V2G-Technologie und ihr aktueller Status im In- und Ausland

V2G-Technologie und ihr aktueller Status im In- und Ausland

Was ist V2G-Technologie?
Die V2G-Technologie (Vehicle-to-Grid) bezeichnet die bidirektionale Energieübertragung zwischen Fahrzeugen und dem Stromnetz. Sie ermöglicht es Elektrofahrzeugen, sich über das Stromnetz aufzuladen und gleichzeitig gespeicherte Energie ins Netz zurückzuspeisen. Hauptziel der V2G-Technologie ist die Verbesserung der emissionsfreien Fahreigenschaften von Elektrofahrzeugen sowie die Bereitstellung von Unterstützungs- und Regeldienstleistungen für das Stromnetz.

Durch die V2G-Technologie können Elektrofahrzeuge als Energiespeicher fungieren und überschüssigen Strom ins Netz zurückspeisen, sodass er von anderen Verbrauchern genutzt werden kann. In Zeiten hoher Netzlast ermöglicht die V2G-Technologie die Rückspeisung der gespeicherten Fahrzeugenergie ins Netz und trägt so zum Lastausgleich bei. Umgekehrt können Elektrofahrzeuge in Zeiten geringer Netzlast Energie aus dem Netz beziehen, um sich aufzuladen. Sie nehmen also Strom auf, wenn das Netz schwach belastet ist, und geben ihn bei hoher Netzlast wieder ab, wodurch sie von der Preisdifferenz profitieren. Bei vollständiger Umsetzung von V2G könnte jedes Elektrofahrzeug als Mini-Powerbank betrachtet werden: Das Aufladen bei geringer Netzlast speichert automatisch Energie, und bei hoher Netzlast kann die im Fahrzeugakku gespeicherte Energie ins Netz zurückgespeist werden, um die Preisdifferenz zu erzielen.

Aktueller Stand von V2G in China: China verfügt über die weltweit größte Flotte an Elektrofahrzeugen und bietet damit ein immenses Marktpotenzial für die Vehicle-to-Grid-Interaktion (V2G). Seit 2020 hat der Staat verschiedene Maßnahmen zur Förderung der V2G-Technologie ergriffen, wobei renommierte Institutionen wie die Tsinghua-Universität und die Zhejiang-Universität intensive Forschung betreiben. Am 17. Mai veröffentlichten die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission und die Nationale Energieverwaltung die „Richtlinien zur Beschleunigung des Ausbaus der Ladeinfrastruktur zur besseren Unterstützung von Elektrofahrzeugen in ländlichen Gebieten und zur Revitalisierung ländlicher Regionen“. Das Dokument schlägt vor, die Forschung an Schlüsseltechnologien wie der bidirektionalen Interaktion zwischen Elektrofahrzeugen und dem Stromnetz (V2G) sowie der koordinierten Steuerung von Photovoltaik-Stromerzeugung, Energiespeicherung und Ladevorgang zu fördern. Es untersucht außerdem den Aufbau einer integrierten Ladeinfrastruktur, die Photovoltaik-Stromerzeugung, Energiespeicherung und Ladevorgänge in ländlichen Gebieten mit geringer Auslastung der Ladesäulen ermöglicht. Die Einführung von Niedrigtariftarifen soll Anreize für das Laden außerhalb der Spitzenzeiten schaffen. Bis 2030 werden die Kapazitätsentgelte für zentrale Lade- und Batteriewechselstationen, die nach einem zweistufigen Tarifsystem betrieben werden, abgeschafft. Die Investitionsbeschränkungen für den Ausbau von Verteilnetzen werden für Netzbetreiber gelockert, wobei die vollständige Kostendeckung in die Übertragungs- und Verteilungstarife integriert wird. Anwendungsbeispiel: Shanghai beherbergt drei V2G-Demonstrationszonen mit über zehn Elektrofahrzeugen, die monatlich ca. 500 kWh zu einem Erlös von 0,8 ¥ pro kWh entladen. Chongqing absolvierte 2022 einen 48-stündigen Lade-/Entladezyklus mit voller Kapazität für ein Elektrofahrzeug und nahm dabei kumulativ 44 kWh auf. Auch andere Regionen in China prüfen aktiv V2G-Pilotprojekte, wie beispielsweise das V2G-Demonstrationsprojekt im Renji-Gebäude in Peking und das V2G-Demonstrationsprojekt im China Re Centre in Peking. BYD startete 2021 ein Fünfjahresprogramm zur Lieferung von bis zu 5.000 V2G-fähigen, vollelektrischen Nutzfahrzeugen an Levo Mobility LLC. V2G-Landschaft im Ausland: Länder in Europa und Amerika haben der V2G-Technologie besondere Bedeutung beigemessen und frühzeitig gezielte politische Unterstützung eingeführt. Bereits 2012 startete die University of Delaware das Pilotprojekt eV2gSM. Ziel war die Evaluierung des Potenzials und des wirtschaftlichen Nutzens von Elektrofahrzeugen, die unter V2G-Bedingungen Frequenzregulierungsdienste für das PJM-Netz bereitstellen, um die inhärente Schwankung erneuerbarer Energien auszugleichen. Um den relativ leistungsschwachen Elektrofahrzeugen der University of Delaware die Teilnahme am Frequenzregulierungsmarkt zu ermöglichen, wurde im Rahmen des Pilotprojekts die Mindestleistungsanforderung für Frequenzregulierungsdienstleister von 500 Kilowatt auf etwa 100 Kilowatt gesenkt. 2014 startete mit Unterstützung des US-Verteidigungsministeriums und der California Energy Commission ein Demonstrationsprojekt auf der Los Angeles Air Force Base. Im November 2016 schlug die Federal Energy Regulatory Commission (FERC) regulatorische Änderungen vor, um den Markteintritt von Integratoren für Energiespeicher und dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DER) zu erleichtern. Insgesamt erscheint die Validierung von Pilotprojekten in den USA relativ umfassend. Ergänzende politische Mechanismen werden voraussichtlich in den nächsten ein bis zwei Jahren finalisiert, wodurch V2G in den kommerziellen Betrieb überführt wird. In der Europäischen Union startete 2016 das SEEV4-City-Programm mit einem Budget von 5 Millionen Euro zur Förderung von sechs Projekten in fünf Ländern. Diese Initiative konzentriert sich darauf, die Integration erneuerbarer Energien in Mikronetze durch V2H-, V2B- und V2N-Anwendungen zu ermöglichen. 2018 kündigte die britische Regierung Fördermittel in Höhe von rund 30 Millionen Pfund für 21 V2G-Projekte an. Diese Mittel dienen der Erprobung relevanter technologischer Forschungs- und Entwicklungsergebnisse und der Identifizierung von Marktchancen für diese Technologien.

Technische Schwierigkeiten und Herausforderungen der Gerätekompatibilität bei der V2G-Technologie:

Die Kompatibilität verschiedener Fahrzeuge, Batterien und Stromnetze stellt eine erhebliche Herausforderung dar. Die Gewährleistung einer hohen Kompatibilität der Kommunikationsprotokolle und Lade-/Entladeschnittstellen zwischen Fahrzeugen und Netz ist für einen effektiven Energietransfer und eine reibungslose Interaktion unerlässlich. Netzanpassungsfähigkeit: Die Integration einer großen Anzahl von Elektrofahrzeugen in die Netzinteraktionssysteme kann die bestehende Netzinfrastruktur vor Herausforderungen stellen. Zu den zu lösenden Problemen gehören das Lastmanagement, die Zuverlässigkeit und Stabilität des Netzes sowie dessen Flexibilität bei der Deckung des Ladebedarfs von Elektrofahrzeugen. Technische Herausforderungen: V2G-Systeme müssen zahlreiche technische Hürden überwinden, wie z. B. Schnelllade- und Entladetechnologien, Batteriemanagementsysteme und Netzanbindungstechniken. Diese Herausforderungen erfordern kontinuierliche Experimente sowie Forschung und Entwicklung. Batteriemanagement: Bei Elektrofahrzeugen dient die Batterie als zentraler Energiespeicher. Innerhalb von V2G-Systemen ist eine präzise Steuerung des Batteriemanagements unerlässlich, um den Netzbedarf mit der Batterielebensdauer in Einklang zu bringen. Lade-/Entladeeffizienz und -geschwindigkeit: Hocheffiziente Lade- und Entladeprozesse sind entscheidend für den erfolgreichen Einsatz der V2G-Technologie. Um die Effizienz und Geschwindigkeit der Energieübertragung zu verbessern und gleichzeitig Energieverluste zu minimieren, müssen fortschrittliche Ladetechnologien entwickelt werden. Netzstabilität: Die V2G-Technologie integriert Elektrofahrzeuge in das Stromnetz und stellt damit höhere Anforderungen an dessen Stabilität und Sicherheit. Potenzielle Probleme, die sich aus der großflächigen Integration von Fahrzeugen ins Stromnetz ergeben, müssen angegangen werden, um die Zuverlässigkeit und Stabilität des Stromsystems zu gewährleisten. Marktmechanismen: Auch das Geschäftsmodell und die Marktmechanismen für V2G-Systeme stellen Herausforderungen dar. Sorgfältige Überlegungen und Lösungen sind erforderlich, um die Interessen der Beteiligten auszugleichen, angemessene Tarifstrukturen zu etablieren und Anreize für die Teilnahme der Nutzer am V2G-Energieaustausch zu schaffen.

Anwendungsvorteile der V2G-Technologie:

Energiemanagement: Die V2G-Technologie ermöglicht es Elektrofahrzeugen, Strom ins Netz zurückzuspeisen und so einen bidirektionalen Energiefluss zu fördern. Dies trägt zum Ausgleich der Netzlasten bei, erhöht die Netzstabilität und -zuverlässigkeit und reduziert die Abhängigkeit von umweltschädlichen Energiequellen wie der konventionellen Kohleverstromung. Energiespeicherung: Elektrofahrzeuge können als Teil dezentraler Energiespeichersysteme fungieren, überschüssigen Strom speichern und bei Bedarf wieder abgeben. Dies trägt zum Ausgleich der Netzlasten bei und bietet zusätzliche Unterstützung in Spitzenzeiten. Einnahmengenerierung: Mithilfe der V2G-Technologie können Fahrzeughalter ihre Elektrofahrzeuge an das Netz anschließen, Strom zurückverkaufen und entsprechende Einnahmen oder Förderungen erzielen. Dies bietet eine zusätzliche Einnahmequelle für Besitzer von Elektrofahrzeugen. Reduzierte CO₂-Emissionen: Durch die Verringerung der Abhängigkeit von konventionellen, umweltschädlichen Energiequellen können V2G-fähige Elektrofahrzeuge die Emissionen von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen senken und so positive Umweltauswirkungen erzielen. Verbesserte Netzflexibilität: Die V2G-Technologie ermöglicht ein dynamisches Netzmanagement und verbessert so die Stabilität und Zuverlässigkeit des Netzes. Es ermöglicht flexible Anpassungen des Angebots-Nachfrage-Gleichgewichts des Netzes auf Basis von Echtzeitbedingungen und steigert dadurch die Anpassungsfähigkeit und Betriebseffizienz des Netzes.