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Die Idee des Vehicle to Grid aus der Vortragsreihe Neue Entwicklungen auf den Energiemärkten TU Berlin – Fachgebiet Energiesysteme Michael Puppe 16.1.2009 Vehicle to Grid Vehicle to grid (V2G): Die Nutzung einer großen Anzahl von Fahrzeugbatterien als Energiespeicher für das Elektrizitätsnetz. 2 Motivation Politik und Fortschritt sorgen für steigenden Anteil regenerativer Stromerzeugung Starke Schwankungen in der Erzeugung → Bedarf an Regelenergie nimmt zu Elektrische Mobilität ”steht in den Startlöchern” Vielversprechende Entwicklungen bei Akkus, gestiegene Aktzeptanz der Verbraucher Allerdings: Preisnachteil → Mittelfristig steigender Anteil elektrisch betriebener Pkw 3 Motivation Geparkt: Batterie kann zur Regelung zur Verfügung gestellt werden – gegen Vergütung Den Netzbetreibern stehen große, zuverlässige und billige Energiespeicher zur Verfügung → Bestenfalls entsteht eine beidseitige Gewinnsituation zwischen Netzbetreiber und Fahrzeugbesitzer. Fragen: Wirtschaftliches Potential? Realisierung? 4 Wirtschaftlichkeit ­ Märkte Grundlast: kommt nicht in Frage Spitzenlast ”spinning reserves”: Sekundär­ reserve, innerhalb von 10 Min. ”regulation services”: Primärreserve, Ausgleich kurzfristiger Schwankungen 5 Wirtschaftlichkeit ­ Märkte → Kombination ”regulation services” und reine Elektro­ Pkw besitzt höchsten Marktwert Vorteile: Regelenergiepreis = Preis für Kapazität + bezogene Arbeit Sehr schnelle Reaktion auf Regelungssignal möglich Batteriebelastung ähnlich wie beim Fahren, sie wird so belastet wie vorgesehen 6 Zusätzliche Kosten durch V2G Bidirektionale Netzverbindung (Spannungswandler) Kontrollelemente im Fahrzeug Verbindung zum Netzbetreiber (z.B. WLAN) Nicht in der Studie berücksichtigt: Kosten für die Ladeinfrastruktur (extern) 7 Berechnung der Kostenseite Netzfrequenz zu hoch, ”regulation down”: Die Batterie wird geladen, variable Kosten werden mit 0 angesetzt Netzfrequenz zu niedrig ”regulation up”, Gesamtkosten: Kosten = (Energieerzeugung mit V2G) + (Fixkosten Ausstattung) Preis Elektrizität beim Aufladen ● Kosten durch Batterieabnutzung [$/kWh] ● Annualisierte Kosten ● Siehe letzte Folie ● 8 Berechnung der Einnahmenseite Annahme: Autobesitzer werden für bereitgestellte Kapazität und übertragene Energiemenge bezahlt, so wie es an Energiebörsen üblich ist. Einspeisung: Kapazität übertragene Arbeit Aufladen: Kapazität 9 Anschlussleistung Die Leistung P ist maßgeblich für die verfügbare Kapazität P wird durch zwei Faktoren limitiert: Im Fahrzeug verfügbare Energiemenge Am Anschluss verfügbare und im Fahrzeug mögliche Leistung (Studie: 15 kW) → Vor allem letzteres von großer Bedeutung. 10 Flotte A 100 Ford Think City A226 (Baujahr 1999 – 2003) für Pendler in New York Ladestationen zuhause und am Arbeitsplatz Ladestation erlaubt Leistung 6,2 kW, Fahrezugelektronik nur 2,9 kW → Nach heutigem Stand bereits veraltete Technik 11 Ergebnisse Flotte A Aufladen und Einspeisen Jährlicher Profit / Fahrzeug [US $] 2003 Ø Leistung 2000 2001 2002 Kosten 232 44,50 2,9 73 ­170 43 555 694 291,50 6,2 353 ­168 287 995 Nur Aufladen Leistung 2,9 6,2 2000 2001 2002 2003 25 386 189 361 515 25 385 188 360 513 Kosten Ø 362,75 361,50 Aufladen und Einspeisen wenig profitabel und riskant Nur Aufladen bringt niedrigen, konstanten Profit 12 Flotte B 252 Toyota RAV4 EV (Baujahr 1997 – 2003) Während Arbeitszeit im Einsatz, ansonsten auf dem Firmengelände geparkt Fahrzeugelektronik erlaubt Leistung 6,6 kW, Anschlüsse potentiell 15 kW → Nach heutigem Stand ein etwas besseres Modell 13 Ergebnisse Flotte B Aufladen und Einspeisen Jährlicher Profit / Fahrzeug [US $] 2003 Leistung 2000 2001 2002 Kosten 1.101 6,6 2.320 3.620 575 714 2.618 15 5.389 8.341 1.420 1.508 Nur Aufladen 2003 Leistung 2000 2001 2002 Kosten 797 6,6 598 1.578 538 25 910 15 683 1.797 615 25 Ø 1.904 4.442 Ø 878 1.001 Aufladen und Einspeisen wenig profitabel und riskant Nur Aufladen bringt niedrigen, sicheren Profit 14 Ergebnis der Studie Ein Vehicle­to­grid Konzept verspricht den größten Erfolg für reine Elektrofahrzeuge und den Primärregelenergiemarkt. Bereitstellung von Regelenergie höherer Qualität (sehr schnell verfügbar, sehr fein einstellbar, sinnvoll verteilt) ist möglich. Rentabilität hängt vor allem ab von: Verfügbare elektrische Leistung eines PKW Größe der Batterie Dem (volatilen) Wert der Regelenergie zum betreffenden Zeitpunkt 15 Probleme Bereitschaft der Kunden auf Elektro­PKW umzusteigen (Ohne Fahrzeugflotte kein V2G) Batterien: billiger, längere Lebenszeit nötig Infrastruktur: Kosten in Berechnungen nicht enthalten Technische Realisierung, Kosten unbekannt Einigung auf einheitliche Standards Entwicklung eines Geschäftsmodells 16 Aktuelle Entwicklungen Deutschland: RWE/Daimler und Vattenfall/BMW führen seit 2008 Pilotpojekt in Berlin durch: Insgesamt 500 Ladestationen ca. 100 Smart/A­Klasse 50 BMW Mini E Ziel: Erkenntnisse über Ladeinfrastruktur, Abrechnungsmodalitäten und Praxistauglichkeit 17 Aktuelle Entwicklungen Project Better Place: Große Kooperationen mit Dänemark, Australien Israel Dichtes Netz von Batterielade­ und Wechselstationen Neues Geschäftsmodell analog zum Mobilfunk: Fahrer zahlen für Zugang zu Ladestationen und Fahrstrecken ● Autos sehr billig oder sogar umsonst ● Better place als Vermittler zwischen Fahrer, Stromerzeuger und Autohersteller ● V2G ist Teil des Projekts, allerdings nicht detailliert beschrieben 18 Fazit Idee der Speicherung großer Erzeugungsspitzen momentan nicht rentabel genug V2G kann zuverlässig und gewinnbringend Primärregelenergie zur Verfügung stellen Kann dazu beitragen Elektrische Mobilität billiger zu machen Dringendste Frage: Ladeinfrastruktur Allerdings: Derzeit großes Augenmerk aus Politik und Industrie auf Elektromobilität 19 Quellen Kempton, W, Tomic, J. (2007), ”Using fleets of electric­drive vehicles for grid support”, University of Delaware Kempton, W, Udo, V., u.a. (2008), ”A Test of Vehicle­to­Grid (V2G) for Energy Storage and Frequency Regulation in the PJM System”, University of Delaware Kempton, W, Tomic, J. (2001), ”Vehicle­to­Grid Power: Battery, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles as Resources for Distributed Power in California”, University of Delaware Erdmann, G., Zweifel, P. (2008), ”Energieökonomik” http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Better_Place http://www.betterplace.com http://www.daimler.com 20 Ende 21 Market Clearing Price New York ISO Durchscnitt USA California ISO 22 Aktuelle Entwicklungen 23 Ladezustand Batterie 2 Stunden: 24 Ladezustand Batterie 24 Stunden: 25 Ladezustand Batterie Schema bei Spitzenlast: 26 Markt und Fahrzeugtyp Peakload und BEV 27 Markt und Fahrzeugtyp Peakload und Plug­In Hybrid 28 Markt und Fahrzeugtyp Spinning Reserves 29 Markt und Fahrzeugtyp Regulation 30 Fahrstrecken 31 Wirtschaftlichkeit ­ Einführung ”Using fleets of electric­drive vehicles for grid support” von W. Kempton, J. Tomic, University of Delaware, 2007 → Wirtschaftliche Bewertung von V2G für zwei Fahrzeugflotten: Einnahmen und Kosten → Betrachteter Zeitraum 2000 ­ 2003 ! Daten aus USA, Bundesstaaten New York und Kalifornien (dicht besiedelte Industriestandorte) → Übertragbarkeit der Ergebnisse näherungsweise gesichert 32
