IoT macht es möglich – Schwarmspeicher in der urbanen Mobilität

Dabei wollen die anstehenden Komplexitäten integriert, und vor allem an einem langfristigen Planungshorizont orientiert, gelöst werden. Die Städte wachsen, die Bewohner verzichten ungern auf das Auto und trotzdem müssen Emissionen schnell reduziert werden, ansonsten drohen Fahrverbote oder EU-Bußgelder.

Gleichzeitig schreitet die Energiewende in Deutschland immer weiter voran, bis auf 52% wuchs der Anteil erneuerbarer Energiequellen bis Ende Oktober 2020. Auch wenn dieser Anstieg teilweise durch den geringeren, COVID-19 bedingten Verbrauch der Industrie begründet ist, der Trend zu nachhaltigeren Energiequellen ist klar erkennbar. Insbesondere der beschlossene Nuklear- und Kohleausstieg fungiert als politisches Signal zu einer „grünen“ Veränderung und hin zu regenerativen Energien.

Die erneuerbaren Energieträger steuern immer mehr zur Erzeugung bei. Immer mehr Tage im Jahr sind dadurch geprägt, dass bei guten Sonnen- und Windverhältnissen die Nachfrage gänzlich durch nachhaltige Energieerzeugung dargestellt werden kann. Der „Green Deal“ der EU soll als Konzept zur Reduktion der Emissionen von Treibhausgasen einerseits aus der Corona-Krise helfen und andererseits die Energiewende entscheidend beschleunigen.

Auf der anderen Seite gibt es dann immer mehr Tage, an denen Sonne und Wind fleißig unsere Kraftwerke Strom produzieren lassen, mitunter allerdings wesentlich mehr als zeitgleich benötigt wird. Häufig fehlen dann Kapazitäten, um die überschüssig erzeugte Energie zu speichern. Die Hoffnung liegt daher derzeit stark im Wasserstoff.

Das Prinzip ist einfach: wenn es zu viel Strom im Netz gibt, dann wird einfach Wasserstoff produziert. Dieser kann dann in das vorhandene Gasnetz eingespeist werden oder auch zu „Green Fuels“ verarbeitet werden. Alternativ kann man den nicht benötigten Strom in teuren Batterien speichern. Technisch ist also vieles möglich. Allerdings sollte man auch die Kosten bei der CO2-Vermeidung stets im Blick haben. In jedem Fall zeichnet sich ab: die Energiewende wird sehr teuer.

Hier kommt die Mobilitätswende ins Spiel. Das Elektroauto kann als hoffnungsvolle Lösung gesehen werden – insbesondere im urbanen Kontext. Im November 2020 wurden beim Autogipfel in Berlin neue Maßnahmen zur Förderung der Elektromobilität beschlossen. Die Bundesregierung erwartet 2030 bis zu 10 Mio. Elektroautos bzw. Plug-in Hybride auf Deutschlands Straßen.

Die aktuelle Kapazität von Batterien für besagte Elektroautos liegt bei insgesamt 500 oder mehr Gigawattstunden. Wenn nun (teil)-elektrische Autos die Stromnetze in beide Richtungen stabilisieren könnten und Autos somit als “Schwarmbatteriespeicher“ fungieren würden, müsste man keine teuren Stromspeicher bauen.

Dabei ist es nicht zwingend der Fall, dass der Strom aus dem Auto kommt, es reicht die theoretische Verfügbarkeit, die mit fortschreitender Energiewende immer notwendiger werden würde. Diese Energiereserve wird als Regelenergie bezeichnet. Schon jetzt gibt es einen Markt für Regelenergie, der sich aktuell aus Sicht eines Batteriespeicher-Besitzers jedoch wenig lohnt. Das wird sich in absehbarer Zeit ändern, da mit zunehmenden Schwankungen in den Stromnetzen Regelenergie immer relevanter wird. Dennoch ist Kapitaleffizienz bei den anstehenden Investitionserfordernissen dringend gefragt.

Da die Batterie des Elektroautos bereits produziert und bezahlt ist, würde das Bereitstellen der Batterie den Besitzern einen Erlös generieren. Vehicle-to-Grid (V2G) lautet der Fachbegriff, der nicht ganz neu ist, erste Studien dazu gab es schon 2008. 2019 bezeichnete das Handelsblatt dieses Konzept als „Alptraum der Energiewende-Gegner“. Die technische Machbarkeit des bidirektionalen Ladens ist in Feldversuchen bereits erfolgreich getestet worden, der „Alptraum“ der Energiewende-Gegner könnte also wahr werden. Darüber hinaus wird aktuell der Großteil der deutschen PKWs nur wenig am Tag (im Schnitt 30km / Tag) bewegt, was eine zukünftige Integration von Elektroautos in das V2G-Konzept erleichtern würde. Eine Steigerung der Nutzerakzeptanz für das besagte Konzept steht jedoch noch bevor.

Stellen wir uns einen typischen Pendler vor: Georg fährt morgens los, hat 25 Kilometer Fahrtstrecke und fährt mit einer zu 70% geladenen Batterie los, damit er mit ca. 50% im Büro ankommt. Dort verbindet er sein Auto mit dem Ladeanschluss im Büro. Er wird das Auto erst am frühen Abend wieder benötigen.

In der Zwischenzeit steigt der Stromverbrauch am Arbeitsort, aber auch die Stromproduktion durch erneuerbare Energien, da die Sonne über die Morgenstunden immer stärker wird. Wind weht heute auch recht beständig. Die erzeugte Energie übersteigt dann auch den Verbrauch, was das Auto nun aktiv als Stromspeicher notwendig macht. Georg fährt nach Hause, der gespeicherte Strom wird nun im lokalen Netz zuhause benötigt. Die Batterie eines Elektroautos reicht aus, um bis zu acht Stunden ein Einfamilienhaus mit Strom zu versorgen (Beispiel: 3 Personen EFH, 4500kwh pa, =12.5kwh pT, 50 bis 100kwh Batterie).

Von Georg sollte nicht verlangt werden, dass er sein Auto mit dem Stromnetz verbindet. Management der Batterieladung, Erlöse durch Energiespeicher-Bereitstellung, erhöhter Ladezustand aufgrund einer geplanten Fernreise und geplante Zieldestination, all das sollte Georg abgenommen werden, um eine benutzerfreundliche und unkomplizierte Integration in den Alltag zu ermöglichen.