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Wasserstoff als Wegbereiter der Elektromobilität

Eine Studie von Horváth & Partners aus dem Jahr 2018 prognostiziert, dass 2030 ein Drittel der zugelassenen PKW in Deutschland elektrisiert ist. Das entspricht einem Absatz von mehr als 1 Mio. Elektrofahrzeugen und damit mittelfristig ca. 15 Mio. der sogenannten Battery Electric Vehicles (BEV). Was passiert jedoch auf dem Strommarkt, wenn diese tatsächlich auf deutschen Straßen fahren – und laden? Erleben wir einen Blackout, wie manche Publikationen nahelegen? Wir haben in einer aktuellen Studie verschiedene Simulationen und Szenarien mit unterschiedlichem Nutzerverhalten untersucht, um herauszufinden, wie sich 15 Mio. BEV schon heute auf die Strombedarfskurve auswirken würden – und welche Rolle grüner Wasserstoff dabei spielt.

Der „Schnell-Lader“ und der „Home Charger“

Wir unterscheiden zwischen zwei Lade-Grundtypen: dem bedarfsorientierten und dem potenzialorientierten Laden. Bedarfsorientiert bedeutet, dass Strom geladen wird, wenn er akut notwendig ist. Dies kann auf langen Strecken etwa das schnelle Laden an der Autobahn sein oder an Schnellladesäulen in Städten. Typischerweise findet dies mit einer Leistung zwischen 50 und 150 kW statt. Potenzialorientiert beschreibt das Aufladen des Fahrzeugs zu Standzeiten, beispielsweise beim Home- oder Office-Charging. Dies darf auch länger dauern, entsprechend ist die Leistung der Ladesäulen hier oft geringer (typischerweise bis zu 22 kW).

Wir gehen von drei Szenarien aus, die wir untersucht haben:

1. Der Großteil (rund 90 Prozent) lädt potenzialorientiert
2. Die Mehrheit (ca. 60 Prozent) lädt potenzialorientiert
3. Nur eine Minderheit (etwa 30 Prozent) lädt potenzialorientiert

In diesen Szenarien liegt der typische tägliche Verbrauch der 15 Mio. BEV bei ca. 115 GWh. Pro Jahr sind dies ca. 42 TWh, was etwa 7 bis 8 Prozent des Strombedarfs in Deutschland entspricht. In den ersten beiden Szenarien würden in der Spitze 8 bis 11 Prozent des täglichen Strombedarfs von der BEV-Flotte genutzt (im Durchschnitt rund 7 bis 8 Prozent). Im dritten Szenario sind es bis zu 15 Prozent in der Spitze. Das tatsächliche Ladeverhalten wird unseren Erkenntnissen nach jedoch zwischen den ersten beiden Szenarien liegen (also zwischen 8 und 11 Prozent). Dies bestätigen auch Erfahrungen eines deutschen Premium-OEMs über das Ladeverhalten seiner Nutzer.

Heutiger Stromüberschuss entspricht dem Bedarf von 15 Mio. Elektrofahrzeugen

In den tendenziell kälteren Monaten nimmt die Residuallast (konventioneller Strom als Grundlast) zu. Hier wurden im Jahr 2019 teilweise ca. 25 Prozent des Strommixes durch erneuerbaren Strom gedeckt. In den Monaten September bis Mai betrug der typische tägliche Überschuss dadurch ca. 130 GWh. Dies entspricht ungefähr dem täglichen Verbrauch der 15 Mio. BEV (rund 115 GWh). In den kühleren Monaten könnte die BEV-Flotte also schon heute theoretisch durch den Stromüberschuss getragen werden. Jedoch liegt hier aus ökologischen Gesichtspunkten auch ein vergleichsweise schlechter Strommix vor.

In den wärmeren Monaten (Mai bis August) steigt der Anteil der erneuerbaren Energie an, getrieben durch den tagsüber hohen Anteil an Photovoltaik-Strom. Der Anteil erneuerbarer Energien kann hier zu Spitzenzeiten bis zu 70 Prozent betragen. Dadurch herrscht eine höhere Volatilität in der Stromproduktion und es kommt zu Phasen, in denen Defizite durch Stromimporte ausgeglichen werden müssen. Fast der komplette durchschnittliche Tagesbedarf an Strom für 15 Mio. BEV (rund 105 GWh) müsste in diesem Zeitraum zusätzlich zur Verfügung stehen. Durch den steigenden Anteil erneuerbaren Stroms in den kommenden Jahren wird sich diese Volatilität noch verstärken.

15 Mio. Elektrofahrzeuge bieten einen enormen dezentralen Batteriespeicher

Eine der Herausforderungen des kommenden Jahrzehnts wird es daher sein, mit der steigenden Volatilität und der Speicherung von grünem Strom umzugehen. Elektrofahrzeuge können dabei Teil der Lösung sein: 15 Mio. BEV bilden einen enormen dezentralen Batteriespeicher von ca. 1 TWh. Unter der Prämisse, dass der durchschnittliche Füllstand aller BEV bei ca. 50 Prozent liegt, besteht ein zusätzliches Puffervolumen von rund 500 GWh. Dieses kann insbesondere über das potenzialorientierte Laden am Tag (z.B. Office-Charging) genutzt werden. Denn aus Effizienz- und Kostengründen ist es sinnvoll, Strom, wenn verfügbar, ohne Umwege direkt in den Fahrzeugbatterien zu speichern.

Anreizsysteme für potenzialorientiertes Laden schaffen

Es erscheint also besonders wichtig, die in den Szenarien dargestellten Strombedarfskurven über Anreizsysteme so gut wie möglich zu glätten und kalkulierbar zu machen. Entsprechende Anreizsysteme bieten beispielsweise intelligente Pricing-Modelle. Diese können potenzialorientiertes Laden gegenüber bedarfsorientiertem Laden besonders attraktiv gestalten.

Wasserstoff als Speichermedium für grünen Strom in der Elektromobilität?

Abschließend stellt sich folgende Frage: Wie kann Wasserstoff sinnvoll dazu beitragen, grünen Strom für die Elektromobilität zu speichern und zur Verfügung zu stellen? Um sie zu beantworten, werden insbesondere die nächsten Jahre entscheidend sein. In der ersten Phase (in den kommenden 5 bis 10 Jahren) wird es vor allem darum gehen, wie grüner Wasserstoff betriebswirtschaftlich sinnvoll bzw. kostengünstig produziert oder importiert werden kann.

Eine ganz neue Phase beginnt, wenn in einer wasserstoffbasierten Energieversorgung grüner Wasserstoff in Massen und kostengünstig im Inland produziert und/oder aus den MENA-Staaten und Südeuropa importiert werden kann (lesen Sie dazu unseren Artikel zu unterschiedlichen Wasserstoffquellen). Dann können die Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) ihren Effizienznachteil ausgleichen: Grünen Wasserstoff für Batteriefahrzeuge zu rückverstromen bringt die Konzepte BEV und FCEV auf ein vergleichbares Effizienzlevel.

Bei Interesse an unserer vollständigen Studie oder einem gemeinsamen Austausch, zögern Sie nicht uns zu kontaktieren!

Dr. Voggenreiter, D. / Schauss, M.
Erschienen in: Online-Artikel, 2020