Energiebedarf für das Laden von Elektrofahrzeugen

15.03.2020

In diesem Beitrag soll der künftig möglicherweise stark ansteigende Energiebedarf, der sich beim Laden vieler Elektrofahrzeuge ergibt, einmal beleuchtet werden, jedoch nicht von der Einspeise- und Versorgerseite her, sondern eher auf der letzten Meile direkt beim Verbraucher. 

Diese Problemstellung rückt so lange nicht in den Fokus, wie wir nur über vereinzelte Ladestationen reden. Solche Hotspots kann das Netz durchaus verkraften und auch bedienen. Was jedoch, wenn sich der Bedarf an Ladestationen einmal so entwickelt, wie es von vielen Enthusiasten dieser Antriebsform erwünscht ist? Um dieser Fragestellung auf den Grund zu gehen, müssen wir uns erst einmal über die Größenordnungen klar werden, um die es hier geht. Ziel ist es, eine gewisse Energiemenge in einem Fahrzeug zu speichern: 

  • Tun wir das beispielsweise mit Benzin, nutzen wir einen Energieträger, der pro Liter eine Energiemenge von ca. 10 Kilowattstunden (kWh) innehat. Das Laden findet an der Tankstelle statt, hier tanken wir in ca. zwei Minuten ca. 50 Liter Kraftstoff, das entspricht dann einer Energiemenge von ca. 500 kWh. Leider hat aber der Ottomotor einen Wirkungsgrad von bestenfalls 40 Prozent, sodass wir effektiv nur ca. 200 kWh an Bord haben.

    Hat der Motor eine Leistung von 100 kW (135 PS), könnten wir damit zwei Stunden lang fahren – bei Volllast wohlgemerkt. Nutzen wir den Motor dagegen durchschnittlich im Bereich von 25 Prozent, entspricht das einer Dauer von acht Stunden. Daraus ergäben sich bei 90 Stundenkilometern Durchschnittsgeschwindigkeit 720 Kilometer Reichweite. Macht also zwei Minuten Tanken für 720 Kilometer. 
  • Tanken wir hingegen elektrisch, gibt es die verschiedensten Größenordnungen. Das Größte, was Tesla in diesem Bereich zu bieten hat, sind die Supercharger mit bis zu 250 kW Leistung – eher eine theoretische Größe. Widmen wir uns lieber den gebräuchlichen Ladestationen für das häusliche und gewerbliche Umfeld. Denn geladen wird sinnigerweise entweder zu Hause oder am Arbeitsplatz – dort also, wo die Fahrzeuge längere Standzeiten haben. Die hier üblichen Leistungsklassen reichen von 3,6 kW bis 44 kW Ladeleistung.

    Was aus dieser Spanne tatsächlich genutzt werden kann ist stark von den örtlichen Gegebenheiten abhängig. Die 3,6 kW können einem üblichen einphasigen „Steckdosenstromkreis“ mit 16 Ampere Absicherung entnommen werden, die 44 kW kommen hingegen nur bei einem Dreiphasenwechselstrom-Anschluss (Drehstrom) mit 63 Ampere in Frage, also eher einem Anschlusssystem, was im privaten oder häuslichen Umfeld kaum bekannt sein dürfte. Möchte man nun eine Batterie in der Größenordnung 40 kWh komplett aufladen, kann man, wenn man diverse Systemverluste einmal ausrechnet, dem Dreisatz folgen: Mit 44 kW Ladeleistung ist der Speicher in ca. einer Stunde geladen, mit 3,6 kW dauert es einen halben Tag. Mit einer solchen Batterie kommt man gemäß WLTP (Worldwide Harmonized Light vehicles Test Procedure)-Zyklus theoretisch ca. 300 Kilometer weit. 

Bleiben wir einmal im Segment des privaten Wohnraums und schauen uns an, wie die letzte Meile für leistungsfähige Ladestationen konkret aussehen müsste: Wenn wir uns in Wohnsiedlungen mit Ein- und Zweifamilienhäusern sowie Reihenhäusern umsehen, entdecken wir irgendwo eine Trafostation, die für einen gewissen Energiebedarf konzipiert und bilanziert ist. Nehmen wir einmal an, dass ein Einfamilienhaus mit Elektroherd, Wasch- und Spülmaschine sowie zahlreichen Kleinverbrauchern auf 20 kW bilanziert ist - dies passt auch zum Hausanschluss des Versorgers, der oft mit 35 Ampere abgesichert ist. Macht bei 40 Häusern und ein wenig Blindleistung ein Trafostation von 1.000 kVA. Aber natürlich laufen nicht in allen 40 Häusern Herd, Wasch- und Spülmaschine gleichzeitig, was eine gewisse Varianz in das System bringt und durch den Gleichzeitigkeitsfaktor ausgedrückt wird. 

Möchten wir nun einen Renault Zoe mit 41-kWh-Batterie einigermaßen zügig betanken, sollte mindestens ein 32-Ampere-Anschluss zur Verfügung stehen, mit dem eine Leistung von 22 kW bereitgestellt werden könnte. Ein vollständiges Aufladen wäre so in etwas mehr als zwei Stunden möglich. Was bedeutet das für die Bilanz des betroffenen Hauses und der vorgelagerten Trafostation? 

Für das Haus ergibt sich eine ungefähre Verdopplung des Leistungsbedarfs. Bauen nur einzelne Anwohner eine solche Ladestation auf, kann dies durch die genannte unwahrscheinliche Gleichzeitigkeit der Energieentnahme abgefangen werden. Aber ab einem gewissen Anteil wird das Thema für die Trafostation relevant, und wenn dann, was zu erwarten ist, alle Elektromobilbetreiber nachts ihr Fahrzeug betanken, könnte es schon einmal eng werden mit der Energieversorgung. 

Nicht besser sieht es bei Mehrfamilienhäusern oder Gewerbeobjekten mit Großgaragen aus: Ein paar wenige Wallboxen werden die Energiebilanz nicht aus dem Gleichgewicht bringen. Soll hingegen im großen Stil geladen werden, sind neue Ideen und Konzepte gefragt, da die derzeitige öffentliche versorgungstechnische Infrastruktur nicht für hohe Ladeleistungen konzipiert ist. Und was ist eigentlich mit den zahlreichen Laternenparkern? Offenkundig kann hier ein größerer Bedarf nicht befriedigt werden. 

Natürlich gibt es bereits Ideen, das Thema zu entschärfen. So wäre es am Beispiel der Reihenhaussiedlungen möglich, dass sich die Fahrzeuge untereinander „absprechen“. Bei einer Standzeit von 12 oder 14 Stunden und einem Ladezeitbedarf von zwei Stunden per 22-kW-Wallbox liegt es nahe, ein sequentielles Laden zu organisieren und den Leistungsbedarf somit auf einen längeren Zeitraum zu strecken. Oder die Energie wird dem Netz tagsüber zu Schwachlastzeiten, wenn die Fahrzeuge „on the road“ sind, entnommen und in Batteriesystemen zwischengespeichert. Ganz kühne „Visionäre“ kommen auch auf die Idee, die Energie mittels BHKW (Blockheizkraftwerk) lokal bereitzustellen und somit fossile Energieträger zu verheizen, um Strom für die umweltfreundlichen Elektrofahrzeuge zu erzeugen. Na, schönen Dank … 

Jedoch sind abgesehen von solchen absurden Gedankenspielen Ideen gefragt, wie die Energie in die Wallboxen kommen soll, wenn das Thema E-Mobilität Akzeptanz auf breiter Basis finden soll. ::: Jörg Schulz :::




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