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)

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 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)

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)

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