Ich rede nicht um den heißen Brei herum: Die letzten Jahre waren für das US-Stromnetz nicht besonders gut, insbesondere was die Netzzuverlässigkeit betrifft. Es gab hochkarätige Rotationen Stromausfälle verursacht durch eine Hitzewelle in Kalifornien (August 2020), ein Wintersturm in Texas (Februar 2021) und ein weiterer Wintersturm Tennessee und North Carolina (Dezember 2022). Ganz zu schweigen von all den dadurch verursachten Stromausfällen Waldbrandgefahr, Hurrikaneund andere extreme Wetterereignisse.
Bei so vielen Stromausfällen in letzter Zeit ist es natürlich, sich zu wundern wie das Gitter halten wird Da das Land seine Wirtschaft zunehmend elektrifiziert, um die Umweltverschmutzung zu reduzieren und den Klimawandel zu bekämpfen. Je mehr Menschen dazu übergehen elektrische Fahrzeuge Und elektrifizierte Gebäude, werden wir in immer mehr Bereichen unseres Lebens stärker auf Strom angewiesen sein. Damit dieser Übergang reibungslos verläuft, muss das Stromnetz sehr zuverlässig sein. Und das heutige Raster weckt kein Vertrauen.
Es ist nicht verwunderlich, dass Skeptiker angesichts dieser aufsehenerregenden Stromausfälle, die noch in jüngster Zeit aufgetreten sind, kein Vertrauen in die Fähigkeit des Netzes haben, den wachsenden Strombedarf zu decken und gleichzeitig die Zuverlässigkeit bei zunehmend extremen Wetterereignissen aufrechtzuerhalten. Tatsache ist jedoch: Das Netz kann den steigenden Bedarf an Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EV) bewältigen (lesen Sie dies). Und, wenn richtig gemanagt, Elektrofahrzeuge kann sich sogar verbessern Netzzuverlässigkeit.
Der kalifornische Gesetzgeber geht dieses Problem diesen Sommer gezielt an Senatsgesetz 233, was dazu beitragen würde, Elektrofahrzeuge in das Netz zu integrieren. Auf die Einzelheiten dieses Gesetzesentwurfs komme ich gleich noch einmal zurück, aber zunächst schauen wir uns an, wie Elektrofahrzeuge das Stromnetz unterstützen können.
Zwei Arten des Ladens von Elektrofahrzeugen
Wenn Sie weiterlesen Laden von Elektrofahrzeugenstößt man schnell auf viele verwirrende Akronyme wie z V1G, V2G, V2H, V2B und V2X. Aber der Einfachheit halber gibt es eigentlich nur zwei Arten des Ladens von Elektrofahrzeugen, die Sie verstehen müssen, um zu verstehen, wie Elektrofahrzeuge das Stromnetz unterstützen können: unidirektional und bidirektional Aufladen.
Ganz grundsätzlich bedeutet unidirektionales Laden, dass Strom nur in eine Richtung fließen kann: vom Stromnetz zum Fahrzeug. Mit bidirektionales Laden, Strom kann in beide Richtungen fließen. Diese Unterscheidung ist wichtig, da bidirektionales Laden deutlich mehr Vorteile für das Stromnetz bringen kann als unidirektionales Laden.
Unidirektionales Laden
Das unidirektionale Laden kann auf verschiedene Weise zur Entlastung des Stromnetzes eingesetzt werden. Die allgemeine Idee besteht darin, das Laden von Zeiten mit hohem Strombedarf hin zu Zeiten mit reichlich (idealerweise erneuerbarem) Strom zu verlagern. Bisher war dies eines der wichtigsten Instrumente zur Verlagerung der Ladenachfrage für Elektrofahrzeuge Time-of-Use-Tarife, wobei der Preis, den Verbraucher für Strom zahlen, je nach Tageszeit, Jahreszeit und Wochentag variiert. In Kalifornien bieten alle großen Energieversorger zeitabhängige Tarife an, bei denen am späten Nachmittag/Abend die meisten und zu anderen Tageszeiten die niedrigsten Gebühren für den Stromverbrauch erhoben werden. Zeitlich schwankende Stromtarife kann auch fein abgestimmt werden, um die Netzbedingungen in Echtzeit widerzuspiegeln, was oft als dynamische Preisgestaltung bezeichnet wird. In beiden Fällen bietet ein Preisunterschied einen finanziellen Anreiz für Besitzer von Elektrofahrzeugen, ihre Fahrzeuge außerhalb der Spitzenlastzeiten im Stromnetz aufzuladen.
Eine weitere Möglichkeit, die Vorteile des flexiblen Ladens von Elektrofahrzeugen zu nutzen, ist durch Demand-Response-Programme die das Laden von Elektrofahrzeugen automatisch verwalten, um das Stromnetz zu entlasten, ohne dass Besitzer von Elektrofahrzeugen einen Finger rühren müssen. Obwohl Programme zur Reaktion auf die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen vielversprechend sind, stecken sie derzeit noch in den Kinderschuhen. Glücklicherweise sind Nachfragesteuerungen für andere Arten von Lasten (z. B. Klimaanlagen) gut etabliert, und die Prinzipien dieser Programme bilden eine Grundlage für die Einbindung von Elektrofahrzeugen in Nachfragesteuerungsprogramme.
Bidirektionales Laden
Bidirektionales Laden, bei dem Fahrzeuge Strom in das Stromnetz zurücksenden können oder eine elektrische Last mit Strom versorgen an einem bestimmten Standort ermöglicht noch größere Netzvorteile. Der größte Mehrwert besteht darin, dass Elektrofahrzeuge eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit spielen könnten, indem sie die kollektive Leistung von Elektrofahrzeugbatterien nutzen, wenn das Netz am stärksten gefährdet ist – spätnachmittags und abends, wenn die Nachfrage am höchsten ist. Im Gegensatz zum unidirektionalen Laden, bei dem ein Großteil des Netzvorteils durch eine Änderung des Ladeverhaltens der Kunden durch indirekt gesteuerte zeitlich variierende Preissignale oder direkt gesteuerte Nachfragereaktion erzielt werden kann, wird es mit ziemlicher Sicherheit erforderlich sein, die vollen Netzvorteile des bidirektionalen Ladens zu nutzen automatisierte Programme die das Lade- und Entladeverhalten der teilnehmenden Elektrofahrzeuge koordinieren.
Stellen Sie sich vor: An den heißesten Tagen des Jahres mit dem höchsten Strombedarf könnten teilnehmende Elektrofahrzeuge automatisch ein Signal erhalten, Energie in das Stromnetz zurückzuspeisen. (Und natürlich würden Besitzer von Elektrofahrzeugen für ihre Teilnahme bezahlt.) Laut meinem Kollegen: David ReichmuthBis zum Jahr 2030 wird es in Kalifornien etwa 6,3 Millionen leichte Elektrofahrzeuge geben. Wenn diese Fahrzeuge alle über bidirektionale Fähigkeiten und bidirektionale Ladeausrüstung verfügen würden, könnten Elektrofahrzeuge theoretisch eine Netzressource von 35–45 GW darstellen (vorausgesetzt, 80–100 % dieser Elektrofahrzeuge können jeweils Strom liefern). 7 kW Leistung ins Netz einspeisen). Um diese Zahl ins rechte Licht zu rücken: Der Strombedarf war der höchste, den der kalifornische Netzbetreiber jemals verzeichnete knapp über 52 GWDaher könnte die Nutzung der kollektiven Energie nur eines kleinen Teils der Elektrofahrzeugbatterien immer noch eine große Hilfe für das Netz sein.
Die Nutzung des Ladens von Elektrofahrzeugen könnte eine Kostensenkung und den Aufbau weniger Netzinfrastruktur bedeuten
Das Stromnetz ist ein komplexes System der Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung, das alle darauf ausgelegt ist, den Verbrauchern Strom zu liefern. Zu das Netz dekarbonisierenUm diesen Strom bereitzustellen, sind erhebliche Investitionen in die Erzeugung sauberer Elektrizität sowie entsprechende Investitionen in die Übertragungsinfrastruktur erforderlich. Um gleichzeitig den wachsenden Strombedarf von elektrifizierten Gebäuden und Transportsystemen zu decken, werden noch mehr Modernisierungen der Erzeugungs-, Übertragungs- und insbesondere der Verteilungssysteme erforderlich sein, um den Strom dorthin zu bringen, wo er benötigt wird.
Mit der Zeit wird das Laden von Elektrofahrzeugen zu einer erheblichen elektrischen Belastung für das Netz werden. Allerdings mehrfach Studien haben angegeben dass in naher Zukunft ein gut gesteuertes unidirektionales Laden den Bedarf an zusätzlicher Erzeugungs- und Übertragungsinfrastruktur zur Deckung des Ladebedarfs für Elektrofahrzeuge verringern oder ganz eliminieren könnte. Das ist ein ermutigendes Ergebnis und liefert einen wichtigen Beweis dafür, dass der Übergang zu Elektrofahrzeugen das Stromnetz nicht unbedingt belasten wird, wenn wir klug vorgehen.
Langfristig bleibt noch Zeit, die für die Aufnahme von Elektrofahrzeugen erforderlichen Netzverbesserungen vorzunehmen, und das ist von entscheidender Bedeutung Planen Sie diese Upgrades Jetzt. Die gute Nachricht ist, dass Elektrofahrzeuge, die bidirektional laden können, tatsächlich den Umfang der Netzinfrastruktur reduzieren könnten, der ansonsten erforderlich wäre, um die Netzzuverlässigkeit während des Übergangs zu sauberem Strom aufrechtzuerhalten. Die Idee ist, dass Elektrofahrzeuge – als kleine, mobile Batterien, die über das gesamte System verteilt sind – anstatt noch mehr Netzressourcen wie Batteriespeichersysteme im Versorgungsmaßstab aufzubauen, einen Teil des Bedarfs an diesen Ressourcen ausgleichen könnten, wenn die Nachfrage nach Strom über die Endverbraucher hinweg wächst Zeit. Elektrofahrzeuge können möglicherweise auch die Abhängigkeit von bestehenden Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen verringern und so die Stilllegung dieser umweltschädlichen Anlagen ermöglichen. Und Elektrofahrzeuge könnten sogar die Notwendigkeit verringern, in die Infrastruktur des Verteilungssystems (z. B. Umspannwerke und Transformatoren) zu investieren, wenn wir in der Lage wären, die Leistung des bidirektionalen Ladens zu nutzen.
Eine Studie Die Studie eines stark dekarbonisierten Stromnetzes in New England ergab, dass diese Elektrofahrzeuge den Bedarf zum Aufbau von Batteriespeichern im Versorgungsmaßstab um fast 15 GW reduzieren könnten, da nur 23 % der Elektrofahrzeuge an bidirektionalen Ladeprogrammen teilnehmen. Als Referenz: Stand Ende März 2023: Batteriespeicherkapazität im Versorgungsmaßstab in den gesamten USA betrug insgesamt nur 10,8 GW15 GW sind also eine sehr bedeutende Menge, die zu erheblichen Kosteneinsparungen führen würde. Die Studie ergab auch, dass in einem solchen Szenario weniger „feste Erzeugungskapazität“ (auch Gaskraftwerke genannt) erforderlich wäre, was bedeutet, dass zusätzliche umweltschädliche Gaskraftwerke abgeschaltet werden könnten. All diese Vorteile, da nur 23 % der Elektrofahrzeuge an bidirektionalem Laden teilnehmen! Nicht zu schäbig.
Elektrofahrzeuge müssen nicht bidirektional sein – sollten es aber sein
Meiner Meinung nach ist es eigentlich ziemlich unglaublich, wie viel Potenzial das bidirektionale Laden von Elektrofahrzeugen zur Unterstützung des Stromnetzes bietet.
Aber es gibt ein großes Problem: Die überwiegende Mehrheit der Elektrofahrzeuge ist derzeit nicht in der Lage, bidirektional zu laden.
Leider steuern wir einer Zukunft entgegen, in der wir Millionen von Elektrofahrzeugen auf der Straße haben, und wenn sich nichts ändert, wird es nicht möglich sein, die meisten dieser Elektrofahrzeuge zur Unterstützung des Stromnetzes zu nutzen. Es ist wichtig, dass Experten und Befürworter sauberer Energie mit ihren Kollegen im Bereich Elektrofahrzeuge in Kontakt treten, denn wir können dies ändern und dazu beitragen, die Zuverlässigkeit des Netzes zu verbessern.
Aus diesem Grund unterstützt die Union of Concerned Scientists den kalifornischen Gesetzentwurf, den ich eingangs erwähnt habe. SB 233was erfordern würde, dass alle neuen Elektrofahrzeuge ab 2030 bidirektional laden können. Dieser Gesetzentwurf würde dies sicherstellen, wie Kalifornien Übergänge zu Elektrofahrzeugenwird zumindest ein Teil aller Elektrofahrzeuge auf der Straße bidirektional sein.
Dieser Beitrag konzentrierte sich auf die Art und Weise, wie diese Elektrofahrzeuge das Stromnetz unterstützen könnten, aber ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, dass sie auch als solche genutzt werden könnten Notstromquelle wenn die Lichter ausgehen. Kalifornien hat damit zu kämpfen rotierende Stromausfälle Und Stromabschaltungen für die öffentliche Sicherheit In den letzten Jahren wäre eine saubere Notstromquelle weitaus besser als die sehr umweltschädliche Generatoren auf die die Menschen zurückgegriffen haben.
Dieser Gesetzentwurf würde Kalifornien auf den Weg in eine Zukunft bringen, in der Elektrofahrzeuge eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Netzzuverlässigkeit spielen könnten. Es wird einige Zeit dauern, bidirektionale Elektrofahrzeuge und Ladegeräte schrittweise einzuführen, und es wird auch Zeit brauchen, Programme zu erstellen, die Elektrofahrzeuge automatisch nutzen, um das Netz zu unterstützen, wenn es am stärksten belastet ist. Deshalb Kalifornien braucht diese Richtlinien jetzt.
Von Mark SpechtWestern States Energy Manager/Senior Analyst, mit freundlicher Genehmigung von Union of Concerned Scientists, The Equation.
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