Journal Paper: Ökobilanz von Netzrückwirkungen durch bidirektionales Laden
Im Rahmen des TP Forschung wurden Umweltwirkungen bidirektionaler Ladestrategien, wie Vehicle-to-Grid (V2G) oder Vehicle-to-Home (V2H), auf die Infrastruktur des Stromverteilnetzes der Zukunft untersucht. Dazu wurde eine Lebenszyklusanalyse (LCA) zum zukünftigen Netzausbaubedarf bis 2040 in Abhängigkeit der Ladestrategie durchgeführt. Die anschließende Gegenüberstellung resultierender Umweltwirkungen im Vergleich zu potenziell positiven Effekten des bidirektionalen Ladens, beispielsweise auf Treibhausgasemissionen (THG) im Fahrzeugbetrieb, geben Aufschluss über die mögliche Gesamtbilanz einer großflächigen Implementierung.
Mittels des Stromnetz- und Energiesystem-Modells „GridSim“ der FfE wurde der Netzausbaubedarf im zukünftigen Verteilnetz in Abhängigkeit der Ladestrategie bestimmt. Für die Fallstudie dienen Daten von Niederspannungsnetzen aus dem Jahr 2020, bereitgestellt von der Bayernwerk Netz GmbH. Die Simulationsergebnisse dienen als Input für eine prospektive Lebenszyklusanalyse (pLCA), um die Auswirkungen verschiedener Ladestrategien auf das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) des Netzausbaubedarfs zu quantifizieren.
Die Studie zeigt, dass ein Szenario mit rein preisoptimiertem V2G-Laden im untersuchten Netzgebiet zu den größten Belastungen führt, was einen erheblichen Ausbau der Niederspannungsnetze erfordert. Dies ist auf höhere Ladegleichzeitigkeiten sowie Strommengen, die zusätzlich geladen und entladen werden, und damit verbundene Netzverluste zurückzuführen. Der Netzausbaubedarf kann im gemischten Szenario hingegen reduziert werden.
Auf technologischer Ebene führt bidirektionales Laden zu Netto-Reduktionen der Betriebsemissionen von BEVs. In Zeiten von Engpässen bei erneuerbaren Energien und hohen Strompreisen können BEVs als flexible Speicher- und Einspeiseeinheiten genutzt werden. Im Vergleich zum direkten Laden sinken die Emissionen im V2G-Szenario um ca. 96 kg CO2-Äquivalente pro Jahr und BEV (im gemischten Szenario um ca. 30 kg CO2-Äquivalente pro Jahr und BEV). Selbst unter Berücksichtigung der höheren Umweltwirkungen durch Ladeinfrastruktur sowie Netzausbaubedarfs und -verlusten können die THG-Reduktionen während der Betriebsphase insgesamt zur Verringerung des Treibhauspotenzials pro Fahrzeug führen.
Der Fokus dieser Studie liegt auf dem Treibhauspotenzial. Andere Wirkungskategorien sollten in weiterführender Forschung Berücksichtigung finden. Für eine langfristig nachhaltige Gestaltung von Elektromobilität sind zudem nicht nur Umweltwirkungen in der Betriebsphase des Fahrzeugs zu betrachten, sondern auch die mit der Produktionsphase von BEVs verbundenen Umweltwirkungen zu reduzieren.
Link zur Veröffentlichung: Green light for bidirectional charging? Unveiling grid repercussions and life cycle impacts
Daniela Wohlschlager (FfE)
