Mit dem rasanten Wachstum des chinesischen Marktes für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben gewinnt die Anwendung der Vehicle-to-Grid-Technologie (V2G) für den Aufbau nationaler Energiestrategien und intelligenter Stromnetze zunehmend an Bedeutung. Die V2G-Technologie verwandelt Elektrofahrzeuge in mobile Energiespeicher und nutzt bidirektionale Ladesäulen für die Stromübertragung vom Fahrzeug ins Netz. Dank dieser Technologie können Elektrofahrzeuge das Netz in Zeiten hoher Last mit Strom versorgen und in Zeiten geringer Last laden und so zur Netzlastverteilung beitragen.
Am 4. Januar 2024 veröffentlichten die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission und andere Ministerien das erste nationale Strategiepapier, das sich speziell mit der V2G-Technologie befasst: „Implementierungsmeinungen zur Stärkung der Integration und Interaktion von Fahrzeugen mit alternativer Energie und Stromnetzen“. Basierend auf den vorherigen „Leitlinien zum weiteren Aufbau eines hochwertigen Ladeinfrastruktursystems“, die vom Generalbüro des Staatsrats herausgegeben wurden, präzisierten die Implementierungsmeinungen nicht nur die Definition der Fahrzeug-Netzwerk-Interaktionstechnologie, sondern legten auch konkrete Ziele und Strategien fest und planten deren Einsatz im Jangtse-Flussdelta, im Perlflussdelta, in Peking-Tianjin-Hebei-Shandong, Sichuan und Chongqing sowie in anderen Regionen mit ausgereiften Bedingungen zur Durchführung von Demonstrationsprojekten.
Bisherige Informationen zeigen, dass es landesweit nur etwa 1.000 Ladestationen mit V2G-Funktionalität gibt. Die aktuelle Zahl von 3,98 Millionen Ladestationen entspricht lediglich 0,025 % der Gesamtzahl der bestehenden Ladestationen. Die V2G-Technologie für die Fahrzeug-Netzwerk-Interaktion ist zudem bereits relativ ausgereift, und ihre Anwendung und Erforschung ist international weit verbreitet. Daher besteht noch großes Verbesserungspotenzial für die Verbreitung der V2G-Technologie in Städten.
Als nationales Pilotprojekt für kohlenstoffarme Städte fördert Peking die Nutzung erneuerbarer Energien. Die riesigen Fahrzeuge mit neuer Energie und die Ladeinfrastruktur der Stadt haben den Grundstein für die Anwendung der V2G-Technologie gelegt. Bis Ende 2022 hat die Stadt mehr als 280.000 Ladesäulen und 292 Batteriewechselstationen errichtet.
Bei der Förderung und Umsetzung der V2G-Technologie ergeben sich jedoch auch Herausforderungen, die vor allem mit der tatsächlichen Umsetzbarkeit und dem Aufbau der entsprechenden Infrastruktur zusammenhängen. Forscher des Paper Research Institute führten kürzlich eine Studie zu den Branchen für städtische Energie, Elektrizität und Ladestationen am Beispiel Pekings durch.
Zweiwege-Ladesäulen erfordern hohe Anfangsinvestitionen
Forscher haben herausgefunden, dass die Verbreitung der V2G-Technologie im städtischen Umfeld das Problem der schwer erreichbaren Ladestationen in Städten wirksam lindern könnte. China befindet sich noch in der Anfangsphase der V2G-Anwendung. Wie ein Kraftwerksleiter erklärte, ähnelt die V2G-Technologie theoretisch dem Laden von Powerbanks für Mobiltelefone. Die praktische Anwendung erfordert jedoch ein fortschrittlicheres Batteriemanagement und eine bessere Netzinteraktion.
Forscher untersuchten Ladesäulenhersteller in Peking und stellten fest, dass die meisten Ladesäulen in Peking derzeit Einweg-Ladesäulen sind, die ausschließlich Fahrzeuge laden können. Die Förderung von Zweiweg-Ladesäulen mit V2G-Funktionen steht derzeit vor mehreren praktischen Herausforderungen:
Erstens leiden erstklassige Städte wie Peking unter Grundstücksknappheit. Der Bau von Ladestationen mit V2G-Funktionen – sei es durch Pacht oder Kauf – erfordert langfristige Investitionen und hohe Kosten. Zudem ist es schwierig, zusätzliches Land 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 Verkabelung für den Anschluss an das Stromnetz. Diese Investitionen amortisieren sich in der Regel erst nach zwei bis drei Jahren. Erfolgt die Umrüstung auf bestehenden Ladesäulen, fehlen den Unternehmen möglicherweise ausreichende Anreize, bevor sich die Kosten amortisiert haben.
Medienberichten zufolge ist die Verbreitung der V2G-Technologie in Städten derzeit mit zwei großen Herausforderungen verbunden: Erstens sind die anfänglichen Baukosten hoch. Zweitens kann die Stabilität des Netzes beeinträchtigt werden, wenn die Stromversorgung von Elektrofahrzeugen nicht ordnungsgemäß an das Stromnetz angeschlossen ist.
Die Technologieaussichten sind optimistisch und bergen langfristig großes Potenzial.
Was bedeutet der Einsatz der V2G-Technologie für Autobesitzer? Studien zeigen, dass die Energieeffizienz kleiner Straßenbahnen bei etwa 6 km/kWh liegt (d. h. eine Kilowattstunde Strom reicht für sechs Kilometer). Die Batteriekapazität kleiner Elektrofahrzeuge beträgt in der Regel 60–80 kWh (60–80 Kilowattstunden Strom), und ein Elektroauto kann etwa 80 Kilowattstunden Strom laden. Der Energieverbrauch des Fahrzeugs umfasst jedoch auch die Kosten für Klimaanlagen usw. Im Vergleich zum Idealzustand verkürzt sich die Fahrstrecke.
Der Verantwortliche des oben genannten Ladesäulenunternehmens ist optimistisch, was die V2G-Technologie angeht. Er wies darauf hin, dass ein Elektrofahrzeug bei voller Ladung 80 Kilowattstunden Strom speichern und jedes Mal 50 Kilowattstunden Strom ins Netz einspeisen kann. Berechnet anhand der Ladestrompreise, die Forscher in der Tiefgarage eines Einkaufszentrums am östlichen Vierten Ring in Peking ermittelt haben, beträgt der Ladepreis außerhalb der Spitzenzeiten 1,1 Yuan/kWh (in Vororten sind die Ladepreise niedriger) und während der Spitzenzeiten 2,1 Yuan/kWh. Unter der Annahme, dass der Fahrzeugbesitzer täglich außerhalb der Spitzenzeiten lädt und während der Spitzenzeiten Strom ins Netz einspeist, kann er basierend auf den aktuellen Preisen einen Gewinn von mindestens 50 Yuan pro Tag erzielen. „Mit möglichen Preisanpassungen des Stromnetzes, wie beispielsweise der Einführung von Marktpreisen während der Spitzenzeiten, könnten die Einnahmen aus Fahrzeugen, die Strom an Ladesäulen liefern, weiter steigen.“
Der Verantwortliche des genannten Kraftwerks wies darauf hin, dass durch die V2G-Technologie die Batterieverlustkosten berücksichtigt werden müssen, wenn Elektrofahrzeuge Strom ins Netz einspeisen. Relevante Berichte zeigen, dass die Kosten für eine 60-kWh-Batterie etwa 7.680 US-Dollar (entspricht etwa 55.000 RMB) betragen.
Für Ladesäulenhersteller steigt mit der steigenden Anzahl von Elektrofahrzeugen auch die Marktnachfrage nach V2G-Technologie. Wenn Elektrofahrzeuge über Ladesäulen Strom ins Netz einspeisen, können die Ladesäulenhersteller eine Plattformgebühr erheben. Darüber hinaus investieren und betreiben Unternehmen in vielen chinesischen Städten Ladesäulen, die vom Staat entsprechend gefördert werden.
Inländische Städte fördern schrittweise V2G-Anwendungen. Im Juli 2023 wurde die erste V2G-Ladedemonstrationsstation in der Stadt Zhoushan offiziell in Betrieb genommen, und die erste Parktransaktion in der Provinz Zhejiang wurde erfolgreich abgeschlossen. Am 9. Januar 2024 gab NIO die offizielle Inbetriebnahme der ersten zehn V2G-Ladestationen in Shanghai bekannt.
Cui Dongshu, Generalsekretär der National Passenger Car Market Information Joint Association, ist optimistisch hinsichtlich des Potenzials der V2G-Technologie. Er erklärte Forschern, dass sich die Lebensdauer von Batterien mit der Weiterentwicklung der Batterietechnologie auf das 3.000-fache oder mehr erhöhen ließe, was einer Nutzungsdauer von etwa zehn Jahren entspricht. Dies sei besonders wichtig für Anwendungsszenarien, in denen Elektrofahrzeuge häufig geladen und entladen werden.
Ausländische Forscher kamen zu ähnlichen Ergebnissen. Das australische ACT schloss kürzlich ein zweijähriges V2G-Technologieforschungsprojekt mit dem Titel „Realizing Electric Vehicles to Grid Services (REVS)“ ab. Es zeigt, dass mit der umfassenden Weiterentwicklung der Technologie die V2G-Ladekosten voraussichtlich deutlich sinken werden. Das bedeutet, dass langfristig mit sinkenden Kosten für Ladestationen auch die Preise für Elektrofahrzeuge sinken und damit die langfristigen Nutzungskosten sinken. Die Erkenntnisse könnten insbesondere auch dazu beitragen, die Einspeisung erneuerbarer Energien ins Netz während Spitzenlastzeiten auszugleichen.
Es bedarf der Kooperation 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, sagte einmal, das Laden von Elektrofahrzeugen erfordere „hohe Belastung und geringe Leistung“. Die meisten Besitzer von Elektrofahrzeugen laden ihre Fahrzeuge normalerweise zwischen 19:00 und 23:00 Uhr, also in der Spitzenzeit der privaten Stromlast. Die Spitzenlast kann bis zu 85 % betragen, was die Spitzenlast erhöht und das Verteilungsnetz stärker belastet.
In der Praxis ist bei der Rückspeisung von Elektrofahrzeugen ins Netz ein Transformator erforderlich, der die Spannung anpasst und so die Netzkompatibilität gewährleistet. Das bedeutet, dass der Entladevorgang des Elektrofahrzeugs auf die Transformatortechnologie des Stromnetzes abgestimmt sein muss. Konkret bedeutet die Stromübertragung von der Ladesäule zur Straßenbahn eine Übertragung von elektrischer Energie von einer höheren auf eine niedrigere Spannung, während die Stromübertragung von der Straßenbahn zur Ladesäule (und damit ins Netz) eine Erhöhung der Spannung von einer niedrigeren auf eine höhere Spannung erfordert. Technisch gesehen ist dies komplexer und erfordert eine Spannungsumwandlung sowie die Gewährleistung der Stabilität der elektrischen Energie und der Einhaltung der Netzstandards.
Der Verantwortliche des genannten Kraftwerks wies darauf hin, dass das Stromnetz ein präzises Energiemanagement für die Lade- und Entladevorgänge mehrerer Elektrofahrzeuge durchführen müsse, was nicht nur eine technische Herausforderung darstelle, sondern auch die Anpassung der Netzbetriebsstrategie erfordere.
Er sagte: „Mancherorts sind die vorhandenen Stromnetzleitungen beispielsweise nicht dick genug, um eine große Anzahl von Ladesäulen zu tragen. Das ist vergleichbar mit dem Wasserleitungssystem. Die Hauptleitung kann nicht alle Abzweige ausreichend mit Wasser versorgen und muss neu verkabelt werden. Dies erfordert umfangreiche Neuverkabelungen und hohe Baukosten.“ Selbst wenn Ladesäulen irgendwo installiert werden, funktionieren sie aufgrund von Netzkapazitätsproblemen möglicherweise nicht ordnungsgemäß.
Entsprechende Anpassungsarbeiten müssen vorangetrieben werden. Beispielsweise beträgt die Leistung von langsam ladenden Ladesäulen üblicherweise 7 Kilowatt (7 kW), während die Gesamtleistung der Haushaltsgeräte in einem durchschnittlichen Haushalt etwa 3 Kilowatt (3 kW) beträgt. Durch den Anschluss von ein oder zwei Ladesäulen kann die Last vollständig geladen werden, und selbst bei Stromabnahme außerhalb der Spitzenzeiten kann das Stromnetz stabiler gehalten werden. Werden jedoch viele Ladesäulen angeschlossen und Strom zu Spitzenzeiten verbraucht, kann die Netzkapazität überschritten werden.
Der Verantwortliche des Kraftwerks erklärte, dass angesichts der dezentralen Energieversorgung die Vermarktung von Strom geprüft werden könne, um das Laden und Entladen von Elektrofahrzeugen im Stromnetz künftig zu fördern. Derzeit wird Strom von Stromerzeugungsunternehmen an Stromnetzbetreiber verkauft, die ihn dann an Verbraucher und Unternehmen verteilen. Dieser mehrstufige Verkehr erhöht die Gesamtkosten der Stromversorgung. Wenn Verbraucher und Unternehmen Strom direkt von Stromerzeugungsunternehmen beziehen könnten, würde dies die Stromversorgungskette vereinfachen. „Direkter Bezug kann Zwischenhändler reduzieren und so die Strombetriebskosten senken. Dies könnte auch Ladesäulenbetreiber ermutigen, sich aktiver an der Stromversorgung und der Regulierung des Stromnetzes zu beteiligen, was für einen effizienten Strommarkt und die Förderung der Fahrzeug-Netz-Kopplungstechnologie von großer Bedeutung ist.“
Qin Jianze, Leiter des Energieservicezentrums (Lastkontrollzentrum) der State Grid Smart Internet of Vehicles Technology Co., Ltd., schlug vor, durch die Nutzung der Funktionen und Vorteile der Internet of Vehicles-Plattform Ladesäulen für soziale Anlagen mit der Internet of Vehicles-Plattform zu verbinden, um den Betrieb sozialer Betreiber zu vereinfachen. So könnten Schwellen geschaffen, Investitionskosten gesenkt, eine Win-Win-Kooperation mit der Internet of Vehicles-Plattform erreicht und ein nachhaltiges Branchen-Ökosystem aufgebaut werden.
Susie
Sichuan Green Science & Technology Ltd., Co.
0086 19302815938
Veröffentlichungszeit: 10. Februar 2024
