Unkontrolliertes Laden gefährdet das Stromnetz

Auf Deutschlands Straßen sind mehr als eine Million E-Autos unterwegs, darunter allerdings viele Hybridmodelle, die oft mit Verbrennungsmotor fahren. Das Stromnetz steckt das Aufladen der Batterien bisher locker weg. Doch was passiert, wenn die Zahl weiter steigt, 2030 auf 15 Millionen etwa, wie die neue Bundesregierung hofft? Der Stuttgarter Übertragungsnetzbetreiber Netze BW wollte wissen, was passiert, wenn mehrere Fahrzeuge an einem Punkt oder an einer ländlichen Straße gleichzeitig aufgeladen werden. Das Ergebnis dieses Feldtests: Innerstädtisch ist das kein Problem, doch im Ländlichen Raum geht nichts ohne technische Tricks, das Stromnetz könnte zusammenbrechen.

850 Straßenmeter im Test

Ort des Versuchs war die 850 m lange Römerstraße in Kusterdingen nahe Tübingen, die den Beinamen „E-Mobility-Chaussee“ bekam. An der Straße liegen 60 Wohneinheiten. Einer der Anwohner war zu Versuchsbeginn Anfang 2020 bereits Besitzer eines E-Fahrzeugs, sieben weitere tauschten auf Kosten des Netzbetreibers ihre Autos mit Verbrennungsmotor gegen Elektrofahrzeuge der Typen Renault Zoe und Nissan Leaf ein. Der große Rest blieb bei seinen Verbrennern, belastete das Stromnetz also nicht. Die Garagen der Fahrzeugbesitzer wurden mit Wall-Boxen ausgestattet, die eine Übertragungsleistung von 4,6 bis 22 kW hatten.

Höhere Spannungsschwankungen

Ländliche Stromnetze, die in Baden-Württemberg 60 % der Kundinnen und Kunden versorgen, sind für die Netzbetreiber eine große Herausforderung, vor allem, wenn punktweise relativ hohe Leistungen abverlangt werden. „Wir müssen relativ weite Entfernungen zwischen den einzelnen Verbrauchern überbrücken, deshalb sind die Spannungsschwankungen in diesen Teilabschnitten höher als üblich“, sagt Projektleiter Patrick Vasile. Deshalb traf Netze BW schon vor Beginn Vorkehrungen, um die Netzstabilität nicht über Gebühr zu strapazieren. Zusätzliche Sensoren, die sich in normalen Netzen nicht befinden, hielten die Versuchsleitung ständig über die Situation auf dem Laufenden. Dazu kamen sogenannte Strangregler, die die nahegelegenen Transformatoren so steuern, dass Schwankungen möglichst weitgehend ausgeglichen werden.

Im Notfall wird das Laden zwangsweise beendet

Eine der beiden wichtigsten Ergänzungen war eine Batterie mit einer Leistung von 40 kW und einer Kapazität von 66 kWh – zum Vergleich: Die Batterien des Renault Zoe haben je nach Ausstattung eine Kapazität von 41 beziehungsweise 52 kWh. Als ultima ratio installierte Netze BW ein Lademanagementsystem, das bei drohender Überlastung des Netzes die Leistung aller oder einzelner Wall-Boxen reduziert oder ihnen gar den Saft abdreht. Gesteuert werden die Wall-Boxen über das Mobilfunknetz.

„Punktuell herausfordernd“

Getestet wurden die Auswirkungen von flexiblen und statischen Ladezeiten. „Das gleichzeitige Laden der acht E-Fahrzeuge hat das Stromnetz lokal an seine Belastungsgrenze gebracht“, heißt es bei Netze BW. Das zeige, dass die Integration von E-Fahrzeugen in das heutige Stromnetz „punktuell herausfordernd“ sein kann. Womit umschrieben wird, dass unkontrolliertes Laden von E-Autos auf dem Land zu einer Gefahr für die Netzstabilität werden kann. Diese wird mit dem Ausfall von immer mehr wetterunabhängigen Kraftwerken ohnehin labiler.

An Wochenenden gab es Probleme

In bestimmten Konstellationen entlud sich die zusätzliche stationäre Batterie vollständig, wenn nur zwei E-Autos an die Wall-Boxen angeschlossen waren. Werktags hätten die lastschwachen Zeiten – vor allem in den Nächten – gereicht, um den Puffer wieder aufzuladen. Am Wochenende wurde es dann schon mal problematisch, weil viele Anwohnerinnen und Anwohner ihre Autos ans Netz hängten, damit sie zum Wochenbeginn wieder fit waren.

Solarmodule auf den Dächern könnten helfen

Geht man davon aus, dass 80 % der Anwohnerinnen und Anwohner der Römerstraße ein Auto besitzen, liegt die Quote bei E-Autos im Test bei 17 %. Das hat, wie der Versuch gezeigt hat, das Netz noch verkraftet, wenn auch nur mit Hilfsmitteln. Wenn der E-Auto-Anteil jedoch deutlich ansteigt, wie von der Politik gewollt, kommen die Netzbetreiber nicht um einen Ausbau herum. Zudem müsse die Überwachung des Netzes massiv digitalisiert werden, heißt es bei Netze BW. „Ohne zusätzliche Sensoren sind wir im Niederspannungsnetz oft blind“, klagt Markus Wunsch, Leiter Netzintegration Elektromobilität bei Netze BW. Doch es gibt auch eine gute Nachricht. Vor allem im Ländlichen Raum gibt es die Möglichkeit, das Netz so zu entlasten, dass das Laden von E-Autos nicht zur Gefahr wird. Zusätzliche Solarzellen auf den Dächern, kombiniert mit privaten Pufferbatterien und einem intelligenten Lademanagement, könnten den Netzausbau im Idealfall sogar überflüssig machen.