Angesichts des rasanten Wachstums des chinesischen Marktes für Elektrofahrzeuge gewinnt die Vehicle-to-Grid-Technologie (V2G) zunehmend an Bedeutung für den Aufbau nationaler Energiestrategien und intelligenter Stromnetze. V2G wandelt Elektrofahrzeuge in mobile Energiespeicher um und nutzt bidirektionale Ladesäulen zur Stromübertragung vom Fahrzeug ins Netz. Dadurch können Elektrofahrzeuge bei hoher Last Strom ins Netz einspeisen und bei geringer Last aufgeladen werden, was zur Netzstabilität beiträgt.
Am 4. Januar 2024 veröffentlichten die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission und weitere Ministerien das erste nationale Strategiepapier speziell zur V2G-Technologie: die „Durchführungsleitlinien zur Stärkung der Integration und Interaktion von Elektrofahrzeugen und Stromnetzen“. Aufbauend auf den zuvor vom Generalbüro des Staatsrats herausgegebenen „Leitlinien zum weiteren Aufbau eines hochwertigen Ladeinfrastruktursystems“ präzisierten die Durchführungsleitlinien nicht nur die Definition der Fahrzeug-Netzwerk-Interaktionstechnologie, sondern formulierten auch konkrete Ziele und Strategien. Geplant ist deren Anwendung in Regionen mit geeigneten Voraussetzungen, wie dem Jangtse-Delta, dem Perlflussdelta, der Region Peking-Tianjin-Hebei-Shandong, Sichuan und Chongqing, um dort Demonstrationsprojekte zu etablieren.
Bisherige Informationen zeigen, dass es im Land nur etwa 1.000 Ladesäulen mit V2G-Funktion gibt, während es aktuell 3,98 Millionen Ladesäulen gibt, was lediglich 0,025 % aller bestehenden Ladesäulen entspricht. Die V2G-Technologie für die Fahrzeug-Netzwerk-Interaktion ist zudem relativ ausgereift, und ihre Anwendung und Forschung sind international weit verbreitet. Daher besteht erhebliches Potenzial zur Steigerung der Verbreitung der V2G-Technologie in Städten.
Als nationales Pilotprojekt für eine klimaneutrale Stadt fördert Peking den Einsatz erneuerbarer Energien. Die große Anzahl an Elektrofahrzeugen und die umfangreiche Ladeinfrastruktur der Stadt bilden die Grundlage für die Anwendung der V2G-Technologie. Bis Ende 2022 hat die Stadt über 280.000 Ladesäulen und 292 Batteriewechselstationen errichtet.
Im Zuge der Förderung und Implementierung der V2G-Technologie stehen jedoch auch einige Herausforderungen bevor, die hauptsächlich mit der praktischen Umsetzbarkeit und dem Aufbau der entsprechenden Infrastruktur zusammenhängen. Am Beispiel Pekings führten Forscher des Paper Research Institute kürzlich eine Studie zu städtischen Energie-, Strom- und Ladeinfrastrukturbranchen durch.
Zwei-Wege-Ladesäulen erfordern hohe Anfangsinvestitionskosten.
Forscher fanden heraus, dass die Verbreitung der V2G-Technologie in städtischen Gebieten das derzeitige Problem der schwer zu findenden Ladestationen in Städten wirksam lindern könnte. China befindet sich bei der Anwendung der V2G-Technologie noch in der Anfangsphase. Wie der Verantwortliche eines Kraftwerks erklärte, ähnelt die V2G-Technologie theoretisch dem Laden von Powerbanks mit Mobiltelefonen, ihre praktische Anwendung erfordert jedoch ein fortschrittlicheres Batteriemanagement und eine stärkere Netzinteraktion.
Forscher untersuchten Ladesäulenbetreiber in Peking und stellten fest, dass die meisten Ladesäulen in Peking derzeit Einweg-Ladesäulen sind, die nur Fahrzeuge laden können. Um Zweiweg-Ladesäulen mit V2G-Funktionen zu fördern, stehen wir aktuell vor mehreren praktischen Herausforderungen:
Erstens herrscht in Metropolen wie Peking Landknappheit. Der Bau von Ladestationen mit V2G-Funktionen, egal ob durch Pacht oder Kauf von Grundstücken, erfordert langfristige Investitionen und hohe Kosten. Hinzu kommt, dass es schwierig ist, zusätzliche Flächen zu finden.
Zweitens wird die Umrüstung bestehender Ladesäulen Zeit in Anspruch nehmen. Die Investitionskosten für den Bau von Ladesäulen sind relativ hoch und umfassen die Kosten für Ausrüstung, Mietfläche und die Verkabelung zum Anschluss an das Stromnetz. Diese Investitionen amortisieren sich in der Regel erst nach mindestens zwei bis drei Jahren. Erfolgt die Nachrüstung an bestehenden Ladesäulen, fehlen Unternehmen möglicherweise ausreichende Anreize, bevor die Kosten gedeckt sind.
Medienberichten zufolge steht die Verbreitung der V2G-Technologie in Städten derzeit vor zwei großen Herausforderungen: Erstens den hohen anfänglichen Baukosten. Zweitens könnte eine fehlerhafte Anbindung der Elektrofahrzeuge an das Stromnetz die Netzstabilität beeinträchtigen.
Die technologischen Aussichten sind optimistisch und bergen langfristig großes Potenzial.
Was bedeutet der Einsatz von V2G-Technologie für Autobesitzer? Studien zeigen, dass die Energieeffizienz kleiner Elektrofahrzeuge bei etwa 6 km/kWh liegt (d. h. mit einer Kilowattstunde Strom kann man 6 Kilometer zurücklegen). Die Batteriekapazität kleiner Elektrofahrzeuge beträgt in der Regel 60–80 kWh (60–80 Kilowattstunden Strom), und ein Elektroauto kann mit etwa 80 Kilowattstunden Strom geladen werden. Der Energieverbrauch des Fahrzeugs umfasst jedoch auch Klimaanlage usw. Im Vergleich zum Idealzustand verringert sich die Reichweite.
Der Verantwortliche des erwähnten Ladesäulenunternehmens ist optimistisch hinsichtlich der V2G-Technologie. Er wies darauf hin, dass ein Elektrofahrzeug bei voller Ladung 80 Kilowattstunden Strom speichern und jeweils 50 Kilowattstunden ins Netz einspeisen kann. Basierend auf den Ladestrompreisen, die Forscher in der Tiefgarage eines Einkaufszentrums am östlichen vierten Ring in Peking beobachtet haben, liegt der Ladepreis außerhalb der Spitzenzeiten bei 1,1 Yuan/kWh (in den Vororten sind die Preise niedriger) und während der Spitzenzeiten bei 2,1 Yuan/kWh. Angenommen, der Fahrzeughalter lädt täglich außerhalb der Spitzenzeiten und speist Strom während der Spitzenzeiten ins Netz ein, kann er bei den aktuellen Preisen einen Gewinn von mindestens 50 Yuan pro Tag erzielen. „Durch mögliche Preisanpassungen seitens des Stromnetzes, beispielsweise durch die Einführung marktorientierter Preise während der Spitzenzeiten, könnten die Einnahmen aus der Stromeinspeisung von Fahrzeugen in die Ladesäulen weiter steigen.“
Der Verantwortliche des genannten Kraftwerks wies darauf hin, dass bei der V2G-Technologie die Kosten für Batterieverluste berücksichtigt werden müssen, wenn Elektrofahrzeuge Strom ins Netz einspeisen. Laut einschlägigen Berichten kostet eine 60-kWh-Batterie etwa 7.680 US-Dollar (umgerechnet ca. 55.000 RMB).
Für Betreiber von Ladesäulen wird mit der steigenden Anzahl von Elektrofahrzeugen auch die Marktnachfrage nach V2G-Technologie wachsen. Wenn Elektrofahrzeuge über Ladesäulen Strom ins Netz einspeisen, können die Betreiber eine Plattformgebühr erheben. In vielen chinesischen Städten investieren und betreiben Unternehmen Ladesäulen, die staatlich gefördert werden.
Chinesische Städte fördern schrittweise V2G-Anwendungen. Im Juli 2023 wurde die erste V2G-Ladedemonstrationsstation in Zhoushan offiziell in Betrieb genommen, und die erste V2G-Ladetransaktion in einem Park in der Provinz Zhejiang wurde erfolgreich abgewickelt. Am 9. Januar 2024 gab NIO die Inbetriebnahme der ersten zehn V2G-Ladestationen in Shanghai bekannt.
Cui Dongshu, Generalsekretär des Nationalen Verbandes für Marktinformationen im Pkw-Sektor, zeigt sich optimistisch hinsichtlich des Potenzials der V2G-Technologie. Er erklärte Forschern, dass sich mit der Weiterentwicklung der Antriebsbatterietechnologie die Lebensdauer der Batterie auf 3.000 Ladezyklen oder mehr erhöhen ließe, was einer Nutzungsdauer von etwa 10 Jahren entspräche. Dies sei von entscheidender Bedeutung für Anwendungsszenarien, in denen Elektrofahrzeuge häufig geladen und entladen werden.
Auch ausländische Forscher kamen zu ähnlichen Ergebnissen. Das Australian Capital Territory (ACT) in Australien schloss kürzlich ein zweijähriges Forschungsprojekt zur V2G-Technologie mit dem Titel „Realizing Electric Vehicles to Grid Services (REVS)“ ab. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ladekosten für V2G mit der großflächigen Weiterentwicklung der Technologie voraussichtlich deutlich sinken werden. Dies bedeutet, dass langfristig mit sinkenden Kosten für Ladeinfrastruktur auch der Preis für Elektrofahrzeuge sinken und somit die langfristigen Nutzungskosten reduziert werden. Die Erkenntnisse könnten sich zudem als besonders vorteilhaft erweisen, um die Einspeisung erneuerbarer Energien ins Stromnetz während Spitzenlastzeiten auszugleichen.
Es bedarf der Zusammenarbeit des Stromnetzes und einer marktorientierten Lösung.
Auf technischer Ebene wird die Rückspeisung von Elektrofahrzeugen in das Stromnetz die Komplexität des Gesamtbetriebs erhöhen.
Xi Guofu, Direktor der Abteilung für industrielle Entwicklung der State Grid Corporation of China, erklärte einmal, dass das Laden von Elektrofahrzeugen mit „hoher Last und geringer Leistung“ einhergehe. Die meisten Besitzer von Elektrofahrzeugen laden ihre Fahrzeuge üblicherweise zwischen 19:00 und 23:00 Uhr, was mit der Spitzenlastzeit des Stromverbrauchs in Privathaushalten zusammenfällt. Diese Spitzenlastzeit erreicht bis zu 85 %, was die Lastspitzen verstärkt und das Stromverteilungsnetz stärker belastet.
Aus praktischer Sicht ist beim Einspeisen von Strom aus Elektrofahrzeugen ins Netz ein Transformator erforderlich, um die Spannung an das Netz anzupassen. Das bedeutet, dass der Entladevorgang des Elektrofahrzeugs mit der Transformatortechnologie des Stromnetzes kompatibel sein muss. Konkret erfordert die Stromübertragung von der Ladestation zur Straßenbahn eine Transformation von höherer zu niedrigerer Spannung, während die Übertragung von der Straßenbahn zur Ladestation (und damit ins Netz) eine Transformation von niedrigerer zu höherer Spannung notwendig macht. Technisch ist dies komplexer und beinhaltet Spannungswandlung, die Gewährleistung der Stabilität der elektrischen Energie und die Einhaltung der Netzstandards.
Der Verantwortliche des genannten Kraftwerks wies darauf hin, dass das Stromnetz ein präzises Energiemanagement für die Lade- und Entladevorgänge mehrerer Elektrofahrzeuge benötige, was nicht nur eine technische Herausforderung darstelle, sondern auch eine Anpassung der Netzbetriebsstrategie erfordere.
Er sagte: „Beispielsweise sind die bestehenden Stromleitungen an manchen Orten nicht ausreichend dimensioniert, um eine große Anzahl von Ladesäulen zu tragen. Das ist vergleichbar mit dem Wasserleitungssystem. Die Hauptleitung kann nicht alle Abzweigleitungen mit genügend Wasser versorgen und muss neu verkabelt werden. Das erfordert umfangreiche Verkabelungsarbeiten und verursacht hohe Baukosten.“ Selbst wenn Ladesäulen installiert werden, funktionieren sie aufgrund von Kapazitätsproblemen im Stromnetz möglicherweise nicht einwandfrei.
Entsprechende Anpassungsarbeiten müssen vorangetrieben werden. Beispielsweise beträgt die Leistung von Ladesäulen für langsames Laden üblicherweise 7 Kilowatt (7 kW), während der Gesamtverbrauch von Haushaltsgeräten in einem durchschnittlichen Haushalt etwa 3 Kilowatt (3 kW) beträgt. Werden ein oder zwei Ladesäulen angeschlossen, kann die Last vollständig abgedeckt werden, und selbst bei Nutzung außerhalb der Spitzenzeiten kann das Stromnetz stabiler gehalten werden. Werden jedoch viele Ladesäulen angeschlossen und die Last in Spitzenzeiten genutzt, kann die Belastbarkeit des Netzes überschritten werden.
Der Verantwortliche des genannten Kraftwerks erklärte, dass im Hinblick auf dezentrale Energieversorgung die Marktöffnung für Strom eine Möglichkeit böte, das Laden und Entladen von Elektrofahrzeugen im Stromnetz künftig zu fördern. Derzeit wird Strom von Stromerzeugungsunternehmen an Netzbetreiber verkauft, die ihn dann an Verbraucher und Unternehmen weiterleiten. Diese mehrstufige Lieferkette erhöht die Gesamtkosten der Stromversorgung. Könnten Verbraucher und Unternehmen Strom direkt von den Stromerzeugungsunternehmen beziehen, würde dies die Lieferkette vereinfachen. „Der Direktbezug reduziert Zwischenhändler und senkt somit die Stromkosten. Er könnte außerdem Ladesäulenbetreiber dazu anregen, sich aktiver an der Stromversorgung und Netzregulierung zu beteiligen, was für den effizienten Betrieb des Strommarktes und die Förderung der Fahrzeug-Netz-Anbindung von großer Bedeutung ist.“
Qin Jianze, Direktor des Energiedienstleistungszentrums (Lastkontrollzentrum) der State Grid Smart Internet of Vehicles Technology Co., Ltd., schlug vor, durch die Nutzung der Funktionen und Vorteile der IoT-Plattform (Internet of Vehicles) Ladesäulen für soziale Einrichtungen an diese Plattform anzuschließen. Dies würde die Abläufe für die Betreiber vereinfachen, die Markteintrittsbarrieren erhöhen, die Investitionskosten senken, eine für beide Seiten vorteilhafte Zusammenarbeit mit der IoT-Plattform ermöglichen und ein nachhaltiges Branchenökosystem aufbauen.
Susie
Sichuan Green Science & Technology Ltd., Co.
0086 19302815938
Veröffentlichungsdatum: 10. Februar 2024
