Das Klima im Blick: Mobilität „vernetzt“ gedacht

Eine erfolgreiche Veränderung auf unseren Straßen funktioniert nur durch die intelligente Verknüpfung von Energie- und Verkehrswende: Weil die längst schon gegenwärtige Zukunftstechnologie Elektromobilität ein leistungsstarkes Stromnetz braucht, gerade auch im Verteilnetz, wo das Laden von Elektrofahrzeugen maßgeblich stattfindet. Ein „intelligentes“ Lastmanagement ist daher gefragt, nicht nur für die Netzintegration öffentlicher, sondern auch privater Ladeinfrastrukturen. Der Energiewirtschaft fällt somit eine zentrale Rolle zu, damit die Mobilitätswende gelingen und ihren Anteil zu den Klimazielen Deutschlands beitragen kann.

von Sonja Sahmer

Mit dem Programm „Fit for 55“ will die EU das Klimaziel einer Treibhausgas-Reduktion von 55 Prozent bis 2030 gegenüber 1990 erreichen. Bis 2050 soll praktisch gar kein CO2 mehr ausgestoßen werden. Die Ansätze und konkreten Maßnahmen dafür sind vielfältig – und liegen auch „auf der Straße“:

Elektromobilität (E-Mobilität) ist nicht nur in der EU sondern weltweit ein wichtiger Schlüssel für eine klimafreundliche Fortbewegung jenseits von Drahtesel und Schusters Rappen.

Auch Deutschland hat sich in diesem Umfeld ambitionierte Ziele gesteckt – und die Verbraucher ziehen mit: Im ersten Halbjahr 2021 wurden knapp 150.000 Elektrofahrzeuge (E-Fahrzeuge) neu zugelassen. Das sind bereits drei Viertel der Gesamtzulassungen des Vorjahres (Quelle: Statista bzw. Kraftfahrt-Bundesamt). In den kommenden zehn Jahren bzw. bis 2030 rechnet allein die Bundesregierung mit bis zu 14 Millionen E-Fahrzeugen, denn die EU-Kommission will ab 2035 gar keine Verbrenner mehr zulassen.

Dafür braucht es eine Menge Strom. Der wird in den kommenden Jahren immer „grüner“, denn Deutschland steckt mitten in der Energiewende.

Strom wird zunehmend „erneuerbarer“

Der Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch hierzulande lag 2020 bereits bei rund 46 Prozent. Den restlichen Teil produzierten jedoch immer noch Kohle-, Gas- und Atomkraftwerke. Bis 2030 will die Bundesregierung den Stromanteil aus regenerativen Quellen auf 65 Prozent steigern, bis 2050 sogar auf 80 Prozent. Der Weg dahin ist schon abgesteckt: Ende 2022 wird in Deutschland das letzte Atomkraftwerk abgeschaltet, spätestens 2038 soll der Ausstieg aus der Kohle vollzogen sein.

Dafür wurden zwar vielfältige erneuerbare Alternativen gefunden, doch gerade die Ausbauziele für Windkraft, bereits heute größter „grüner“ Energieträger, und Solarenergie (Photovoltaik) müssen noch deutlich ansteigen – denn die Stromnachfrage wird laut dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi, Neuschätzung vom Juli 2021) wachsen, auch im Bereich Transport, der bislang nur einen verhältnismäßig kleinen Anteil beim Stromverbrauch darstellt. Denn damit der Betrieb von E-Fahrzeugen weniger CO2 erzeugt, braucht es mehr regenerativ erzeugten Strom.

Der aber muss auch vom Erzeugungsort der Erneuerbaren Energien zum Verbraucher gelangen. Eine wachsende Strommenge braucht also zwingend zusätzliche Leitungskapazitäten, gerade im Übertragungsnetz mit seinen großen Stromtrassen, die etwa den Windstrom aus dem Norden für den Mehrbedarf in den Süden transportieren sollen. Und auch der Aus- und Umbau der regionalen Verteilnetze ist von zentraler Bedeutung, damit der „fahrende“ Mehrbedarf an Strom nicht zulasten der Netzstabilität und Versorgungssicherheit geht.

Transportmittel werden klimafreundlicher

Kein Wunder also, dass die Energiewirtschaft ein zentraler Akteur für die E-Mobilität ist und bereits einiges für eine passende Sektorkopplung tut. Sie engagiert sich schon jetzt auf vielfältige Weise für Mobilitätslösungen, bei denen eine „intelligente“, also datenbasierte und interagierende Vernetzung von Fahrzeug, Stromnetz und Erneuerbare-Energien-Anlagen entscheidend ist. Oder um aus dem Dossier E-Mobilität des BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft zu zitieren:

„Die Energiewirtschaft betrachtet die Elektromobilität nicht einfach nur als alternative Antriebsform. In Kombination mit Strom aus Erneuerbaren Energien wird sie Teil eines integrierten Energiesystems mit Strom, Wärme und Verkehr werden. Elektrofahrzeuge könnten in Zukunft einen wichtigen Beitrag leisten, um das Stromnetz zu stabilisieren, wenn die Einspeisung aus PV- und Windkraftanlagen schwankt. Ist zu viel Strom im Netz, könnte ein Teil davon in Batterien gerade nicht genutzter Fahrzeuge zwischengespeichert werden. Wird im Netz Strom benötigt, könnte dieser aus den Batterien entnommen werden.“

Anders gesagt: Neben der entsprechenden Stromerzeugung und seiner Verteilung in einem ausgebauten Übertragungsnetz kommt der passenden Ladeinfrastruktur in den Verteilnetzen, wie etwa im Versorgungsgebiet von ED Netze, eine große Bedeutung zu.

EE-Ladesäulen überholen Sprit-Zapfsäulen

Das sieht auch die EU so. Im Rahmen des eingangs erwähnten „Fit for 55“-Programms setzt sich die Kommission für bessere Lademöglichkeiten ein. In allen Mitgliedsländern soll es laut ihr bis 2025 auf Hauptstrecken für Autos und Lastwagen alle 60 Kilometer Stromzapfstellen und alle 150 Kilometer Wasserstoff-Tankstellen geben. Bis 2030 sollen EU-weit so 3,5 Millionen Ladestellen entstehen, bis 2050 dann 16,3 Millionen. Denn die letzten Jahre haben gezeigt: Der Ausbau von Ladeinfrastruktur – idealerweise mit „intelligenten“ Ladepunkten – ist ein wichtiger Faktor zur Akzeptanzsteigerung der E-Mobilität auf Kundenseite.

Der bundesdeutsche Masterplan Ladeinfrastruktur, der schon im November 2019 beschlossen wurde, enthält bereits Maßnahmen für den zügigen Aufbau einer flächendeckenden und nutzerfreundlichen Ladeinfrastruktur hierzulande für bis zu zehn Millionen E-Fahrzeuge bis 2030. Konkret geht es dort um gezielte Förderungen, verbesserte gesetzliche Rahmenbedingungen und eine aktive Koordination zwischen Bund, Ländern, Kommunen und Industrie.

Gefragt sind aber nicht nur öffentliche Ladestationen, sondern vor allem auch die Möglichkeit privater Ladeinfrastruktur. Die ist für fast zwei Drittel der Interessenten ausschlaggebend für eine Kaufentscheidung. Besonders Mieter in Mehrfamilienhäusern und Wohnungseigentümer hatten in der Vergangenheit jedoch rechtlich oft keine Möglichkeit, um eine eigene private Ladestation an ihrem Stellplatz zu installieren. Ein Hindernis, das inzwischen beseitigt wurde. Seit Dezember 2020 ist es dank des Wohnungseigentumsmodernisierungsgesetzes (WEMoG) jetzt möglich, Lademöglichkeiten in Mehrfamilienhäusern unkompliziert einzurichten. Mit dem Gebäude-Elektromobilitätsinfrastruktur-Gesetz (GEIG) wird zudem sichergestellt, dass Ladeinfrastruktur problemlos in Neubauten und in renovierten Bestandsgebäuden errichtet werden kann.

Die Herausforderung besteht dabei darin, die Verteilnetze optimal darauf vorzubereiten und gegebenenfalls auszubauen, da Ladestationen für E-Mobilität im privaten Umfeld primär an die Niederspannungsebene angeschlossen werden. Denn nicht die Anzahl der E-Autos könnte kritisch für das Stromnetz werden, sondern die Menge gleichzeitiger Ladevorgänge vor dem Hintergrund der aktuellen Netzsituation: (Verteil)Netzbetreiber müssen perspektivisch „e-mobile“ Ladevorgänge steuern können, um Lasten dynamisch an die Netzkapazität anzupassen und/oder bestehende Netze höher auszulasten.

Eines haben allerdings Studien und Feldversuche (unter anderem das Projekt E-Mobility-Allee von Netze BW) bereits gezeigt: Die aktuelle Netzstruktur könnte, hochgerechnet auf Basis dieser Feldversuche, schon heute Kapazitäten von über zehn Millionen E-Autos verkraften. Zumal die meisten Fahrzeuge nicht an Schnellladesäulen mit bis zu 350 kW „betankt“ werden, sondern am Zielort mit Ladeleistungen zwischen 2,3 kW (was einer normalen Haushaltssteckdose entspricht) und 3,7 bis 11 kW geladen (die übliche Wallbox). Denn neben der verfügbaren Infrastruktur bestimmt auch die verbaute Ladetechnik die maximal mögliche Ladeleistung und damit die Ladezeit bzw. Last im Netz– und niedrige Ladeleistungen, so ergaben Testreihen, sind gut zu verkraften. An den vergleichsweise wenigen Stellen, an denen es Schnelllader gibt, gilt es, die Netz-Infrastruktur gezielt zu stärken.

Einmal mehr sind also „intelligente“ Stromnetze gefragt, deren vernetzte Akteure und smart ausgewertete Daten die Basis eines vorausschauenden Last- bzw. Engpassmanagements sind. Dabei ist aber noch etwas schon jetzt klar: Je größer der Anteil der Erneuerbaren Energien an der Stromversorgung wird, umso wichtiger werden flexible Zwischenenergiespeicher, um künftig gerade die Schwankungen der fluktuierenden Energiequellen Wind- und Sonnenkraft auszugleichen.

Viele E-Fahrzeuge können das Netz stützen

Die Batterien von E-Fahrzeugen könnten, wie bereits erwähnt, hierfür eingesetzt werden, sofern sie über „intelligente“ Ladesäulen ans Stromnetz angeschlossen werden. Ist dann zu viel Strom im Netz, könnte ein Teil davon in Batterien gerade nicht genutzter, zu dem Zeitpunkt noch „entladener“ Fahrzeuge zwischengespeichert werden. Wird im Netz gerade Strom benötigt, könnte dieser dagegen aus den Batterien aufgeladener Wagen entnommen werden. So würden die Potenziale der Digitalisierung einmal mehr für das Stromnetz genutzt, weil eine smarte Technik von E-Ladesäulen zugunsten der Netzstabilität zum Einsatz käme.

Allerdings stellten E-Fahrzeuge, die vor allem privat (also zu Hause oder beim Arbeitgeber) laden, lange eine echte Herausforderung für die Abschätzung von Netzüberlastungen dar. Deswegen wurde 2019 mit der Anpassung des § 19 der Niederspannungsanschlussverordnung (NAV) die bis dahin nicht vorhandene Meldepflicht privater Ladeinfrastruktur rechtlich verankert – und eine Zustimmungspflicht des Netzbetreibers ab einer Summenbemessungsleistung über 12 kVA eingeführt.

Fazit? Um langfristig das Laden von E-Fahrzeugen überall und jederzeit möglich zu machen, werden die Netzbetreiber – auf allen Spannungsebenen – auch weiter kräftig daran mitarbeiten, damit der Mobilitätswende nicht der Strom ausgeht, sondern clever gemanagt zur Verfügung steht. Selbst, wenn der Wind mal nicht kräftig weht oder die Sonne hinter den Wolken bleibt. Sie sind sich ihrer „spannenden“ Aufgabe bewusst, damit der Verkehr hierzulande bis 2050 klimaneutral werden kann, ohne dass die Mobilität der Menschen eingeschränkt wird.