Elektroautos in einer von erneuerbaren Energien geprägten Energiewirtschaft

Kurzfassung

Die Bundesregierung hat sich das Ziel gesetzt, Deutschland zum Leitmarkt für Elektromobilität zu machen. Dadurch entstehende potenzielle energiewirtschaftliche und ökologische Auswirkungen werden in diesem Artikel beschrieben. Um den „Ladestrommix“, also den Kraftwerkspark, der zur Beladung von Elektrofahrzeugen in Anspruch genommen wird, zu quantifizieren, werden zwei energiewirtschaftliche Modelle, ein Modell zur Nachfragemodellierung von Elektromobilität, ein Fahrzeugmodell und ein Ökobilanzmodell gekoppelt. Basierend auf einer angenommenen dynamischen Zunahme auf 12 Millionen Elektrofahrzeuge im Jahr 2030 errechnet sich eine zusätzliche Stromnachfrage für das Jahr 2030 von rund 18 TWh. Falls die Fahrzeugbatterien täglich nach dem letzten Weg aufgeladen werden, steigt die Spitzenlast trotz der nur geringfügigen Nachfrageerhöhung um bis zu 12 %. Erste Modellrechnungen zur Entwicklung des europäischen Kraftwerksparks bis 2030 lassen aber erkennen, dass die direkte Auswirkung auf den Zubau von Kraftwerken auch noch im Jahr 2030 gering ist. Der Einfluss von Elektromobilität auf die CO2-Zertifikatskosten ist erst ab 2025 festzustellen und beschränkt sich auf eine Erhöhung des Zertifikatspreises um maximal 8 % im Jahr 2030. Optimierungspotenzial ergibt sich durch gesteuertes Laden (orientiert an Börsenpreis und damit Windeinspeisung und Netzbelastung): Die bei ungeregelter Aufladung entstehende Spitzenlast kann um rund 5 GW gesenkt und rund 600 GWh Windstrom müssen nicht abgeregelt werden – rund 3,5 % des gesamten Fahrstrombedarfs. Diese gesteuerte Ladung trägt allerdings auch dazu bei, dass nicht mehr überwiegend Gaskraftwerke, sondern zumindest mittelfristig Steinkohlekraftwerke das neue Verbrauchssegment abdecken. Wenn neben dem gesteuerten Aufladen zusätzliche erneuerbare Energieanlagen zugebaut werden, ist der benötigte Strom nahezu CO2-frei. Dies spiegelt sich auch in der Treibhausgasbilanz des Elektroautos wider, die auch die Batterieherstellung basierend auf Herstellerdaten abbildet: Bei heutigem Strommix stellt sich eine vergleichbare Treibhausgasbilanz ein wie bei konventionell betriebenen Fahrzeugen. Mit dem Strommix 2030 oder der Betankung mit zusätzlichen erneuerbaren Energieanlagen können dann jedoch deutliche Klimavorteile erschlossen werden. Um ein intelligentes Ladekonzept zu ermöglichen, wird im Rahmen des Flottenversuchs ein eigens entwickeltes mobiles Lademanagementsystem in die Fahrzeuge eingebaut, das sowohl eine intelligente Ladung wie auch eine 30 kW-Schnellladung auf Basis einer dezentralen Lade-/Entlade-Entscheidung erlaubt. The German Federal Government wants to establish Germany as a leading market for electric mobility. Potential environmental benefits and changes in the economic framework conditions of the energy sector are described in this paper. In order to quantify the electricity split which is actually used for charging electric vehicles, two economic models for the energy sector, a model for the market penetration of electric vehicles, a vehicle model and an LCA model are brought together. Based on an assumed dynamic increase of electric vehicles to 12 million in 2030, an additional electricity demand of about 18 TWh is calculated. If the vehicles are charged directly after their last daily trip, the peak load increases by 12%—despite the small increase in electricity demand. First model calculations for the development of the European power generation system show that the direct impact on the construction of new power plants remains low even until 2030. An impact of electric mobility on CO2 certificate prices can only be seen from 2025 onwards and is limited to an increase in certificate prices by a maximum of 8 % in 2030. An optimisation is possible with intelligent charging strategies: The peak load without demand side management can be reduced by 5 GW and about 600 GWh of additional wind energy can used which would otherwise have been throttled due to feed-in management—about 3.5 % of the total electricity demand of electric vehicles. On the other hand, demand side management leads to more coal power plants instead of gas power plants being used to meet the additional electricity demand. If additional renewable sources are installed along with demand side management, the electricity for electric vehicles is almost carbon free. This is also reflected in the life cycle balance of electric vehicles which also includes vehicle and battery production: With today’s average electricity split in Germany, the greenhouse gas emissions of electric vehicles are about comparable to vehicles with conventional combustion engines. However, the electricity split in 2030 or the use of additional renewable energy sources lead to a significant advantage in the greenhouse gas balance.