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Droht durch Elektroautos ein Super-Blackout?

13. April 2021, 14:31 Uhr   |  Autor: Günter Fuhrmann, Redaktion: Irina Hübner

Droht durch Elektroautos ein Super-Blackout?
© Smile Fight | Shutterstock.com

Das Stromnetz ist ein komplexes System. Die steigende Anzahl von Elektro-Autos macht die Situation noch komplexer.

Wenn alle E-Auto-Besitzer ihre Fahrzeuge gleichzeitig laden wollen, führt das unweigerlich zu einer Überlastung der Stromnetze – spätestens ab einer E-Auto-Quote von 30 Prozent. Doch intelligente Lösungen könnten die Netze entlasten, wie Günter Fuhrmann, Geschäftsführer von eeMobility, erklärt.

Die deutsche Energiewirtschaft steht vor einer doppelten Herausforderung: Zum einen belastet jedes einzelne Elektroauto das Stromnetz als zusätzlicher Verbraucher. Zum anderen ist Elektromobilität ökologisch nur dann sinnvoll, wenn der benötigte Strom aus nachhaltigen Quellen stammt. Eine gute Nachricht vorab: Selbst wenn über Nacht alle rund 45 Millionen Pkw in Deutschland nur noch elektrisch unterwegs wären, ist bereits heute genügend Energie vorhanden, um diese komplett mit grünem Strom anzutreiben.

Seit letztem Jahr decken erneuerbare Energien mehr als 50 Prozent des gesamten Strombedarfs in Deutschland. Und die Produktion wird weiter ansteigen. Bis 2030 will die Bundesregierung eine Quote von 65 Prozent erreichen [1]. Trotzdem halten sich hartnäckig Befürchtungen und Legenden um die Energiewende: Schlagzeilen prophezeien gar einen Super-Blackout, wenn Energiewende und Millionen Elektroautos aufeinandertreffen [2]. Doch stimmt das?

Primär hat ein Stromausfall (oder Neudeutsch: Blackout) technische Ursachen, wie beispielsweise den Ausfall von Leitungen. Wenn eine Stromleitung ausfällt, muss eine andere Leitung den fehlenden Stromfluss kompensieren. Arbeitet diese jedoch bereits am Limit, kann es schnell zu einer Überlastung und in Folge zu einer Kettenreaktion kommen. Ein historisches Beispiel für einen solchen Vorgang war ein landesweiter Stromausfall in Italien: Am 28. September 2003 erlebte das Land den schwersten Stromausfall seit dem Zweiten Weltkrieg. Mehr als 56 Millionen Menschen waren mehrere Stunden ohne Strom, in einzelnen Landesteilen sogar 24 Stunden lang. Ursache war damals der Ausfall einer einzelnen Höchstspannungsleitung, der ein paar Stunden später die automatische Abschaltung einer zweiten Leitung folgte, was dann den Super-Blackout auslöste [3].

Ist das Netz einmal unten, ist es alles andere als einfach, es wieder hochzufahren, da es erst wieder auf eine gemeinsame Frequenz eingependelt werden muss. Techniker durchlaufen für solche Krisensituationen und manuelle Eingriffe ins Stromnetz umfangreiche Trainings und werden in eigens dazu entwickelten Simulatoren wie dem »Gridlab« geschult [4]. Dass nur irgendwo jemand einen Schalter umlegen muss, und schon brennt das Licht wieder, das ist eine reine Wunschvorstellung.

Das Stromnetz ist ein komplexes System

Auch der Transport von Strom ist sehr komplex, denn er muss in Echtzeit geliefert werden. Große Speicherkapazitäten fehlen heute noch. Deshalb muss der Strom in dem Moment, in dem er verbraucht wird, auch produziert werden. Und das findet oft in hunderten Kilometern Entfernung statt. Um beispielsweise den grünen Strom aus Offshore-Windparks nach Bayern zu bekommen, plant die Bundesnetzagentur seit Jahren eine Stromtrasse namens »SuedLink«.

Es ist ein Paradoxon, dass die Öffentlichkeit heute zwar im Großen und Ganzen die Energiewende unterstützt, jedoch der damit zusammenhängende Netzausbau regelmäßig durch lokale, oft ökologisch eingestellte Bürgerinitiativen verhindert wird. Übertragungsnetze sind aus technischer Sicht das Rückgrat unserer Energieversorgung. Sie stellen sicher, dass ein Spannungsabfall in einem lokalen Teilnetz jederzeit durch die nächsthöhere Netzebene ausgeglichen werden kann. Eine volatile und dezentrale Energieerzeugung, wie beispielsweise durch Wind- oder Solarenergie, erfordert daher grundsätzlich eine Ertüchtigung der Übertragungsnetze [5].

Eine andere Baustelle sind gelegentliche lokale Engpässe in Ortsnetzen. Solche Hotspots werden im Fachjargon gerne als »Zahnarzt-Allee« betitelt, zeichnen sich durch eine hohe Dichte an Tesla-Fahrzeugen aus und werden insbesondere im Speckgürtel deutscher Großstädte verortet. Wenn die halbe Straße abends gleichzeitig ein Elektroauto an eine 11- oder gar 22-kW-Wallbox andocken würde, hätte das eine starke kurzzeitige Belastung des Netzes zur Folge.

Denn in typischen Wohnvierteln sind die Verteilnetze in der Regel nur auf die haushaltsübliche Nutzung ausgelegt. Damit ist gemeint, dass alle Haushalte zur gleichen Zeit eine Leistung von circa je 2 bis 3 kW aus dem Netz beziehen können (Gleichzeitigkeit). Dies bedeutet, dass ein durchschnittliches Ortsnetz bereits ab einer Elektroautoquote von 30 Prozent mit hoher Wahrscheinlichkeit überlastet ist. Erschwerend kommt hinzu, dass sich der Leistungsbezug konstant über die komplette Dauer des Ladevorgangs erstreckt – bei den heute üblichen Akkugrößen also bis zu 10 Stunden. Es müsste also eine Ertüchtigung des Netzes erfolgen, sofern nicht durch eine intelligente Steuerung der Netzlast auf viel einfachere Weise Abhilfe, sprich Entlastung geschaffen wird. Und genau dafür wiederum ist Elektromobilität und das Laden von Elektrofahrzeugen bestens geeignet.

Wenn alle gleichzeitig laden wollen

Der deutsche Netzbetreiber E.ON hat im Jahr 2019 in einem Stresstest untersucht, welche Auswirkungen die steigende Zahl von Elektroautos auf das eigene Netz haben könnte [6]. Dabei wurden in einer Simulation verschiedene Szenarien bis ins Jahr 2030 durchgespielt. Fazit: Die Angst vor einem Blackout ist unbegründet. Bereits das aktuelle Netz hält einem E-Auto-Anteil von 30 Prozent des Gesamtfahrzeugbestandes problemlos stand. Im Jahr 2020 betrug der Anteil von alternativen Antrieben bereits rund ein Viertel aller Neuzulassungen.

Der Anteil von Pkw mit Elektroantrieben am gesamten Fahrzeugbestand stieg auf 1,2 Prozent [7]. Umgerechnet wären demnach auch 30-mal mehr Fahrzeuge noch kein Grund zur Panik. Die Simulation förderte auch sonst Erstaunliches zutage. So wurde festgestellt, dass ein hoher E-Auto-Bestand das Stromnetz ab einer gewissen Schwelle sogar stabilisiert, da nie mehr als 40 Prozent der Fahrzeuge gleichzeitig laden. E.ON schätzt den zusätzlichen Investitionsbedarf auf insgesamt 2,5 Milliarden Euro – über einen Zeitraum von 25 Jahren. Zwei Drittel davon entfallen auf Transformatorstationen in Ortsnetzen.

Intelligente Lösungen können Netze entlasten

Dieser Investitionsbedarf kann darüber hinaus halbiert werden, wenn die Ladevorgänge intelligent verteilt werden. Mit sogenanntem Smart Charging lässt sich der Ladevorgang ohne Komforteinbußen für den Besitzer flexibel steuern, denn in der Regel steht das E-Auto über Nacht deutlich länger, als der Ladevorgang dauert. Selbstlernende Algorithmen stellen sicher, dass das Fahrzeug vor dem nächsten Fahrtbeginn wieder vollgeladen ist. Durch eine Flexibilisierung von Ladezeitpunkt und Ladeleistung lassen sich die größten Lastspitzen schon heute glätten. In der Folge werden Transformatoren und Kabel weniger beansprucht und müssen nicht so stark ausgebaut werden, da das E-Auto nur zu den Zeiten geladen wird, in denen der restliche Haushaltverbrauch minimal ist.

Das Energiesystem der Zukunft wird dezentral und digital vernetzt sein, sowohl auf der Produktionsseite als auch auf der Abnehmerseite. Mit der wachsenden Zahl von Elektroautos entstehen Millionen flexible Abnehmer, die einen wichtigen Beitrag für den Ausgleich von Schwankungen bei der Stromerzeugung durch volatile Energiequellen leisten können. Der Energiemarkt wandelt sich gerade von einem Erzeugermarkt in einen nachfragegesteuerten Markt. Bereits in wenigen Jahren ist auch eine Rückspeisung des in Autobatterien gespeicherten Stroms in die öffentlichen Stromnetze denkbar.

Der heute überwiegend verwendete Schnellladestandard CCS (Combined Charging System) will diese V2G- (Vehicle-to-Grid-)Funktionalität bis 2025 umsetzen. Der in Europa weniger verbreitete, japanische CHAdeMO-Stecker unterstützt das bidirektionale Laden mit Hilfe einer rückspeisefähigen Wallbox schon heute. Das Elektroauto dient dann als rollender Stromspeicher und kann die Netzbelastung auf Ortsnetzebene stabilisieren sowie gleichzeitig die CO2-Emissionen reduzieren [8].

Fazit: Nicht die Energiewende oder die Elektromobilität per se gefährden die Netzstabilität, sondern allenfalls ein allzu langsamer Netzausbau, der nicht von einer Digitalisierung der Netze begleitet wird.

Quellen

[1] https://www.bmu.de/themen/luft-laerm-verkehr/verkehr/elektromobilitaet/strombedarf-und-netze/
[2] https://www.sueddeutsche.de/wissen/elektroautos-blackout-stromnetz-1.4189454
[3] https://www.spiegel.de/panorama/italien-ohne-strom-blackout-in-deutschland-in-letzter-minute-verhindert-a-267615.html
[4] https://gridlab.de/netz-simulationstraining/
[5] https://blog.energiedienst.de/stromnetz/
[6] https://www.eon.de/frag-eon/themen/e-mobility/fragen-und-antworten/sind-die-stromnetze-fuer-elektroautos-ueberhaupt-ausgelegt/
[7] https://www.kba.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2021/Allgemein/pm01_2021_E_Antrieb.html?nn=646300
[8] https://www.elektroauto-news.net/2021/britische-studie-belegt-einspar-erloespotenziale-v2g

 

Günter Fuhrmann, Geschäftsführer von eeMobility
© eeMobility

Günter Fuhrmann, Geschäftsführer von eeMobility

Der Autor

Günter Fuhrmann

ist seit 2019 Geschäftsführer des Münchner E-Mobilitäts-Anbieters eeMobility und verfügt über langjährige Management-Erfahrung in verschiedensten Branchen. Zuletzt war er fünf Jahre lang COO der Ergoneers Group und verantwortete dort den weltweiten Vertrieb sowie den Aufbau des Partnernetzwerkes. Davor war er unter anderem Vice President Sales bei Kaspersky Lab, Geschäftsführer von BlackSpider Technologies und Vorstand des börsennotierten Unternehmens Articon-Integralis. Für Günter Fuhrmann ist die Nutzung von erneuerbaren Energien selbstverständlich. Elektromobilität mit 100 Prozent Grünstrom findet er deshalb nicht nur wünschenswert, sondern erforderlich.   

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