Wie Elektroautos bei Katastrophen helfen können!

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Wie Elektroautos bei Katastrophen helfen können!
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In Florida sind extreme Wetterereignisse seit Jahrhunderten vorprogrammiert und haben stetig zugenommen. Als der Hurrikan «Irma» im September 2017 den Staat traf, blieben etwa 5.8 Millionen Haushalte und Geschäfte tagelang ohne Strom. Die Bewohner standen im «Dunkeln» und mussten bei«tropischer Hitze» ohne Klimaanlagen dort überleben und konnten kaum fliehen. Abgesehen davon funktionierten alle anderen elektrischen Geräte natürlich auch nicht. In einigen Fällen mussten die Menschen bis zu zwölf Tage warten, bis die Stromversorgung vollständig wieder hergestellt war. Was das für jeden Einzelnen bedeutet, kann sich jeder ausmahlen. Herde, Öfen und Warmwasser stehen nicht mehr zur Verfügung. Kein warmes Duschen, keine warme Mahlzeit und der Weg zum nächsten Supermarkt oder vielleicht offenen Imbiss war durch Trümmer verschüttet. Waschmaschinen gehen nicht und Pumpen die Abwasser in Gruben befördern auch nicht. Der Kühlschrank kühlt nicht mehr und das Essen vergammelt. Um nur ein paar Beispiele zu nennen. Wir alle, in den Zivilisationen, wissen nicht wirklich was uns abgeht, wenn wir keinen Strom mehr haben.

Alte Menschen und Kranke mussten mit hohem Risiko evakuiert werden

Bei Stromausfällen geht es nicht nur um Komfort für die Menschen, sondern auch und vor allem um Sicherheit. In mehreren medizinischen Einrichtungen, Krankenhäusern, Pflegeheimen und anderen sozialen Systemen gibt es magnetische Türschlösser, medizinische Geräte, elektrische Bettaufzüge und andere wichtige Geräte, die das Leben dort für viele erst möglich und sicher machen, die nach solch einer Katastrophe nicht mehr funktionierten. Dieser Umstand hat für viele das Leben in diesen Einrichtungen unmöglich gemacht und sie mussten unter gesundheitlichen Risiken in andere Einrichtungen verlegt werden. Viele dieser Häuser wurden regelrecht evakuiert, sonst hätten die Bewohner nicht überlebt. Notstromaggregate laufen oft nur ein paar Stunden lang und können nur wenig Leistung für die wichtigsten Geräte liefern.

Alle Jahre wieder

Seit Jahrhunderten gibt es diese Stürme in Florida und an der Ostküste der USA. Seit die Zivilisation sich aber dort immer weiter ausbreitet, werden auch die Schäden und Opferzahlen bei jedem Sturm grösser. Natürlich sagen auch viele der Klimawandel sei schuld. Gefühlt aber, werden die Stürme auf jeden Fall immer stärker und ihre Auswirkungen fordern mehr Opfer und Schäden. Viele elektrischen Versorger haben diesen Umstand nun zur Kenntnis genommen und ergreifen erste Massnahmen, um das elektrische Netz zukunftssicher zu machen. Natürlich muss man berücksichtigen, dass in den USA die elektrischen Leitungen schon seit je her überirdisch verlegt werden. Und ein Sturm deshalb viel mehr Schaden anrichten kann als bei uns. In diesem grossen Land, mit diesen weiten Entfernungen wäre ein Verlegen der Leitungen unter der Erde unbezahlbar. Die Kosten für das Verlegen eines Kabels unter die Erde kostet in etwa drei mal so viel wie das über Strommasten über der Erde.

Deshalb sind auch die Massnahmen der Versorger andere, als man sie hier erwarten würde. Die Leitungen und Strommaste werden verstärkt. Da wo es wirklich Sinn macht, werden Leitungen unter die Erde verlegt. Bäume, Vegetation und sogar Felsen werden gestutzt oder entfernt, wenn sie Leitungen bei einem Sturm beschädigen könnten. Aber man denkt auch darüber nach, wie Elektroautos in solchen Fällen oder auch generell helfen könnten.

Alle Jahre wieder?

Alle Jahre wieder?

Elektroautos können helfen, sie sind fahrende Energiespeicher!

Elektroautos können eine grosse Kapazität elektrischer Energie speichern. Dadurch könnten sie in der Zukunft als Quellen für Notstrom-Systeme verwendet werden.  Moderne Elektrofahrzeuge können mehr Strom speichern als der durchschnittliche Stromverbrauch eines typischen Haushalts. In Gebieten, in denen extreme Wetterereignisse auftreten, kann die Vehicle-to-Home-Technologie (V2H) verwendet werden, um im Falle eines Stromausfalls Haushalte aus Elektrofahrzeugen mit Strom zu versorgen. Diese Reserve-Stromversorgung von Elektrofahrzeugen kann in Notfällen zur Stromversorgung von Beleuchtung, Kochen, Klimatisieren oder Heizen verwendet werden. Darüber hinaus könnten Elektrofahrzeuge, zum Beispiel von Behörden, notfallmässig zu einer grossen Batterie zusammen geschaltet werden um dann soziale Einrichtungen, wie Krankenhäuser, Pflegeheime oder ähnliche zu versorgen. Das tolle daran ist ja, dass die Autos auch noch mobil sind und sehr schnell an einen Einsatzort gebracht werden können. Weiterhin könnte man sogar, diese zusammen geschaltete Batterie der Elektroautos, mit mobilen Solarelementen wieder aufladen. Nach dem letzten Sturm schien in Florida über Wochen die Sonne. Damit hätte man jeweils und dezentral viele mit Strom versorgen können.

Das Bild zeigt die EV Power Station PCS der Nichicon Corporation. Quelle: Nissan Global

Das Bild zeigt die EV Power Station PCS der Nichicon Corporation. Quelle: Nissan Global

Studien aus den USA und Japan haben bewiesen, dass Elektroautos in vielen Fällen von Katastrophen sehr nützlich für die Versorgung sind. Waldbrände in den Bergen der Sierra Nevada zwangen die Bewohner des Bezirks Calaveras, in einem von Plug-in-Elektrofahrzeugen angetriebenen Schutzraum Zuflucht zu suchen, bis die Stromversorgung wiederhergestellt war. Als die Stadt Napa von einem Erdbeben getroffen wurde, verlor die örtliche Feuerwehr Strom und konnte keinen Kraftstoff in ihre Lastwagen pumpen. Elektroautos wurden verwendet, um die Ausrüstung anzutreiben, die benötigt wurde, um diese Rettungsfahrzeuge wieder in Betrieb zu setzen.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, elektrische Energie zu speichern und freizugeben, können Elektrofahrzeuge eine wertvolle Ressource während der Katastrophenhilfe sein, die in der Zukunft zu einem festen Bestandteil der Notfallplanung in Florida werden könnte.

Wie Elektrofahrzeuge Stromnetze stabilisieren oder temporär ersetzen könnten

Ähnlich wie die Vehicle-to-Home-Technologie, aber in einem viel größeren Maßstab könnten Vehicle-to-Grid (V2G) -Technologien Elektrofahrzeuge verwenden, um ein widerstandsfähigeres Stromnetz zu schaffen. Durchschnittlich bleiben PKWs zu 95% ihrer gesamten Lebensdauer geparkt. Diese Zeit könnte produktiv genutzt werden. Durch die Nutzung des Energiespeichers von rund 226.000 Elektrofahrzeugen in Florida könnte ein „virtuelles Kraftwerk“ zusammengestellt werden, das zur Stabilisierung des Netzes in Spitzenlastzeiten oder durch extremen Wetter bedingten Netzausfällen beitragen kann.

Die Hersteller von Elektroautos haben die Möglichkeiten der V2G nun näher untersucht. Nissan testet seit Jahren verschiedene Vehicle-to-Grid-Systeme (V2G). Derzeit sind alle Leaf-Modelle der nächsten Generation V2G-fähig. Mitsubishi, BMW, Honda und Ford Pick-Ups der F-Serie werden auch V2G fähig sein. Elon Musk, CEO von Tesla, gab kürzlich bekannt, dass er die Technologie in Tesla-Fahrzeugen ebenfalls einbauen werde. Dies könnte ein entscheidender Faktor für die Verwaltung und Reaktion auf Netzausfälle sein.

Vehicle to Grid V2G - Quelle: Newmotion

Vehicle to Grid V2G – Quelle: Newmotion

Wie könnte die Einführung von Elektrofahrzeugen die Stromversorgungsunternehmen beeinflussen?

Der Einsatz von Elektrofahrzeugen nimmt zu. Bis 2038 werden weltweit mehr Elektroautos verkauft als mit fossilen Brennstoffen, und bis 2040 wird jedes dritte Auto laut einer Bloomberg-Prognose zumindest ein Plug-In Fahrzeug sein. Dies ist eine große Verschiebung des Marktes, die sowohl Chancen als auch Bedrohungen für Energieunternehmen schafft. Versorgungsunternehmen, die sich schnell anpassen, sind in der Lage, erhebliche Vorteile zu erzielen und sich als Führer der Veränderung zu etablieren. Diejenigen, die hinterherhinken, werden dagegen wahrscheinlich mit Kundenrückgängen und entgangenen Gewinn belastet.

In den Vereinigten Staaten wird geschätzt, dass ein typisches Elektroauto monatlich 261 kWh verbraucht, was die Stromnachfrage der Haushalte um 25 bis 40% erhöht, was einen erheblichen Anstieg darstellt. Der Ausbau von Elektrofahrzeugen schafft daher eine massive und langfristige Wachstumschance für Stromunternehmen, die unter den jüngsten Umsatzrückgängen im Stromsektor leiden.

Wenn die Stromunternehmen die Netze nicht ausreichend verwalten und steuern, kann auch das Netz dadurch erheblich unter Druck geraten. Stellen Sie sich alle Elektroauto-Besitzer vor, die ihre Autos mehr oder weniger gleichzeitig laden wollen. Und dies ist nicht nur eine theoretische Situation – Untersuchungen mit Elektrofahrzeugen haben ergeben, dass die meisten Fahrer am frühen Abend nach der Rückkehr von der Arbeit, mehr oder weniger ihre Autos aufladen, wenn alle anderen energieverbrauchenden Haushaltsgeräte auch aufgedreht werden. Ein anderes Problem kann auftreten, wenn beim Laden mehr als ein Elektroauto an denselben Transformator angeschlossen ist. Diese als Ladungs-Clustering bezeichnete Situation kann zu Schäden an der elektrischen Ausrüstung von Versorgungsunternehmen führen, die Lebensdauer von Komponenten verringern und zu Ausfällen führen.

Derzeit erfassen, prüfen und analysieren Stromversorger alle Marktdaten um Lösungen anzubieten

Diverse Stromversorger haben in den USA unterschiedlichste Studien, Forschungsprogramme oder Modelle gestartet um bessere Daten und Lösungen zu bekommen. Zum Beispiel werden zunehmend bei Elektroautos von den Herstellern Daten erfasst und zentral ausgewertet wann und wie lange sie wo geladen werden. Dadurch können Modelle erarbeitet werden, mit denen man die Besitzer über günstigere Preise dazu bringt die Fahrzeuge in Zeiten zu laden, in denen nicht so viele andere Nutzer ihre Fahrzeuge laden. Oder Systeme bei denen in der Nacht über längere Zeiträume billiger geladen wird um das Netz zu entlasten.

Bei Unternehmen, wie z.B. UPS (wir berichteten: UPS London gelingt ein Durchbruch zur Elektromobilität), bei denen dieses Problem viel stärker existiert hat man bereits mit Softwarelösungen zum effizienten Laden von Elektroautos gute Erfahrungen gemacht. Diese Fahrzeuge fahren meist in zwei Schichten und haben nur ein paar Stunden um wieder voll geladen zu werden. Jedes Fahrzeug hat unterschiedlich alte und effiziente Batterien. Die Rest-Ladungsmenge ist bei jedem Fahrzeug unterschiedlich hoch. Wenn also die Software auf all diese Daten Zugriff hat, kann sie ein optimiertes Ladevorgehen berechnen und die Fahrzeuge mit maximaler Geschwindigkeit bei gleichzeitig schwacher Belastung des Netzes vollladen. In London konnte UPS so die Spitzenlast – die man von Extern zukaufen musste – auf ein Minimum reduzieren und hat dadurch keine Probleme mehr mit Überlastungen. Vor Kurzem hat das Unternehmen sogar signalisiert, dass sie durch diese intelligente Lösung den Fuhrpark für Elektroautos massiv ausweiten können und wollen. Die Lösung wird derzeit bei UPS weltweit ausgerollt. Zu gross sind die wirtschaftlichen Vorteile, die Elektroautos für solche Unternehmen bieten.

Natürlich sind das alles selbst erarbeitete Kenntnisse die Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil ermöglichen und sie werden sie sicher nicht der Allgemeinheit und / oder Stromversorgern kostenlos zur Verfügung stellen, wenn überhaupt. Es könnte ja ein Konkurrent an die Daten kommen und dann wären die Gelder die man die Entwicklung gesteckt hat verloren. Deshalb arbeiten unterschiedliche Marktteilnehmer an unterschiedlichen Projekten. Generell geht es aber darum erstens mehr über das Nutzerverhalten zu erfahren, wann wird wie schnell geladen. Und zweitens wie kann man Ladevorgänge optimieren und die Stromquellen dezentralisieren. Sprich, was passiert, wenn zum Beispiel in Florida der Ausbau der Solarzellen auf den Dächern gefördert wird? Und der Kauf eines Elektroautos mit grosser Speicherkapazität. Vorstellbar wären auch Gesamtlösungen von Elektritzitätsunternehmen, die den Endkunden all das gegen eine Gebühr zur Verfügung stellen würde, mit dem Vorteil, dass überschüssiger Strom in ihr Netz zurück geliefert wird? Also Auto, Hausbatterien und Solarzellen aus einer Hand.

Die Visionen von Elon Musk mit Tesla und der Gigafactory existieren schon lange

Eigentlich bietet ein Unternehmen schon lange eine Lösung für dieses Problem. Das ist die Firma Tesla bzw. die Gigafactory. Die Gigafactory bietet nicht nur Elektroautos der Marke Tesla an, sondern auch Batteriesysteme und Solaranlagen für Häuser.  Der Vorteil dieses Systems ist, die Software die alle Systeme verbindet und die Hardware kommt aus einer Hand. Mit Solarzellen oder ganzen Solardächern vom Tesla wird der Strom sogar erzeugt wenn es regnet. Der Wirkungsgrad liegt heute bei über 80 %. Tesla bietet darüber hinaus sogenannte PowerWals, die den Strom im Haus speichern. An das System kann das Elektroauto angeschlossen werden. Die Software kann steuern ob die Batterie im Wagen aus dem System aufgeladen werden soll oder ob das Auto Strom an das Haus abgeben soll. Das heisst die Bauteile und Systeme tauschen sich so intelligent aus, dass alle Bedingungen optimal erfüllt werden. Die Solaranlage sorgt für das Aufladen der Batterien, die Software für eine optimale Verteilung bei den Verbrauch und optimiert ihn. Damit wird in den meisten Fällen bereits Autonomie von Stromanbietern in einem Haus erreicht. Darüber hinaus wird meist mehr Strom erzeugt, als das Haus und Auto benötigt. Hat man also noch eine Stromleitung zu einem Netzanbieter kann man dem sogar überschüssigen Strom verkaufen. Das passiert dann vollautomatisch gesteuert durch die Software. Studien zufolge solle es ab einem Ausbau von 30 % aller Häuser, mit diesen Systemen, in den USA zu einer Überproduktion von Strom kommen, der die Preise für Strom auf dem Markt massiv senken wird. Man hätte also zwei Probleme auf einmal gelöst. Einmal die dezentrale Unabhängigkeit bei Katastrophen und zum anderen die umweltschonende und günstige Versorgung des Landes mit günstigem Strom. Tony Seba, ein Professor aus Kalifornien hält interessante Vorträge darüber.

Wenn sich jetzt also auch noch Netzbetreiber, Mobilitätsunternehmen, Stromversorger und die Politik zusammen setzen würde, würde man diesen Prozess vermutlich extrem beschleunigen und es würde zu quasi Normen führen die der ganzen Welt helfen könnten.

 

 

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