Elektroautos und das Internet der Energie


Wie steht es um die Energiewende? Braucht man das Elektroauto dafür? Und wie sieht die Zukunft des Energienetzes aus? Dr. Randolf Mock, Siemens Corporate Technology, erklärt die komplexen Zusammenhänge.

Sind Offshore-Windparks der richtige Weg? (Foto: Siemens)

Sind Offshore-Windparks der richtige Weg? (Foto: Siemens)

ADAC Motorwelt: Von Ihnen stammt der Satz „Die Energiewende bricht nicht über uns herein, sie findet längst statt – das bemerkt nur niemand“. Zitiere ich Sie richtig?
Dr. Randolf Mock: Ja. Zu dem Satz stehe ich. Denn entgegen der öffentlichen Diskussion, dass die Energiewende tot sei, findet der Umbau der Stromnetze ja jeden Tag statt.

Dr. Randolf Mock im Forschungsuato von Siemens. Das Auto kann Strom speichern. mit dem Strom fahren oder den Strom ins Netz zurück geben (Foto: Rudschies)

Dr. Randolf Mock im Forschungsauto von Siemens. Das Auto kann Strom speichern, mit Strom fahren oder den Strom ins Netz zurückgeben. (Foto: Rudschies)

Das fängt bei Stromleitungen an, die ersetzt und dann größer dimensioniert werden. Ein anderes Beispiel sind Niederspannungstrafos, die nach und nach ersetzt werden. Die müssen zukünftig ausgleichen können, dass an einem sonnigen Tag die Spannung im Verteilnetz hochgeht. Deshalb können die neuen Trafos auf der Niederspannungsseite sozusagen eine Stufe runterschalten. Das schützt die elektrischen Geräte in den angeschlossenen Häusern vor Schäden durch Überspannung.

Geht dabei Strom verloren?
Neuere Photovoltaik-Anlagen, die auf Häusern installiert werden, sind heute so ausgerüstet, dass der Netzbetreiber die Anlage abschalten kann, wenn zu viel Strom da ist. Das passiert automatisch, der Photovoltaik-Besitzer sieht das höchstens auf der Abrechnung. Sonst bemerkt er es gar nicht. Aber Sie haben Recht, auf diese Weise wird elektrische Leistung verschenkt, die grundsätzlich da ist. In Zukunft müssen wir eben dahin kommen, überschüssige Leistung sinnvoll zu nutzen.

Kommt an dieser Stelle das Elektroauto ins Spiel?
Genau. Das Elektroauto spielt im Energienetz die Rolle eines mobilen oder, wenn man so will, auch stationären Stromspeichers. Denn so ein Fahrzeug steht doch die meiste Zeit des Tages herum. Wir haben bei Siemens Elektrofahrzeuge in Betrieb, die mit einer bidirektionalen Ladetechnik ausgestattet sind. Diese Fahrzeuge können Energie zurück ins Netz speisen.

Welche technischen Komponenten sind für das bidirektionale Laden notwendig?
Ein Ladegerät mit Wechselrichter. Denn Sie müssen ja Wechselspannung ins Netz einspeisen und das, was Sie da einspeisen, muss genau im Takt zur Wechselspannung schwingen, die im Netz ist. Die Technik ist bekannt von den Photovoltaikanlagen. Was nicht Standard ist, dass Sie im Elektroauto einen Wechselrichter brauchen, der das in beide Richtungen kann. Außerdem muss es eine elektronische Regelung geben, die ans digitale Netz, also ans Internet angebunden ist. Denn nur dann kann die bidirektionale Ladeeinrichtung sich mit anderen Erzeugern und Verbrauchern koordinieren.

Halten Sie das Elektroauto für unverzichtbar im Zusammenhang mit der Energiewende oder ginge es auch ohne?
Die Alternative ist eine stationäre Batterieanlage im Keller des Hauses. Das kann man schon machen, aber im Zusammenhang mit Elektromobilität macht das Ganze mehr Sinn, weil das Elektroauto sowohl ein Speicher als auch ein Verbraucher ist. Das ergänzt sich perfekt.

Siemens warnt davor, Elektroautos in größerer Zahl ans Stromnetz, so wie es heute betrieben wird, anzuschließen. Warum? Wo ist die Gefahr?
Ein einzelnes Elektrofahrzeug können Sie mit einer Anschlussleistung von elf Kilowatt in zwei Stunden laden. Elf Kilowatt entspricht der Leistung eines Elektroherdes, bei dem alle vier Flammen und der Backofen eingeschaltet sind. Das ist eine haushaltsübliche Leistung, die da verbraucht wird, das ist nicht das Problem. Aber wenn jeder Haushalt ein Elektroauto hat, dann muss das Netz in der Lage sein, diese zusätzliche Leistung, die da verbraucht wird, zur Verfügung zu stellen. Das heißt also, wir müssen einen Ausbau betreiben. Die entscheidende Frage ist, wie groß dieser Ausbau sein muss. Wir haben das mal durchgerechnet für den Extremfall, dass alle 13 Millionen Fahrzeuge, die jährlich in der EU neu zugelassen werden, als Elektrofahrzeuge auf die Straße kämen. Diese 13 Millionen Fahrzeuge bedürften einer Regelkapazität von 24 Pumpspeicherkraftwerken mit 84 Millionen Kubikmeter Wasser, das aus 370 Meter Fallhöhe Turbinen antreibt. Umgekehrt heißt das, dass diese 13 Millionen Fahrzeuge 24 solche Wasserspeicherkraftwerke ersetzen könnten.

Das sind doch nur Zahlenspielchen …
Das ist das beeindruckende theoretische Potenzial, das dahintersteckt. Wobei wir das Problem haben, dass wir die aus Sonne gewonnene elektrische Energie nicht nur vom Tag in die Nacht, sondern auch vom Sommer in den Winter verschieben müssen. Da brauchen wir dann noch andere Technologien als Batteriespeicher, Stichwort: „Power to Gas“.

Ist „Power to Gas“ wirklich umweltfreundlich?
Umweltfreundlich ist die Technologie sehr wohl, nur ist zurzeit die Frage, welches chemische Produkt, etwa Wasserstoff, Methangas, Methanol oder auch noch etwas anderes, wirtschaftlich konkurrenzfähig wäre zu den etablierten Energieträgern Öl und Erdgas. Daran wird  intensiv geforscht und intensiv darüber diskutiert.

Wird diese Forschung von der Politik vorangetrieben und gefördert?
Es gibt dedizierte Projekte, die sich mit der Energiewende befassen und der Frage, ein elektrisches Netz rein aus erneuerbaren Energien hochzuziehen.

Smart Home – Energie, die das Haus per Photovoltaik erzeugt, wird direkt verbraucht, lädt das E-Auto auf oder wird ins Netz gespeist (Grafik: Siemens)

Smart Home – Energie, die das Haus per Photovoltaik erzeugt, wird direkt verbraucht, lädt das E-Auto auf oder wird ins Netz gespeist. (Grafik: Siemens)

Wie sieht das Szenario aus?
Das Szenario ist aus meiner Sicht noch nicht gefunden. Da hängen ja nicht nur technische, sondern auch ökonomische Fragestellungen dran. Klar ist, dass die heutigen Geschäftsmodelle, elektrischen Strom zu erzeugen, zu transportieren, zu verteilen und abzurechnen in Zukunft einfach nicht mehr greifen. Man bewegt sich da sozusagen auf komplett unbekanntem Terrain. Wir haben im Projekt „Internet of Energy“ ein Geschäftsmodell an einem unserer Forschungsgebäude bei Siemens ausprobiert. Dort haben wir einen Energiemanager eingebaut, der Erzeugung und Verbrauch der elektrischen Energie, aber auch der thermischen Energie fürs Gebäude koordiniert. Das Gebäude kann sowohl per Photovoltaik Strom erzeugen als auch in Batterien speichern. Zudem liefert es die elektrische Ladeinfrastruktur für Elektroautos. Das Laden der Elektrofahrzeuge wird genauso gemanagt wie die Beleuchtung, die Klimaanlage und alles andere, was mit Strom zu tun hat. Und jetzt wird’s spannend: Der Energiemanager errechnet eine Vorhersage über den Stromverbrauch des nächsten Tages und über die Menge des selbst produzierten Stroms in Abhängigkeit der Wettervorhersage. Aufgrund dieser Berechnung kauft er die benötigte Strommenge schon für den nächsten Tag ein, und zwar möglichst kostengünstig. Das kann man an der Strombörse machen.

Und das funktioniert?
Was man dazu braucht, ist eine gewisse Flexibilität. Denn es können ja auch unvorhergesehene Ereignisse eintreten, die man abpuffern muss. Diese Flexibilität haben wir einerseits durch die Batterieanlage und die Elektrofahrzeuge, andererseits können wir auch den Einsatz der Klimaanlage auf der Zeitachse ein Stück hin- und herschieben. Denn ob die Klimaanlage ein bisschen früher oder später anspringt, macht für die Klimatisierung häufig kaum einen Unterschied. Aber es macht einen großen Unterschied darin, das elektrische Netz stabil zu halten.

Wir haben in dem Zusammenhang den Begriff des „volatilen Netzes“ gelernt. Und dass das Netz gelegentlich an seine Grenzen stößt. Ist das ein schmaler Grat, auf dem wir wandeln?
Nein, in Deutschland haben wir im Schnitt für eine Viertelstunde Stromausfall pro Jahr. Das ist eine extrem hohe Verfügbarkeit, die werden Sie ansonsten nirgendwo in Europa finden. Und die konnte man in den vergangenen Jahren auch beibehalten. Leider muss elektrische Energie oft verschenkt werden, weil man derzeit noch keinen Speicher hat. Also ist das entscheidende Problem der Speicher, nicht das Netz. Die Tragfähigkeit des Netzes kann man sukzessive erhöhen. Das geschieht, wie ich anfangs gesagt habe, ganz unbemerkt von der Bevölkerung, ohne großes Tamtam mit Band-Durchschneiden, wenn irgendwo eine neue Strippe eingezogen ist. Diese neue Strippe mit dem dickeren Querschnitt sorgt dafür, dass das Netz auch bei einem temporär hohen Eintrag von Photovoltaik stabil bleiben kann. In Kombination mit den Trafos, die verschiedene schaltbare Abgriffe haben, sodass man das Spannungsniveau den Gegebenheiten anpassen kann. Früher ging das nur vom Trafo an abwärts und nicht auch noch aufwärts.

Jetzt haben Sie uns die Möglichkeiten und Potenziale der Energiewende durch und durch positiv geschildert. Aber die Probleme sind doch auch unübersehbar: Es fehlen die großen Stromtrassen von Nord nach Süd, Gaskraftwerke sind unwirtschaftlich, Elektroautos nicht konkurrenzfähig. Wo stehen wir denn nun wirklich mit der Energiewende?

Dezentralisierung: Das komplexe Energiesystem wird über das Internet gesteuert (Grafik: Siemens)

Dezentralisierung: Das komplexe Energiesystem wird über das Internet gesteuert. (Grafik: Siemens)

Wie der Energiemix der Zukunft aussieht, weiß noch niemand so genau. Wir müssen es schaffen, die dezentrale Erzeugung von regenerativem Strom mit der zentral aus konventionellen Quellen erzeugten Energie zu verzahnen. Dazu gehören auch neue Stromtrassen, denen die Politik den Weg ebnen muss. Wir können nur die Technik zur Verfügung stellen. Ein Problem ist die hohe Volatilität der erneuerbaren Energieerzeugung, die mit der klassischen Energieerzeugung zunächst nur schwer zusammengeht. Das greifen wir in Projekten mit nächstgrößeren Einheiten auf. Das ist dann kein einzelner Gebäudekomplex mehr, sondern ein Stadtviertel oder ein Straßenzug mit 100 Häusern, der energietechnisch organisiert werden muss. Wobei sich aber die Chance ergibt, den Energiefluss durch erneuerbare Energien zu verstetigen. Klar ist: Je besser wir es schaffen, die dezentral erzeugten Energien auch im Sinne des Gesamtsystems zu managen, desto besser schaffen wir die Integration mit den klassischen Systemen, die noch auf lange Sicht Teil unserer Energieinfrastruktur bleiben werden. Und wie gesagt: Ganz wichtig bei diesem Modell wird sein, intelligente Speicher vor Ort einzusetzen, die in der Lage sind, die Verträglichkeit zwischen diesen beiden doch sehr unterschiedlichen Energiewelten herzustellen.

Das klingt nach einem sehr langen Prozess für die Energiewende …
Für die Umwandlung des Energienetzes haben wir einen Zeitraum von ungefähr 30 Jahren im Blick. Alle ernsthaften Studien gehen von diesem Zeitraum aus. Von heute auf morgen ist die Energiewende nicht zu haben. Wir müssen sie Schritt für Schritt angehen. Und das tun wir.

Interview: Wolfgang Rudschies

10 Antworten zu “Elektroautos und das Internet der Energie

  1. Nachtrag zum Badeofen aus meiner Antwort zu meinem Artikel:

    Es gibt bereits Bürger in diesem Land, die den Strom aus ihrer Windkraftanlage tatsächlich zur Heizung eines umgebauten Badeofens nutzen. Die hatten vorher überlegt, was sie mit dem Überschuss ihrer Anlage machen könnten. Selbstverständlich waren und sind dies “ Marke Eigenbau“. Wenn der „Dumme Bürger“ schon begreift wie die Kette der Erzeugung, Speicherung und Nutzung läuft, warum dauert es Jahrzehnte bis Doktoren und Professoren darauf kommen.

  2. Transformation2Praxis so rasch wie möglich! Wo bitte sind die (weiteren) PraktikerInnen für die Gemein(wohl)elektromobiltät? Ein prima Beispiel aus Amsterdam (c) http://energyload.eu/aktuelles/flughafen-amsterdam-tesla-taxis/
    Auch in/aus Deutschland gibt es so viel Potential und Lösungen. „Wissen – schafft“ allein keine Transformation und Leuchttürmchen in Schaufensterchen bringen uns (=Gemeinwohlschaftlich mit oder ohne Wirt) nicht erfolgreich weiter.

  3. Sicherlich Energieeinsparung ist ein großes Thema und absolut wichtig, Elektroautos sind da schon mal ein guter Weg, auch viele andere einsparenden Maßnahmen, wie Solar, Wind, Wasser Energie zu nutzen, aber es braucht noch viel mehr Umsetzung.

  4. Der Herr Mock ist alos Doktor. Frage mich nur für was? Ich zitiere einen Satz von ihm.
    Zitat: „In Zukunft müssen wir eben dahin kommen, überschüssige Leistung sinnvoll zu nutzen.“

    Den Satz muss man sich auf der Zunge zergehen lassen, dann kribbelt es langsam im gehirn und es kommt der AHA Effekt.

    Hatten wir nicht irgendwann Gaswerke die Kohle verkoksten um Gas für heizung und Licht zu haben? Wurde das Gas nicht auch zur Dampferzeugung verwendet, wie das Erdöl?

    AHA!! Man muss erst einen Doktorgrad haben um darauf zu kommen, dass man überschüssigen Strom aus Sonnen- und Windernergie, sowie Wasserkraft, auch noch zu anderen Zwecken nutzen kann.

    Blöd nur, dass man die Dampfmaschine erst noch erfinden und geeignete Behälter zur Speicherung basteln muss, zu denen man noch keine Idee hat.

    Da wird es dann bestimmt ein angestrebter Professortitel später richten. Dann geht aber die Post richtig ab. Werdet ihr sehen!

    Nach dem oben zitierten Satz war der Artikel für mich erledigt. Mehr Mist wollte ich mir nicht antun.

    • Ich antworte mal auf die vielen negativen Bewertungen meiner Ausführung. Vielleicht geht dem einen oder anderen ein Licht auf. In Spanien testet man seit jahren mit einem Solrakraftwerk die Erwärmung von Wasser zur Versorgung für Licht und Wärme. Riesenteil das da steht. Der Dampfkessel ist also schon mal wieder entdeckt. Atomkraftwerke werden abgeschaltet, obwohl die einen geschlossenen Wasserkreislauf haben mit dem man heißes Wasser erzeugen, speichern und verwenden kann. Wir reißen die Dinger für teures Geld ab und wissen noch nicht einmal wohin mit dem radioaktiven Müll! In den letzten Jahren, gerade hier im ADAC E Fahrtenbuch, wird ständig auf die Speicherung der elektrischen Energie hingewiesen und die diversen Probleme aufgezeigt. Für die Wasserstofftechnologie gilt das Problem der Speicherung von Wasserstoff als besonders schwierig.
      Was nützen all die tollen Ideen der Erzeugung und des Transportes, wenn man sich im Jahr 2014/2015 als Doktor auf das Thema „Speicherung von überschüssig erzeugtem Strom“ besinnt und auch noch anführt, dass man es jetzt erst recht angehen muss. Das ganze hätte immer miteinander und nicht in Gedankenlosigkeit von einander abgekoppelt angepackt werden müssen. Das Netz auszubauen mag völlig notwendig sein, aber dann bitte mit dem nötigen Zusammenhang. Das Eine kann man nämlich nicht vom Anderen trennen. Wir haben schon Offshoreanlagen die seit Jahren nicht am Netz sind, weil man nicht weiß und auch nie überlegt hat: „Wohin mit dem Überschuss?“
      Große Energiekonzerne können mir nicht erzählen, dass sie sich Verluste leisten können. Sie haben und hatten nie ein Interesse billigen Strom aus Sonne, Wind und Wasser effektiv zu nutzen und bessere Speichersysteme zu entwickeln. Dann müssten sie nämlich die Preise senken und das geht überhaupt nicht. Davor haben sie übrigens gewaltige Angst. Wenn ein Bauer mit Biogasanlagen Strom erzeugen und unabhängig werden kann, dann hat er immer noch nicht die günstigste Variante zur Stromspeicherung. Und wenn er diese hat ist es nicht mehr weit, dass jeder Bürger am Fenster und auf dem Balkon oder Dach sich selbst mit Strom versorgt. Der uralte Badeofen wäre nämlich heute wieder der Beste Energiespeicher. Man stelle sich nur mal vor wie der Markt von Badeöfen mit Überdruckventil florieren würde. Der braucht nicht mal mehr einen Rauchabzug und könnte in jeder Wohnung überall rumstehen. Wetten das dann wieder eine Lobby dafür sorgt, dass niemand einen Badeofen haben darf.
      So sieht die „Energiewende“ aus und da helfen keine Beschönigungen und selbst Beweihräuscherungen ala „…wir machen sehr viel für den Ausbau der Netze und der Erzeugung …“ und dem Zitat von mir oben. Sie werden schon lange existierende einfache Lösungen nie zulassen um ihre Marktanteile und Preise hoch halten zu können.

      Und falls es irgend jemand immer noch nicht verstanden hat möge er kurz ein paar Artikel vorher nachlesen was Mr. Musk gerade treibt. Der nimmt seine alte Technik und entwickelt sie kostengünstig weiter und UP’s ist der selbe Akku in seiner Größe plötzlich viel Leistungsfähiger.

      Was man da wohl aus so einem alten Badeofen alles machen könnte, um Strom zu speichern?

      Danke für die Bewertung und vielleicht gibts mit mehr Nachdenken eine kleine Korrektur.

      • Hmm, „bratenbengel“, also „Korrektur“ nachträglich ist meines Wissens nach (hier zumindest) nicht mehr möglich…

        Aber ich ziehe auch meinen (einzigen! He Leute, SOO falsch war das doch echt nicht???) Daumen nach OBEN auch nicht zurück (und oute mich wohl auch damit…).
        Is mir aber auch sowas von egal: Wahrheit bleibt Wahrheit!

        Schätze mal, die 15 Daumen-runter-Bewerter waren so von der Flapsigkeit des Beitrags geblendet, dass sie gar nicht mehr in der Lage waren, den SINN darin zu begreifen…

        Manchmal ist die Verpackung eben doch wichtiger als man denkt…
        Nimms nicht so eng, Sowas ist manchmal der Preis der Wahrheit😉

  5. Endlich ein eindrucksvoller Bericht mit Aussagen aus erster Hand. Als Elektroingenieur fahre ich seit 2 Jahren ein Elektroauto (erstes deutsches Serien-Modell) und warte darauf, dass ich dessen Batteriekapazität der Allgemeinheit zur Verfügung stellen könnte (bidirektionales Ladegerät). Achtung – Gedankenexperiment:
    Wie wäre es, wenn das bidirektionale Ladegerät im Auto eine Information über den aktuellen Stromspreis erhalten könnte (z.B. über Radio: RDS)? Bei einem echten Marktpreis des Stroms würden alle kurzfristigen Probleme am Preis erkannt und von den autonom handelnden Kfz-Ladegeräten ausgeglichen. Unmöglich?
    Jedenfalls stimmt es, dass kurzfristige Schwankungen mit hilfe vieler Elektroautos ausgeglichen werden könnten. Die Langzeit-Probleme (Dunkelflaute) können nur mit Großspeichern und Power to Gas (mit schlechtem Wirkungsgrad) gelöst werden.
    Übrigens: je mehr Elektroautos – desto mehr Energieeinsparung!
    Grund: jeder Fahrer kann gleichzeitig nur mit einem Auto fahren…und Verbrenner sind Vergeuder.

    • Mit dem Nissan Leaf oder e-NV200 koennen Sie schon heute bidirektional laden. e8energy hat ein passendes System fuer eine Inselloesung. Weitere, kostenguenstigeren Produkte folgen in Kuerze. Bei deutschen Herstellern werden Sie sich noch zwei, drei Jahre gedulden muessen.

  6. Wie bitte?
    „…öffentlichen Diskussion, dass die Energiewende tot sei…“.
    Das ist einzig und allein nur eine Behauptung, die nicht wahr ist.
    Oder besser gesagt: Schwachsinn!
    Die Energiewende ist Realität und jedem halbwegs wachen Menschen klar.
    Zumindest hier in D, in Österreich und der Schweiz sowieso.

    • Ich stimme zu. Jeder, der ab und zu die Augenbinde abnimmt, sieht hier in Bayern ein Haufen Solarkraftwerke, die früher einfach nicht da waren. Das ist längst nicht alles was passiert, aber zumindest das, was man wirklich nicht übersehen kann.

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