionalen Ladesäule an den Start gegangen. Hier können künftig Fußballfans mit ihren Elektroautos einen Beitrag zur Netzstabilisierung leisten.

In Großbritannien demonstrieren E.ON und Nissan die Vehicle-to-Grid (V2G)-Technologie. Nachdem man mit den 20 V2G-Ladestationen die Leistungsfähigkeit der Technologie unter Beweis gestellt habe, sei man der Markteinführung einen Schritt näher gekommen, sagte Luke Ellis, V2G-Programm-Manager bei E.ON UK. „Hier geht es um die Kommerzialisierung der bidirektionalen Ladefähigkeit eines Fahrzeugs mit klaren Vorteilen für Unternehmen, die entweder bereits über eine Flotte von Elektrofahrzeugen verfügen oder bereit sind, auf Elektrofahrzeuge umzusteigen.

(Beitragsbild: bevisphoto – stock.adobe.com)

4Konkrete Projekte zum Ausbau der Ladeinfrastruktur finden Sie in unserem gesonderten Dossier zum Thema:

Projekte zum Ausbau der Ladeinfrastruktur für Elektroautos in Deutschland

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