Wann kommt bidirektionales Laden von E-Autos?

Elektrofahrzeuge könnten künftig durch bidirektionales Laden dem Netz nicht nur Strom entnehmen, sondern bei Bedarf auch zurückspeisen. Wie weit ist dieses Prinzip vorangeschritten? Ein Überblick.

×

Gerade erst hat man sein Elektroauto aufgeladen, soll es den Strom schon wieder abgeben? Bidirektionales Laden kann dem Energiemarkt einen wertvollen Dienst erweisen, denn mit voranschreitender Energiewende hat das Stromnetz einen höheren Bedarf an flexiblen Speichern, um die Anforderungen der Sektoren wie Strom, Wärme und Mobilität zu bedienen und gleichzeitig das Netz stabil zu halten. Und die Fahrzeugbesitzer könnten in Zukunft sogar Geld damit verdienen. Jedoch ist das Thema bidirektionales Laden in Deutschland und Europa noch relativ jung. Nur wenige Ladestationen oder Fahrzeuge verfügen über die nötige Technik. Dabei wäre die Technik kein Problem, die Hürden sind eher rechtlicher und regulatorischer Natur.

Das Prinzip ist einfach: Die Technologie des bidirektionalen Ladens ist ein dezentraler Ansatz, bei dem die Batterien von Elektrofahrzeugen sowohl be- als auch entladen werden können. Ein Elektroauto sei damit in der Lage, überschüssigen Strom von der Photovoltaik-Anlage eines Hauses in seiner Batterie zu speichern, wie Ursel Willrett von IAV im Artikel Elektrofahrzeuge – Standardisierte Anbindung an Smart-Home-Systeme (Seite 41) aus der ATZelektronik 4-2018 schreibt. "Während Spitzenlastzeiten kann die Batterie die elektrische Energie an die Verbraucher im Haus abgeben, um das Netz im Haus zu stabilisieren. Strombezug aus dem externen Netz ist nicht erforderlich oder wird minimiert", so Willrett. 

Noch kein Baustein der Energie- und Verkehrswende

Sowohl das Konzept Vehicle-to-Grid kurz V2G (Vom Fahrzeug zum Netz) als auch Vehicle-to-home kurz V2H (Vom Fahrzeug ins Haus) setzen eine bidirektionale Steuerung des Energieflusses an der Ladesäule voraus, so die Springer-Autoren Marcel Linnemann und Christoph Nagel im Kapitel Entwicklung der E-Mobilität – europäische Ebene aus dem Buch Elektromobilität und die Rolle der Energiewirtschaft. Unter V2G wird das Nutzen von E-Fahrzeug-Batteriespeichern zum Zwecke der Stromnetzentlastung verstanden. Vehicle-to-home, das teils auch als Vehicle-to-Building (V2B) bezeichnet wird, ist im Konzept mit Vehicle-to-Grid vergleichbar. Der Strom wird jedoch nicht in das öffentliche Stromnetz, sondern in das Hausstromnetz eingespeist. 

Die Integration von Elektroautos in das häusliche Stromnetz hat großes Potenzial, die Stromkosten des Hausbesitzers zu senken sowie die Netzstabilität und Versorgungssicherheit zu erhöhen. Durch die intelligent gesteuerte Integration von E-Fahrzeugen in das Stromnetz kann auch der Anteil regenerativ erzeugter Energie am Gesamtverbrauch in Deutschland weiter erhöht werden. Allerdings besteht derzeit die Problematik, dass eine Vielzahl von Ladesäulen und E-Fahrzeugen das bidirektionale Laden noch nicht unterstützen, wie die Springer-Autoren Linnemann und Nagel im Buchkapitel weiter erläutern. "Während im Automobilbereich internationale Standards die Basis bilden, kommt im Energiebereich in der Regel noch eine stärker nationalstaatlich geprägte Regulierung hinzu. Eine große Zahl an Marktteilnehmern – jeder Autobesitzer wird zum Kraftwerksbetreiber – würde das Energiehandling gerade in Deutschland sehr komplex machen", ergänzt Susanne Roeder im Artikel Das Auto als Pufferspeicher (Seite 9) aus der ATZelektronik 3-2021. In den Niederlanden könnten Fahrzeuge schon heute die Ladesäulen standardmäßig smart und bidirektional nutzen, in Deutschland sei dies bisher nicht vorgesehen. 

In puncto Kommunikationsstandards ist man nun einen Schritt weiter. Im April wurde die Norm ISO 15118-20, die auf die ISO 15118-2 aufsetzt, verabschiedet. Sie umfasst nicht nur Funktionen wie Plug&Charge, sondern deckt auch bidirektionales Laden und künftige automatisierte Ladesysteme ab.

Sektorenübergreifende Initiative erstellt Positionspapier

Um ökologische und volkswirtschaftliche Potenziale des bidirektionalen Ladens voll auszuschöpfen, hat die im Herbst 2021 gegründete "Initiative Bidirektionales Laden" kürzlich ein Positionspapier zur Förderung der Technologie vorgestellt. Die Initiative ist ein Zusammenschluss von Unternehmen der Automobil-, Energie- und Ladeinfrastrukturbranche, die von einer Parkhausgesellschaft, einem Softwarespezialisten sowie zwei Beratungshäusern flankiert werden. Laut der Initiative befände sich bidirektionales Laden zwar in einem fortgeschrittenem Entwicklungsstadium, allerdings fehlten noch die regulatorischen Rahmenbedingungen, um das bidirektionale Laden auch für alle Beteiligten interessant zu machen. Die insgesamt 17 Mitglieder wollen sich dafür einsetzen, die für das bidirektionale Laden notwendigen regulatorischen Rahmenbedingungen zielführend voranzubringen. Das Positionspapier schlägt konkrete Schritte für die Markteinführung von bidirektionalem Laden vor:

• Schaffung einer konkreten, einheitlichen Legaldefinition als Voraussetzung für technische und energiewirtschaftliche Entwicklungen.
• Auflegen eines speziellen, zeitlich befristeten Förderprogramms für bidirektionale Ladeinfrastruktur, um weitere Lock-In-Effekte durch die ausschließliche Unterstützung unidirektionaler Ladeinfrastruktur zu verhindern und zügig wettbewerbsfähige Konditionen auf dem Markt zu schaffen.
• Weiterentwicklung der Steuerung von Verbrauchseinrichtungen und Flexibilitätsbeschaffung im Verteilnetz.
• Senkung der Mindestgebotsgröße am Regelenergiemarkt von 5 MW auf 1 MW, um Eintrittsbarrieren für mobile Speicher zu reduzieren.
• Stromnebenkostenbefreiung für mobile Speicher durch Gleichstellung mit stationären Speichern, um eine drohende Doppelbelastung von als Speicher genutzten Elektrofahrzeugen zu verhindern.
• Ausbau der Kommunikationsinfrastruktur durch eine gezielte Beschleunigung des Smart-Meter-Rollouts durch Anreize für den freiwilligen Einbau von intelligenten Zählern.
• Erhöhung der wirtschaftlichen Motivation von Netzbetreibern durch eine Berücksichtigung der netzdienlichen Flexibilitätsnutzung von (mobilen) Speichern, die Digitalisierung der Netztechnik und der damit jeweils einhergehenden operativen Kosten in der Anreizregulierung.

Forschungsprojekte zur bidirektionalen Ladetechnologie

Derweil haben es sich zahlreiche Forschungsprojekte zum Ziel gemacht, bidirektionale, also rückspeisefähige, Ladetechnologie zu erproben. Bereits 2018 haben sich die Unternehmen The Mobility House, Enervie, Amprion und Nissan zusammengetan und das erste bidirektional ladefähige E-Fahrzeug vorgestellt, das sich gemäß allen regulatorischen Anforderungen eines Übertragungsnetzbetreibers für die Primärregelleistung qualifiziert hat. Das Projekt hat gezeigt, dass ein Elektroauto als Teil des Energiemarktes durchaus Geld verdienen kann. Jedoch wird daraus so schnell kein Alltagsgeschäft: Die Preise für die Ladetechnik als auch regulatorische Hürden bilden noch Hindernisse, gibt The Mobility House an. Dazu kommt: Das Fahrzeug musste während der gesamten Zeit an der Ladesäule verbleiben, da für die Teilnahme am Primärregelenergiemarkt eine ständige Verfügbarkeit Voraussetzung ist, erklären die Autoren Linnemann und Nagel. Wenn ein E-Fahrzeug für mindestens einen Tag nicht genutzt werden kann, schränke das die Praxistauglichkeit im Alltag ein.

Die Ergebnisse des Forschungsprojekts INEES zeigten, dass ein wirtschaftlicher Einsatz von Vehicle-to-Grid in den meisten untersuchten Szenarien scheiterte. Dies habe "vor allem an einem zu hohen Verhältnis der entstehenden Kosten zu den erzielbaren Umsätzen, überwiegend geschuldet durch die begrenzte Zyklenfestigkeit der Batteriespeicher" gelegen, so die Springer-Autoren Linnemann und Nagel. Untersuchungen von The Mobility House in Zusammenarbeit mit der TU München hätten jedoch gezeigt, dass durch eine gleichmäßige Belastung die Lebensdauer eines Batteriespeichers stabil bleibe und in besonderen Einsatzfällen sogar verlängert werden könne. "Dennoch wurde auch 2016 die Wirtschaftlichkeit einer Vehicle-to-Grid-Nutzung eines Elektroautos als unwirtschaftlich beschrieben. Geplante Gesetzesänderungen, technische Weiterentwicklungen und der Wandel des Energiesystems können die Wirtschaftlichkeit in Zukunft jedoch deutlich verbessern", so die Autoren. Mit zunehmender Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen könnte sich bidirektionales Laden für deren Besitzer zukünftig bezahlt machen, wie eine Studie der Technischen Hochschule Ingolstadt herausgefunden hat.

Zu den jüngeren Forschungsprojekten gehört das Verbundprojekt "München elektrisiert". Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft hat im Rahmen des Projekts herausgefunden, dass Fallstudien ein grundsätzlich positives Ergebnis hinsichtlich der Integration von BEVs in das Verteilnetz in Kombination mit Lastmanagement gezeigt hätten. Zudem ist Ende 2019 das Projekt  "Bidirektionales Lademanagement – BDL" unter der Konsortialführung von BMW gestartet. Seit Sommer 2021 sind die ersten 50 BMW i3 mit bidirektionaler Ladetechnologie unter Realbedingungen im Alltag in Erprobung. Auch Volkswagen geht beim bidirektionalen Laden voran: Alle ID.-Modelle mit der 77-kWh-Batterie sollen künftig für diese Technologie befähigt werden. Für bereits ausgelieferte Fahrzeuge sollen sie sukzessive auch per Over-the-Air-Update verfügbar sein. Ebenso verfügt der Renault Mégane E-Tech Electric über die technische Voraussetzung für das bidirektionale Laden. Auch Audi und die Hager Group haben ein Forschungsprojekt zum bidirektionalen Laden ins Leben gerufen. Weitere Pilotprojekte führen zum Beispiel Stromnetzbetreiber Tennet, Nissan und Renault durch.