Entsprechend neue Forschung über die V2G-Technologie von einem MIT-Team, das in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Energie Fortschritte, wenn die Zahl der Elektrofahrzeuge steigt, könnten die Batterien der kollektiven Flotte als kostengünstige, groß angelegte Energiequelle fungieren, mit möglicherweise erheblichen Auswirkungen auf die Energiewende. Besitzer von Elektrofahrzeugen (EV) sind es gewohnt, ihre Elektrofahrzeuge zu Hause und am Arbeitsplatz an Ladeanschlüsse anzuschließen, um ihre Batterien mit Energie aus dem Stromnetz aufzuladen. Diese Elektrofahrzeuge werden auch in der Lage sein, den Strom umzukehren und Elektronen zurück an das Netz zu liefern, wenn sie angeschlossen werden.
„In großem Maßstab kann Vehicle-to-Grid (V2G) das Wachstum erneuerbarer Energien ankurbeln, den Bedarf an stationärer Energiespeicherung verdrängen und die Abhängigkeit von Unternehmen verringern [always-on] Generatoren wie Erdgas, die traditionell zum Ausgleich von Wind- und Sonneneinstrahlung verwendet werden“, sagt Jim Owens, Hauptautor und Doktorand am MIT Department of Chemical Engineering. Weitere Autoren sind Emre Gençer, ein leitender Forschungswissenschaftler bei der MIT Energy Initiative (MITEI), und Ian Miller, ein Forschungsspezialist für MITEI zum Zeitpunkt der Studie.
Die Arbeit der Gruppe stellt die erste umfassende systembasierte Analyse zukünftiger Energiesysteme dar und basiert auf einer neuartigen Kombination von Rechenmodellen, die Ziele für die Reduzierung der CO2-Emissionen, die Produktion variabler erneuerbarer Energie (VRE) und die Kosten berücksichtigen im Zusammenhang mit der Entwicklung einer Infrastruktur für die Energiespeicherung, -erzeugung und -übertragung.
„Wir haben nicht nur untersucht, wie Elektrofahrzeuge das Netz zurückspeisen könnten – wir denken an diese Fahrzeuge fast wie Energiespeicher auf Rädern –, sondern auch den Wert von V2G-Anwendungen für das gesamte Energiesystem und ob Elektrofahrzeuge die Kosten für die Dekarbonisierung des Energiesystems senken könnten “, sagt Gençer. „Die Ergebnisse waren überraschend; Ich persönlich hätte nicht geglaubt, dass wir hier so viel Potenzial haben.“
Nuvves V2G EV-Ladehub-Modell. Bild mit freundlicher Genehmigung von Nuuve.
Die Elektrifizierung des Verkehrs hat einen Boom erlebt, wobei die Einführungsrate von Elektrofahrzeugen deutlich zugenommen hat, da die USA und andere Länder strenge Ziele zur Reduzierung der CO2-Emissionen verfolgen und die Verbraucher mit großem Interesse an Elektrofahrzeugen reagieren. (Einigen Prognosen zufolge werden Elektrofahrzeuge in den nächsten 30 Jahren Verbrennungsmotoren verdrängen.) Mit zunehmender Beliebtheit des emissionsfreien Fahrens wird jedoch der Strombedarf steigen. „Die Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass sowohl genügend Strom zum Laden der Fahrzeuge vorhanden ist, als auch, dass dieser Strom aus erneuerbaren Quellen stammt“, sagt Gençer.
Solar- und Windenergie sind jedoch nicht rund um die Uhr stabil. Das Erreichen sauberer Energieziele wird ohne ausreichende Unterstützung für diese Quellen, wie zum Beispiel große Erdgaskraftwerke (schmutzig) oder stationäre Energiespeicheranlagen mit Lithium-Ionen-Batterien, schwierig sein. Es wird Hunderte von Milliarden Dollar kosten, die notwendige neue Energieinfrastruktur zu schaffen. Es liegen jedoch auch andere Optionen auf dem Tisch. …
Laut den Forschern ist dies genau die Situation, in der V2G eine entscheidende und wertvolle Rolle spielen könnte. Beispielsweise entdeckte das Team, dass die Beteiligung von nur 13,9 % der 8 Millionen leichten (Passagier-) Elektrofahrzeuge der Region 14,7 Gigawatt an stationärer Energiespeicherung in ihrer Fallstudie eines hypothetischen Stromsystems in New England einsparte, das strenge Kohlenstoffbeschränkungen erfüllt. Das bedeutete auch Einsparungen in Höhe von insgesamt 700 Millionen US-Dollar, was den geschätzten Kosten für das Hinzufügen neuer Speicher entsprach.
In ihrem Papier diskutierten sie auch den möglichen Einsatz von EV-Batterien in Zeiten hoher Nachfrage, wie z. B. an heißen Sommertagen. „Die V2G-Technologie kann Strom in das System zurückspeisen, um diese Episoden abzudecken, sodass wir keine zusätzlichen Erdgasturbinen installieren oder in sie investieren müssen“, sagt Owens. „Die Art und Weise, wie Elektrofahrzeuge und V2G die Zukunft unserer Energiesysteme beeinflussen können, ist einer der spannendsten und neusten Aspekte unserer Studie.“
Die Forscher kombinierten ihre EV-Reise- und V2G-Servicemodelle mit zwei der bestehenden Modellierungstools von MITEI, darunter GenX, das die Investitions- und Betriebskosten von Stromerzeugungs-, Speicher- und Übertragungssystemen simuliert; und SESAME, das ein Wachstum der Fahrzeugflotte und des Strombedarfs prognostiziert. Dadurch konnten sie die Auswirkungen von V2G auf ihr fiktives Stromversorgungssystem in New England analysieren. Sie berücksichtigten Faktoren wie verschiedene EV-Teilnahmequoten, Stromerzeugungskosten für konventionelle und erneuerbare Energieversorger, Aktualisierungen der Ladeinfrastruktur, Nachfrage nach Fahrzeugreisen, Verschiebungen der Stromnachfrage und den Preis von EV-Batterien.
Sie stellten fest, dass V2G-Anwendungen in Stromversorgungssystemen auf allen Ebenen der CO2-Emissionskontrolle günstig waren, sogar in einem Szenario ohne Emissionsobergrenzen. Aber nach ihren Berechnungen profitiert das Stromnetz am besten von V2G, wenn die CO2-Beschränkungen am strengsten sind – zum Beispiel bei 10 Gramm Kohlendioxid pro Kilowattstunde Last. Die Bandbreite von 183 Millionen bis 1.326 Millionen US-Dollar an Gesamtsystemeinsparungen durch V2G spiegelt EV-Beteiligungsraten zwischen 5 % und 80 % wider.
„Unsere Studie hat begonnen, den inhärenten Wert aufzudecken, den V2G für ein zukünftiges Energiesystem hat, und zeigt, dass wir eine Menge Geld sparen können, das sonst für Speicherung und feste Erzeugung ausgegeben würde“, sagt Owens.
Die Idee, dass Millionen von Elektrofahrzeugen in Garagen oder Büros geparkt werden und 90 % ihrer Nutzungsdauer an das Stromnetz angeschlossen sind, erwies sich als verlockende Versuchung für Wissenschaftler, die nach Wegen zur Dekarbonisierung der Wirtschaft suchen. „Da sitzt all dieser Speicher, eine riesige verfügbare Kapazität, die nur wachsen wird, und sie wird verschwendet, wenn wir sie nicht voll ausnutzen“, sagt Gençer.
Dies ist eine sehr reale Möglichkeit. Software, die eine bidirektionale Kommunikation zwischen Elektrofahrzeugen und Netzbetreibern oder anderen Einheiten ermöglichen würde, wird derzeit von Startup-Unternehmen getestet. Mit den richtigen Algorithmen würde den Elektrofahrzeugen niemals die Batterie ausgehen oder eine Fahrt zur Arbeit gefährden, da sie immer in der Lage wären, gemäß Profilen, die auf die Bedürfnisse jedes Autobesitzers zugeschnitten sind, aufzuladen und Energie an das Netz zu liefern.
„Wir gehen nicht davon aus, dass alle Fahrzeuge zur gleichen Zeit wieder Energie ins Netz einspeisen werden, zum Beispiel um 18 Uhr, wenn die meisten Pendler am frühen Abend nach Hause zurückkehren“, sagt Gençer. Er glaubt, dass genügend Batterieleistung zur Verfügung stehen wird, um Spitzen im Stromverbrauch über einen durchschnittlichen Zeitraum von 24 Stunden auszugleichen, da die Benutzer von Elektrofahrzeugen so unterschiedliche Zeitpläne haben. Darüber hinaus gibt es weitere zukünftige Batteriestromoptionen, wie z. B. elektrische Schulbusse, die tagsüber für kurze Zeit verwendet werden, bevor sie im Leerlauf bleiben.
Ein elektrischer Schulbus Saf-T-Liner C2 „Jouley“ von Thomas Built Buses mit V2G-Fähigkeit wird in Beverly, Massachusetts, erprobt. Quelle: Proterra
Das MIT-Team ist sich der Schwierigkeiten bewusst, V2G-Verbraucher zu gewinnen. Während Besitzer von Elektrofahrzeugen eine saubere, umweltfreundliche Fahrt genießen, sind sie möglicherweise nicht so erpicht darauf, einem Versorgungsunternehmen oder Händler, der mit Stromnetzbetreibern zusammenarbeitet, Zugang zur Batterie ihres Autos zu gewähren. Richtlinien und Anreize wären wünschenswert.
„Da Sie wie die Benutzer von Solarmodulen einen Dienst für das Stromnetz erbringen, könnten Sie für Ihre Teilnahme bezahlt werden, und bei sehr hohen Strompreisen mit einer Prämie“, sagt Gençer.
„Die Leute sind vielleicht nicht bereit, rund um die Uhr mitzumachen, aber wenn wir Blackout-Szenarien wie letztes Jahr in Texas oder Staus an heißen Tagen auf Übertragungsleitungen haben, können wir diese Fahrzeuge vielleicht für 24 bis 48 Stunden einschalten und Energie zurücksenden zum System“, fügt Owens hinzu. „Wenn es einen Stromausfall gibt und die Leute dir einen Haufen Geld winken, bist du vielleicht bereit zu reden.“
„Im Grunde denke ich, kommt das darauf zurück, dass wir alle zusammen dabei sind, oder?“ sagt Gençer. „Wenn Sie einen Beitrag zur Gesellschaft leisten, indem Sie diesen Dienst dem Netz zur Verfügung stellen, werden Sie den vollen Nutzen aus der Reduzierung der Systemkosten ziehen und auch dazu beitragen, das System schneller und in größerem Umfang zu dekarbonisieren.“
Owens untersucht derzeit die mögliche Rolle von schweren Elektrofahrzeugen bei der Dekarbonisierung des Energiesystems, da er seine Dissertation auf der V2G-Forschung basiert. „Die Last-Mile-Lieferwagen von Unternehmen wie Amazon und FedEx werden wahrscheinlich die ersten Anwender von Elektrofahrzeugen sein“, sagt Owen. „Sie sind attraktiv, weil sie tagsüber regelmäßige Routen haben und nachts zum Depot zurückfahren, was sie für die Bereitstellung von Strom und Ausgleichsleistungen im Stromnetz sehr nützlich macht.“
Owens engagiert sich dafür, „Einblicke zu liefern, die von Systemplanern, Betreibern und bis zu einem gewissen Grad von Investoren umsetzbar sind“, sagt er. Seine Forschung kann genutzt werden, um zu entscheiden, wo und welche Art von Ladeinfrastruktur aufgebaut werden soll.
„Unsere Analyse ist wirklich zeitgemäß, da der EV-Markt noch nicht entwickelt ist“, sagt Gençer. „Das bedeutet, dass wir unsere Erkenntnisse mit Fahrzeugherstellern und Systembetreibern teilen können – um sie möglicherweise dazu zu bewegen, in V2G-Technologien zu investieren, die Kosten für den Bau von Speichern im Versorgungsmaßstab zu vermeiden und den Übergang in eine sauberere Zukunft zu ermöglichen. Es ist ein riesiger Gewinn, der zum Greifen nah ist.“
Die Forschung für diese Studie wurde vom Future Energy Systems Center des MITEI finanziert.
Während sich die V2G-Technologie noch in einem frühen Bewertungsstadium befindet, inwieweit sie zur Verwaltung des Energieverbrauchs und der Netzkapazität eingesetzt werden kann, wird sie bereits an Orten wie NYC angepasst und getestet, wie Zachary Shahan bereits im August berichtete. Die dortigen Forscher behaupten, dass die Kosten für den Aufbau von Infrastruktur zur Energiespeicherung, -erzeugung und -übertragung noch nie systembasiert so gründlich analysiert wurden wie in dieser Studie, die zukünftige Energiesysteme untersucht. Je mehr diese verschiedenen Alternativen unter langfristigen Gesichtspunkten auf Ebene großer Systeme untersucht und verglichen werden, desto mehr könnte dies das Argument untermauern, dass sich die Kosten und Herausforderungen von V2G lohnen. Wenn V2G Alternativen bei den Nettokosten schlagen kann, könnten Versorgungsunternehmen und politische Entscheidungsträger ernsthafter dazu gedrängt werden, V2G-Richtlinien und -Programme einzurichten, die Autohersteller und/oder Kunden stark anregen. Wir werden sehen.
Quelle: MIT
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