Vehicle-Grid-Integration (VGI / V2G) Projekte: Was Kaffee, eine Insel und ein Fußballstadion gemein haben

"Alle reden vom Klimawandel, wir tun etwas" sagte schon damals Thomas Raffeiner, der Gründer von The Mobility House. "Mit diesem Projekt zeigen wir, dass wir die Energiewende beschleunigen und die Zukunft emissionsfrei gestalten können: Das Auto versorgte das Büro mit Strom und ermöglicht Unabhängigkeit vom Netz."

In den darauffolgenden Jahren hat sich einiges getan in Sachen V2G und auch aktuell hat das Thema auf Grund der jüngsten Ankündigung von Tesla an Bedeutung gewonnen: Das Unternehmen plant und entwickelt neue Batteriezellen, die eine Millionen Meilen durchhalten können – eine unglaubliche Kapazität, die auch wie angedeutet für V2G-/Energiemarktanwendungen genutzt werden kann.  

Im Bereich Vehicle-Grid-Integration (VGI/V2G) haben wir uns als gefragter Partner für intelligentes Laden und die netzdienliche Integration von Elektroautos und deren Batterien etabliert und bereits viele Projekte in großem Maßstab realisiert. Inzwischen sind wir sogar so weit, dass wir V2G-Produkte auf den Markt bringen.

Die Antworten auf die Fragen "Was ist Vehicle-to-Grid (V2G) und wie genau funktioniert diese Technologie?" gibt es auf unserer Seite zum Thema Vehicle-to-Grid.

Schon 2015 haben wir mit Renault das intelligente, netzdienliche und unidirektionale Laden vorangetrieben – auch als VGI bezeichnet. Dafür wurde die Software „Smart Charging“ – ein Vorläufer des heute vielfach verkauften Lade- und Energiemanagementsystems ChargePilot®  – entwickelt. Preisschwankungen am Strommarkt wurden so automatisiert berücksichtigt – zum finanziellen Vorteil der E-Auto-Fahrer:innen. Der Ladeplan des Systems war daraufhin optimiert, immer möglichst günstig bei niedrigen Strompreisen am Großhandelsmarkt zu laden, etwa nachts oder wenn an besonders windigen bzw. sonnigen Tagen ein Überschuss an erneuerbarer Energie vorhanden ist. Damit konnten die Strombeschaffungskosten der teilnehmenden Renault-Fahrer:innen ungefähr halbiert werden. 

Die bislang technologisch und regulatorisch anspruchsvollste Anwendung gelang uns gemeinsam mit dem Partner und Stromanbieter Enervie sowie dem Übertragungsnetzbetreiber Amprion im Januar 2018. Unterstützt durch Nissan, die erneut einen Nissan Leaf zur Verfügung gestellt hatten, wurde das Gesamtsystem aus Software, Ladestation und Fahrzeug gemäß allen Anforderungen der europäischen Übertragungsnetzbetreiber für die Primärregelleistung präqualifiziert und am Enervie-Standort in Hagen erstmals als Regelkraftwerk im deutschen Stromnetz integriert . Bei Bedarf nimmt der Stromer innerhalb von Sekunden überschüssige Energie aus dem Netz auf oder speist sie wieder ein, um die Netzfrequenz stabil zu halten. Das beweist, wie V2G als innovative Lösung zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen kann. Nicht unerheblich ist, dass sich dieser Service auch finanziell lohnt und der Nissan Leaf als Teil des Energiemarkts Geld „verdienen“ kann: Bietet man mit dem Fahrzeug zum Beispiel acht Kilowatt Leistung pro Woche an, können im Jahr zwischen 500 und 1000 € zusammenkommen. 

Im Kleinen haben wir das große Ganze 2019 bereits auf der portugiesischen Madeira-Insel Porto Santo – die in Zukunft komplett CO2-frei sein möchte – realisiert und erprobt. Auch hier spielen Elektroautos und ihre Einbindung in das Gesamtsystem eine entscheidende Rolle. Gemeinsam mit Renault und dem lokalen Energieversorger Empresa de Electricidade da Madeira EEM arbeitet unser Team daran, wie eine clevere Kombination von Photovoltaik, Windkraft, E-Autos und Second-Life-Batterien die Heimat von gut 6000 Menschen und Ziel zehntausender Touristen im Jahr frei von fossilen Energieträgern machen kann.

Dafür haben wir die auf der Insel für alle Ladepunkte eingesetzte Lade- und Energiemanagement Systeme ChargePilot® zu einem intelligenten „Marketplace“ verbunden. Dieser optimiert das Zusammenspiel der beteiligten Akteure. Unidirektionale Elektroautos laden vorrangig dann, wenn erneuerbarer Strom im Überfluss vorhanden ist. Stationäre Second-life-Batteriespeicher und bidirektionale Elektroautos stabilisieren das Netz, indem sie ihre Energie bei Bedarf an das Stromnetz zurückgeben. Es handelt sich um das weltweit erste Projekt, in dem die drei Flexibilitätsformen intelligentes Laden, V2G und Second-Life-Batteriespeicher von einer zentralen Softwaretechnologie intelligent gesteuert werden. Die Integration von erneuerbaren Energien ins Stromnetz konnte dabei mit gut 20 Elektrofahrzeugen bereits um 10 % verbessert werden.

Update: Das Projekt wurde Ende 2022 erfolgreich abgeschlossen und an den zuständigen Energieversorger und Partner Empresa de Electricidade da Madeira S.A.(EEM) übergeben. Über vier Jahre hinweg konnten wir mit der Groupe Renault und EEM durch den Aufbau des intelligenten elektrischen Ökosystems der Insel wichtige Erkenntnisse über das Zusammenspiel verschiedener Akteure im Energiesystem gewinnen sowie durch den Betrieb des vernetzten Systems tatsächlich die Nutzung der Erneuerbaren erhöhen. Diese Erkenntnisse kommen in der weiteren Entwicklung unserer Technologien zum Tragen.

In einem weiteren Pilotprojekt mit dem Übertragungsnetzbetreiber TenneT und Elektroautohersteller Nissan zeigten wir, wie sich auch Engpässe im Übertragungsnetz – vor allem der berüchtigten Nord-Süd-Trasse – vermeiden lassen. Das Problem: Wegen der dezentralen Einspeisung erneuerbarer Energien, die 2019 bereits 46 % der deutschen Stromerzeugung ausmachten, kommt es immer häufiger zu Transportengpässen im Netz. Die Lösung: Erzeugen Windparks in der Ostsee zu viel Energie für die Stromautobahn nach Süddeutschland, so kann sie in Norddeutschland in Elektroautos zwischengespeichert werden. Strommangel in Süddeutschland wiederum kann mit verfügbarer Energie aus bidirektionalen Elektroauto-Akkus ausgeglichen werden (V2G), anstatt auf fossile Spitzenlastkraftwerke zurückzugreifen. Das steigert die Nutzung erneuerbarer Energien und vermeidet gleichzeitig die unerwünschte Abregelung von Windkraft im Norden, die mit hohen Kosten von mehreren hundert Millionen €/Jahr und beträchtlichem zusätzlichen CO2-Ausstoß einhergeht.

Seit Ende 2019 können Besucher:innen der Johan Cruijff ArenA – Heimstätte von Ajax Amsterdam und Schauplatz hochkarätiger Konzert-Events – mit ihrem Elektroauto aktiv zur Notstromversorgung des Stadions beitragen , indem das Auto in das Stromnetz des Stadions integriert wird. Dafür sind bidirektionale Ladestationen aufgebaut, an denen Arenabesucher nicht nur Strom beziehen, sondern diesen in einer Notfallsituation intelligent über das Lade- und Energiemanagement System ChargePilot® gesteuert auch wieder an das Stadion abgeben können. Hierbei ergänzen die Elektroautos den bereits 2018 realisierten stationären Batteriespeicher aus 148 neuen und gebrauchten Fahrzeugbatterien, der ebenfalls im Fall eines Stromausfalls (Blackout) als Notstromversorger zur Verfügung steht und die alten Dieselgeneratoren ersetzt. Sukzessive sollen auch weitere Anwendungen realisiert und die Ambitionen der Stadt Amsterdam, ein V2G-Hotspot von Europa zu werden, unterstützt werden.

Unsere Vorreiterrolle im Bereich Vehicle-to-Grid bringt uns seit 2021 nun auch auf den asiatischen Markt: Ein erstes Testprojekt, das das Unternehmen gemeinsam mit Investor SP-Group umsetzt, soll zur Stromnetzstabilisierung und zur Netzoptimierung durch PeakShaving in Singapur beitragen. Es ist ein wichtiger Schritt, denn Singapur plant bis 2040 die Abschaffung von Verbrennerfahrzeugen, was die Einführung von Elektrofahrzeugen und Ladeinfrastruktur massiv beschleunigen wird - in Richtung der Klimaziele und der Etablierung von Elektrofahrzeugen und Ladeinfrastruktur. Als Pioniere in Südostasien arbeiten die beiden Unternehmen nun gemeinsam daran, die in den Elektrofahrzeugen gespeicherte Energie effizient zu nutzen und so ein zuverlässigeres Stromnetz für die mehr als 600.000 Fahrzeuge zu schaffen.

Im Projekt unIT-e² arbeiten 29 Unternehmen und Forschungsinstitute bis Juli 2024 daran, die optimale Integration der Elektromobilität in das Energiesystem voranzutreiben. In 4 so genannten "Clustern" werden verschiedene Feldversuche und Laboruntersuchungen durchgeführt. The Mobility House entwickelt und erprobt im Cluster Harmon-E Technologien um markt- und netzdienliches Laden von E-Fahrzeugflotten ermöglichen (also z. B. auf Bedürfnisse des Verteilnetzbetreibers zu reagieren und gleichzeitig auf Preisschwankungen am Kurzfristenergiemarkt).

Im Frühjahr 2023 setzen The Mobility House und Ambibox ein weltweit einzigartiges Testlab für bidirektionales Laden auf. Für Automobilhersteller haben beide Unternehmen eine Testmöglichkeit für die bidirektionale Integration von E-Autos im Energiemarkt geschaffen. Im Testlab stellen die beiden Unternehmen ein Setup bestehend aus bidirektionaler DC-Ladestation (Ambibox) und Ladesteuerung (The Mobility House) zur Verfügung, was auf den Industriestandards ISO 15118-20 und OCPP 2.0 basiert. Innerhalb dieses standardisierten Setups besteht für OEMs die Möglichkeit, die V2G-Fähigkeit ihrer Fahrzeuge zu verproben.

In einer sechsmonatigen Feldstudie am EUREF-Campus in Berlin zeigten wir, welches Marktpotenzial Autobatterien besitzen: Im ersten Halbjahr 2022 wurden Werte im vierstelligen Euro-Bereich pro Fahrzeug und Jahr erzielt. Im Versuch wurden 18 AUDI e-tron Fahrzeugbatterien des EUREF-Speichers so behandelt, als würden sie in mobilen E-Autos genutzt werden. Die Studie bestätigte erneut den Marktbedarf für Flexibilitäten, die insbesondere aus parkenden bidirektionalen Elektroautos erbracht werden können. Die komplexe Steuerung und Vermarktung der Batterien erfolgte über die intelligente Technologie von The Mobility House.

2024 bringen wir gemeinsam mit Mobilize, die Mobilitätsmarke der Renault Group, das erste Vehicle-To-Grid-Angebot für Endkund:innen auf den Markt. Der V2G Service wird ab 2024 mit der Markteinführung des Renault 5 in Frankreich und Deutschland verfügbar sein. Großbritannien folgt in 2025. Durch die Möglichkeit des bidirektionalen Ladens stellen Kund:innen ihre Elektroautobatterie dem Energiesystem zur Verfügung und werden dafür finanziell entlohnt.
Das gemeinsame Angebot umfasst neben einem E-Auto von Renault und einer bidirektionalen Wallbox auch einen Energievertrag mit Mobilize und eine mobile App zur Steuerung. The Mobility House stellt hier den Stromtarif: Die dahinterliegende Technologie setzt sich aus dem bewährten FlexibilityAggregator und dem FlexibilityTrader zusammen.

Mit diesem riesigen Meilenstein geht weltweit das erste konkrete V2G Produkt an den Markt!

Wie wichtig VGI beziehungsweise V2G für die Antriebs- und Energiewende wird, hat neben verschiedenen Verbänden und Thinktanks wie DENA, Agora, BNE auch der Verband der Automobilindustrie aufgezeigt: In einem Positionspapier verweist der VDA auf die Potenziale von Elektroautos mit einer Rückspeisefunktion sowohl im direkten Umfeld des Fahrzeugnutzendem (z.B. in Verbindung mit seiner Photovoltaikanlage), als auch im künftigen Beitrag zur Netzstabilisierung und Sektorenkopplung im Zuge der Energiewende. „V2G könne als Ergänzung zum erforderlichen Netzausbau einen sinnvollen Beitrag zur Optimierung der Netzauslegung leisten, ohne dass der Kunde auf die gewünschte Batterieladung zur Abfahrtszeit verzichten muss “, heißt es in dem Papier. Der VDA setzt sich daher – ebenso wie wir – und die Nationale Plattform Elektromobilität NPM dafür ein, V2G zum Durchbruch zu verhelfen. 

Auch industriepolitisch hat das Thema höchste Brisanz, geht es doch um zwei deutsche Schlüssel- und Vorzeigeindustrien, die deutsche Automobilindustrie und die vielen Marktakteure in der erneuerbaren Branche, die in den letzten Jahren hunderttausende von Arbeitsplätzen geschaffen haben. Diese Vorreiterposition gilt es als neuen Exportschlager zu nützen und Deutschland nachhaltig im Wachstumsfeld der Dekarbonisierung zu positionieren.

Tesla hat die Zusammengehörigkeit von Auto und Energie von Anfang an verstanden und gelebt.

Dass sich das bewahrheiten sollte, zeigen die jüngsten Ankündigungen, die jetzt ein rundes Bild ergeben. Neben der geplanten Millionen-Meilen-Batterie hat das Tesla Batteriespeichergeschäft mit der hochrentablen 100 MW Batterie in Australien den Mehrwert von Speichern im Energiemarkt bewiesen. Darüber hinaus hat Tesla eine Software mit dem Namen Autobidder entwickelt, die Batterien intelligent ins Energienetz integriert – ähnlich unserer Software. Außerdem beantragte Tesla in UK eine Energieversorgerlizenz, um selbst am Markt zu agieren. Dass V2G – egal ob die letzten Analysen des Tesla Onboard Chargers richtig oder falsch sind – der nächste logische Schritt ist, kann man sich denken. 

Ein Blick in die Zukunft – mit den hochskalierten erwarteten Zulassungszahlen – verdeutlicht das immense Potential der Technologie und zeigt, wie sich Energie- und Antriebswende einander bedingen: Für das Jahr 2030 hat die Bundesregierung als Maßnahme gegen die Klimakrise das Ziel von sieben bis zehn Millionen Elektroautos auf den Straßen ausgerufen. Deren Speicherfähigkeit kann durch eine intelligente Einbindung in die Energiewelt allein im deutschen Netz bis zu 39 Millionen Tonnen an CO2-Emissionen vermeiden. Das sind 17 Millionen Tonnen mehr als ohne V2G geplant. Der Verkehrssektor würde damit bereits gut zwei Drittel seiner im Klimaschutzplan definierten CO2-Reduktionsziele bis 2030 erreichen und gleichzeitig deutlich zu einer effizienteren Nutzung erneuerbarer Energien beitragen. Mit der Netzintegration von Elektroautos würde sich – wie das Pilotprojekt mit TenneT gezeigt hat – auch ein kostspieliger Netzausbau der Nord-Süd-Trassen, den Experten auf einen mittleren zweistelligen Milliardenbetrag schätzen, reduzieren lassen. 

Ob Kaffee, Fußballstadion oder eine ganze Insel, eines haben all unsere bisherigen Projekte gemeinsam: Sie sind der Beweis dafür, dass Elektroautos einen sinnvollen wie auch effizienten Beitrag zur Entlastung und Stabilisierung des Stromnetzes leisten, die Netzintegration erneuerbarer Energieformen fördern, den CO2 Ausstoß reduzieren und somit elementar zur Energiewende beitragen können. V2G funktioniert technisch und die Mehrwerte sind offensichtlich.
Was jetzt fehlt, sind die regulatorischen Rahmenbedingungen und mehr aktive Marktakteure. Eine jetzt angegangene intelligente Sektorenkopplung kann die Marktdurchdringung der Elektromobilität sowie die Integration erneuerbarer Energien zu geringeren Gesamtkosten beschleunigen. Und das ganz ohne Belastung des Steuerzahlers, der sogar noch daran verdienen kann: Indem er oder sie das Elektroauto als aktiven Part ins Stromnetz einbindet.