Virtuelle Kraftwerke: Theorie vs. Realität (Teil 1)

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Menschen, die an eine saubere Zukunft mit erneuerbarer Energie glauben (das wären die meisten CleanTechnica Leser), glauben, dass virtuelle Kraftwerke ein Schlüsselelement dieses Traums sein werden. Virtuelle Kraftwerke können Strom je nach Bedarf aufnehmen und abgeben und dabei Spitzen und Täler ausgleichen, sodass immer eine perfekte Harmonie zwischen Produktion und Verbrauch herrscht. Sobald dieser Traum verwirklicht ist, werden die Stromkosten sinken, weil man nicht mehr für Kohle, Öl, Methan oder Kernbrennstoff bezahlen muss. Die gesamte Energie, die wir brauchen, wird von der Sonne kommen, sei es in Form von Sonnenkollektoren oder Windturbinen. „Was für eine wunderbare Welt wird das sein; was für eine herrliche Zeit, frei zu sein“, sagt Steely Dan.

Bloomberg hat einen Artikel darüber, wie die Batterien in Elektroautos eine wichtige Rolle dabei spielen könnten, den Traum von virtuellen Kraftwerken wahr werden zu lassen. Dort heißt es: „Eine der wichtigsten Technologien für ein sauberes Stromnetz steht ungenutzt in Ihrer Garage. Denn Elektroautos sind nicht nur Fahrzeuge – sie sind auch Batterien. Die Ausschöpfung ihres vollen Potenzials könnte die Integration von mehr Wind- und Solarenergie in die weltweiten Stromnetze beschleunigen.“

Es wird darauf hingewiesen, dass in Kalifornien vor kurzem 7,3 Gigawatt an netzdienlichen Speicherbatterien installiert wurden, wodurch der Staat weniger auf Methankraftwerke angewiesen ist, da die Batterien mit spottbilligem Solarstrom am Mittag aufgeladen und abends entladen werden, wenn der Strom am rentabelsten ist, und die Notwendigkeit entfällt, Gasturbinen einzuschalten. Das Bemerkenswerteste ist, Bloomberg ist, dass dies erreicht wurde, ohne die größte Batteriespeicherressource des Staates anzuzapfen – Elektroautos. Kaliforniens 1,5 Millionen Elektrofahrzeuge können etwa dreimal so viel Energie liefern wie die Batterien der Großkraftwerke, aber trotz jahrelanger Studien scheint die Aussicht, sie als Backup für das Stromnetz einzusetzen, immer noch gering.

2400 GWh für virtuelle Kraftwerke verfügbar

Das ist eine schreckliche Verschwendung, Bloomberg sagt unser Mitarbeiter David Fickling. Mehr als 90 % der 2.400 Gigawattstunden wiederaufladbarer Batterien, die weltweit im Einsatz sind, sind laut der Internationalen Energieagentur in Elektrofahrzeugen verbaut. Da Solar- und Windenergie inzwischen preislich günstiger sind als fossile Brennstoffe, besteht die größte Herausforderung bei der Dekarbonisierung im kommenden Jahrzehnt nicht darin, ausreichend saubere Energie zu erzeugen, sondern diese zur richtigen Zeit bereitzustellen – insbesondere in der Spitzenzeit zwischen 18 und 21 Uhr, wenn die Sonne untergegangen ist, Pendlerautos geparkt sind und die Nachfrage der Haushalte am höchsten ist. Das ist die Zeit, in der all diese Autos Teil virtueller Kraftwerke werden könnten.

Millionen von Elektrofahrzeugen, die tagsüber aufgeladen werden, wenn Solarenergie verschenkt wird, könnten für ihre Besitzer Geld verdienen, indem sie sie ins Netz entladen, wenn der Strompreis in den frühen Abendstunden steigt. Niemand möchte, dass seine Autobatterie leer wird, nur um den Fernseher oder die Klimaanlage des Nachbarn mit Strom zu versorgen, aber intelligente Technologie könnte es Besitzern ermöglichen, 20 % des Speicherpotenzials ihrer Batterie gegen eine finanzielle Entschädigung ihres örtlichen Energieversorgers verfügbar zu machen.

Es gibt keinen wesentlichen Grund, warum das nicht passiert. Es ist eher eine Mischung aus kleinen Hürden, sagt Fickling. Man denke nur an die verschiedenen Teilnehmer an einem potenziellen Vehicle-to-Grid (V2G)-Markt, der aus virtuellen Kraftwerken besteht. Energieversorger sind generell für Technologien, die ihnen helfen, Stromausfälle zu vermeiden, aber Autos sind kein guter Ersatz für dedizierte, ans Netz angeschlossene Batterien. Der Versuch, das Verhalten der Besitzer vorherzusagen – ob sie zu Hause sind, ob sie ihr Auto angeschlossen haben und ob sie Entladegrenzen festgelegt haben, damit sie morgen genug Saft für eine lange Fahrt zwischen den Städten haben – fügt dem Bild eine ganz neue Komplexitätsebene hinzu. Infolgedessen werden sie für V2G-Strom wahrscheinlich nicht so viel bezahlen wie für Strom aus einem eigenständigen Batteriepark.

Batteriedegradation und virtuelle Kraftwerke

Auch die Autohersteller seien zurückhaltend, sagt er. Da der Markt für Elektrofahrzeuge noch in den Kinderschuhen steckt, machen sich viele Käufer Sorgen über die Abnutzung der Batterie. Die Autohersteller zerstreuen diese Befürchtungen mit Garantien, die normalerweise 8 bis 10 Jahre laufen. Eine Batterie, die jeden Tag aufgeladen und entladen wird, um das Stromnetz mit Strom zu versorgen, wird jedoch wahrscheinlich schneller verschleißen als eine Batterie bei normaler Nutzung. Der V2G-Gewinn des Besitzers würde dann zu einer Garantiehaftung für die Autohersteller.

Es gibt jedoch Beweise für das Gegenteil. Es mag offensichtlich erscheinen, dass sich mehr Lade-/Entladezyklen negativ auf die Lebensdauer der Batterie auswirken, Forscher in Großbritannien berichten dass Vehicle-to-Grid-Systeme die kalendarische und zyklische Alterung (die beide die Geschwindigkeit der Batterieverschlechterung beeinflussen) ausgleichen können, um den Zustand der Batterie zu optimieren und ihre Lebensdauer im Vergleich zum herkömmlichen Laden allein über ein Jahr um 8,6 bis 12,3 % zu verbessern, was einem zusätzlichen Nutzungsjahr entspricht.

Professor James Marco von der Warwick Manufacturing Group kommentierte: „Unsere experimentelle Forschung hat das Potenzial aufgezeigt, die Batterielebensdauer zu verlängern, indem man die einzigartige Fähigkeit von V2G-Ladegeräten nutzt, die Fahrzeugbatterie sowohl zu laden als auch zu entladen. Durch sorgfältige Optimierung dieses Prozesses und das Wissen, wie die Batterieleistung mit der Zeit nachlassen kann, ist es möglich, die Batterie so zu konditionieren, dass ihre Lebensdauer in einer Reihe von Situationen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden des Fahrzeugladens verlängert wird.“ Eine Studie wird jedoch nicht Realität. Die Wahrheit ist, dass einfach zu wenige Daten verfügbar sind, um zu einer festen Schlussfolgerung über die Auswirkungen der V2G-Technologie auf die Batterielebensdauer zu gelangen.

Auch die Besitzer stehen der Idee nicht so positiv gegenüber, sagt Fickling. Autos stehen 95 Prozent der Zeit ungenutzt herum. Sie während der Parkzeit als Batterien zu verwenden, scheint die perfekte Möglichkeit, den Autokredit abzubezahlen. Doch die relativ geringe Verbreitung von Dingen wie Carsharing und die weitverbreitete Gleichgültigkeit gegenüber Abschreibungskosten lassen darauf schließen, dass die Besitzer nicht besonders daran interessiert sind, die Rendite ihrer Investitionen zu maximieren.

Eine großzügige Zahlung aus dem Stromnetz für den Zugriff auf die Autobatterie, die den Besitzer nicht bei der täglichen Fahrt zur Arbeit behindert, wäre genau das Richtige, um die Öffentlichkeit dazu zu bringen, ihr Elektroauto in virtuelle Kraftwerke einzubinden, schlägt er vor. Diese Art großzügiger Zahlung mit robusten Verbraucherschutzplanken dürfte sich jedoch für die Versorgungsunternehmen als weniger attraktiv erweisen, die sich lieber mit einem eigenen Batteriepark befassen, als darauf zu zählen, dass eine unbändige Schar von Haushalten zur richtigen Zeit ans Stromnetz angeschlossen ist. All dies stellt ein tragisches Versagen bei der effizienten Nutzung der uns zur Verfügung stehenden sauberen Energieressourcen dar. Während die Welt als Ganzes stark von einer vollständigen Umstellung auf V2G profitieren würde, würden die meisten Akteure darin nur geringe Vorteile oder sogar Nachteile sehen. Wenn die Regierungen nicht eingreifen, um diesen Stillstand zu durchbrechen, wird die derzeitige verschwenderische Stagnation anhalten, sagt Fickling.

Das wegnehmen

Die Lehre daraus scheint zu sein, dass virtuelle Kraftwerke zwar in der Theorie großartig klingen, es in der realen Welt jedoch Hürden gibt, die ihrer Realisierung im Wege stehen. Einige davon sind theoretischer Natur – beispielsweise die Verwaltung der Batterien in Millionen von Autos und Lastwagen – und andere sind schlichtweg pure Gier derjenigen, die ihre Geschäftsmodelle möglicherweise ins Wanken bringen, wenn virtuelle Kraftwerke zur Norm werden.

Wir könnten glauben, dass künstliche Intelligenz dabei helfen könnte, die Millionen von Permutationen zu verwalten, die nötig sind, damit virtuelle Kraftwerke funktionieren, aber das wirft eine andere Sorge auf. Die Rechenzentren, die nötig sind, um KI Wirklichkeit werden zu lassen, verbrauchen enorme Mengen an Strom, was ihre Vorteile zunichte machen könnte. Es macht kaum Sinn, mehr Strom zu verbrauchen, um Strom zu sparen, oder? Die Realität hat die Tendenz, die Art und Weise, wie wir unsere Träume für die Zukunft umsetzen, zu stören.