Letzte Aktualisierung im Januar 2023
5 Elektromobilität und die Energiewende
Wie viel zusätzlichen Strom aus erneuerbaren Energien wird Deutschland für die E-Fahrzeuge brauchen?
Im Jahr 2020 betrug der Stromverbrauch im Verkehrssektor rund 11,5 TWh, also 11.500 Mio. kWh oder 2 Prozent des Gesamtverbrauches in Deutschland. Von diesem Verbrauch entfielen jedoch nur etwa 0,7 TWh auf den Straßen-, der Rest auf den Schienenverkehr.
Nach dem Willen der Bundesregierung sollen im Jahr 2030 bereits 15 Mio. Elektro-Pkw auf deutschen Straßen unterwegs sein. Zusätzlich soll im Jahr 2030 bereits ein Drittel der Fahrleistung von schweren Lkw elektrisch erbracht werden.
Mit einem steigenden Anteil an Elektrofahrzeugen in der Fahrzeugflotte nimmt auch der Strombedarf im Verkehrssektor zu. Szenarioanalysen für ein „Klimaneutrales Deutschland im Jahr 2045“ zeigen, dass die Stromnachfrage im Verkehrssektor bis zum Jahr 2030 auf 74 TWh wachsen und sich damit im Vergleich zu heute auf das Sechsfache erhöhen würde, bis 2045 sogar auf 175 TWh. Dieser Anstieg entspricht ungefähr 80 Prozent der heute mit Wind, Solar und Wasserkraft erzeugten Strommenge.
Die Transformation hin zu einer treibhausgasneutralen Gesellschaft wird nicht nur im Verkehrssektor mit starken Veränderungen bei der Stromnachfrage einhergehen. In dem Szenario Klimaneutrales Deutschland 2045 wird gezeigt, dass trotz Energieeffizienzmaßnahmen an anderer Stelle die Stromnachfrage von heute rund 600 Terrawattstunden bis zum Jahr 2045 um rund 70 Prozent auf über 1.000 Terrawattstunden ansteigen kann.
So führt zum Beispiel im Gebäudebereich der Einsatz von Wärmepumpen und strombasierte Fernwärmebereitstellung zu einem Zusatzverbrauch. Im Industriesektor erhöht sich der Strombedarf bis 2045 durch eine Elektrifizierung der Bereitstellung von Prozesswärme, dem Einstieg in die strombasierte Dampfbereitstellung und eine steigende Produktion von Sekundärstahl um 91 TWh. Zudem werden neue Prozesse wie die Elektrolyse für die Wasserstoffproduktion und die als DACS (Direct Air Capture and Storage) bezeichnete Abscheidung von CO2 aus der Luft zur geologischen Speicherung den Verbrauch um mehr als 150 TWh erhöhen.
Bruttostromverbrauch im Szenario „Klimaneutrales Deutschland“
Quelle: Prognos, Öko-Institut, Wuppertal-Institut (2021): Klimaneutrales Deutschland 2045 Stand: Juni 2021 Die Umstellung auf Elektromobilität wird langfristig erhebliche Auswirkungen auf die Stromerzeugung in Deutschland haben, sie steht damit aber nicht alleine da. Damit sie ihrem Klimaschutzanspruch gerecht wird, müssen die erneuerbaren Energien rechtzeitig entsprechend ausgebaut werden.
Unternehmen können einen Beitrag dazu leisten, indem sie Flächen für die Erzeugung von Strom aus Photovoltaik oder auch Windenergie nutzen.
Führen Elektroautos zu einer Überlastung des Stromnetzes?
Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektroautos wird sich die Stromnachfrage in den Netzen erhöhen. Neue Stromverbraucher wie zum Beispiel elektrische Wärmepumpen, Elektrolyseure und neue Prozesse in der Industrie, aber auch die zunehmende fluktuierende Einspeisung erneuerbarer Energien belasten die Netze zusätzlich.
Dadurch könnten Leitungen örtlich begrenzt überhitzen, Spannungsabweichungen auftreten und die Spitzenlast im gesamten System ansteigen. Die Größe dieser Effekte können lokal sehr unterschiedlich ausfallen. Während Teile des Stromnetzes der steigenden Nachfrage auch künftig gewachsen sein werden, können regional umfangreiche Ausbauten der Netze notwendig werden.
Schafft sich beispielsweise in einem Vorort jeder fünfte Haushalt ein Elektroauto an, könnte die maximale Auslastung des lokalen Netzes um 50 Prozent steigen. Bei schwach ausgelegten Netzen besteht die Gefahr, dass Leitungen und Transformatoren überlastet werden. Um solche negativen Folgen zu vermeiden, müssen seit März 2019 alle Ladepunkte beim örtlichen Netzbetreiber angemeldet werden. Damit bekommen diese die Möglichkeit, zielgerichtet auf die steigende Anzahl von Elektrofahrzeugen zu reagieren und bedarfsgerecht in den Ausbau der Verteilnetze zu investieren. Ladepunkte ab 22 kW müssen nicht nur angemeldet, sondern beantragt werden.
Die Stromnachfrage ist heute üblicherweise am frühen Abend am höchsten. Um die Netze zu entlasten, Lastspitzen zu vermeiden und den Ausbaubedarf zu reduzieren, wird es wichtiger, den Ladevorgang intelligent zu steuern. Lastspitzen können beispielsweise durch eine zeitliche Staffelung vermieden werden. Deshalb ist es wichtig, schon heute die technischen Voraussetzungen und regulatorischen Rahmenbedingungen dafür zu schaffen.
Können Stromversorger auf die Akkus der E-Fahrzeuge zugreifen, um sie als Speicher für Schwankungen bei den erneuerbaren Energien zu nutzen?
Je höher der Anteil an erneuerbaren Energien mit fluktuierender Erzeugung im Strommix wird, desto größer wird die Herausforderung für die Netzstabilität. Die Batterien der Elektrofahrzeuge könnten diese Fluktuation theoretisch dämpfen, indem sie netzdienlich geladen werden oder Strom in Zeiten hoher Nachfrage und geringem Angebot in das Netz einspeisen.
Technisch ist das Rückspeisen, das auch als bidirektionales Laden oder Vehicle-to-Grid bezeichnet wird, bereits möglich. Mittelfristig könnte diese Technologie helfen, Schwankungen bei der Stromerzeugung auszugleichen. Bisher spielen solche Konzepte jedoch in der Praxis keine Rolle, da es an den dafür notwendigen neuen Geschäftsmodellen mangelt. Dafür müsste geklärt werden, welche rechtlichen Konsequenzen das bidirektionale Laden besitzt, und sichergestellt werden, dass sich das häufige Be- und Entladen nicht negativ auf die Alterung der Fahrzeugbatterien auswirkt.
Es gibt eine Reihe von weiteren Ansätzen zum Dämpfen der Erzeugungsschwankungen der erneuerbaren Stromerzeugung. Dies sind zum Beispiel die Nutzung von stationären Energiespeichern, die Zwischenspeicherung von Strom als Wärme (Power-to-Heat) oder Speicherung in Form von synthetischem Gas (Power-to-Gas). Verglichen mit der Alternative, überschüssigen Strom in Wasserstoff oder synthetischen Kraftstoff umzuwandeln, ist die Zwischenspeicherung in Fahrzeugbatterien aber energieeffizienter.
Andere Konzepte adressieren die Nachfrage. Mit zunehmender Verbreitung von Elektrofahrzeugen wird die Entwicklung intelligenter Ladestrategien zur Glättung von Lastspitzen immer wichtiger. Dies beinhaltet beispielsweise eine zeitliche Staffelung von Ladevorgängen. Über die Anbindung an ein intelligentes Stromnetz (Smart Grid) werden Fahrzeugbatterien vorzugsweise dann geladen, wenn viel erneuerbarer Strom erzeugt wird und dieser besonders günstig ist. Solche gesteuerten Ladevorgänge werden bereits getestet und sind mittelfristig wohl relevanter als „Vehicle-to-Grid“. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass sich gesteuertes Laden vorteilhaft auf das Verteilnetz in Deutschland auswirken wird. Die Investitionen, die durch die Strom-, Wärme- und Verkehrswende erforderlich sind, lassen sich so um bis zu 50 Prozent reduzieren.