Eine Zukunft ohne Blackouts? Wie Elektrofahrzeuge das Stromnetz aufladen könnten

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Immer mehr Elektrofahrzeuge sind in der Lage, nicht nur Energie für das Fahren zu speichern, sondern dank einer Funktion namens “bidirektionales Laden” auch Gebäude und das breitere Netz mit Strom zu versorgen.

Es handelt sich um eine aufkommende Technologie, die in Notfällen Kühlschränke, Lampen und das Internet in Häusern und anderen Gebäuden eingeschaltet lassen könnte, um die Auswirkungen der meisten Stromausfälle zu beseitigen oder zu reduzieren.

Bidirektionales Laden hat auch das Potenzial, das gesamte Stromnetz umweltfreundlicher und effizienter zu machen und eine verstärkte und bessere Nutzung von Wind- und Sonnenenergie zu ermöglichen. Hier ist ein genauerer Blick auf die Technologie.

Was ist bidirektionales Laden?

Bisher sind die meisten Elektrofahrzeuge auf eine Einwegladung ausgelegt, bei der Energie aus dem Netz zum Aufladen der Batterien entnommen und nur zum Antrieb des Fahrzeugs abgegeben wird.

Beim bidirektionalen Laden können Fahrzeuge auch Strom aus ihren Batterien entladen und im angeschlossenen Zustand in Gebäude und ins Netz zurückspeisen.

Welche Fahrzeuge haben diese Fähigkeit?

Das Nissan Leaf und die Plug-in-Hybride Outlander von Mitsubishi sind laut Nova Scotia Power derzeit die einzigen Verbrauchermodelle auf dem kanadischen Markt, die über bidirektionales Laden verfügen.

Das Dienstprogramm läuft ein Pilotprojekt, um die Integration solcher Fahrzeuge in sein Netz zu testen.

Aber andere Hersteller haben angekündigt, dass ihre Fahrzeuge die Funktion bald haben werden, einschließlich Fords F-150 Lightning Pickup-Truck und alles Volkswagen Elektrofahrzeuge. Einige Nicht-Verbraucherfahrzeuge, wie Schulbusse des in Quebec ansässigen Unternehmens Lion Electric, unterstützen auch das bidirektionale Laden.

David Landrigan, Vizepräsident für Werbung bei Nova Scotia Power, prognostiziert, dass dies irgendwann die Norm für Elektrofahrzeuge sein wird.

„Ich kann mir eigentlich kein Elektrofahrzeug vorstellen, das in Zukunft kein bidirektionales Laden erlaubt, nur wegen des Mehrwerts“, sagte er.

Warum möchten Sie bidirektionales Laden?

Die einfachste Anwendung dieser Technologie wird von den Fahrzeugherstellern vermarktet: Sparen Sie Strom, wenn Sie ihn am meisten brauchen.

„Es ist Ihr persönliches Kraftwerk, das Ihr Haus während eines Ausfalls drei Tage lang automatisch mit Strom versorgt“, erklärte Fords Chefingenieurin Linda Zhang bei der Vorstellung des F-150 Lightning.

Das könnte praktisch sein – und sogar lebensrettend – da Klimawandel erhöht das Risiko von Extremwetter.

Es könnte bei längeren Stromausfällen ins Spiel kommen, wie der Februar-Ausfall die Millionen von Menschen während eines tödlichen Kälteeinbruchs im Süden der USA oder während rollender Stromausfälle tagelang Strom und Wärme abgeschnitten haben, wie die in Kalifornien in den letzten Jahren zur Entlastung des Netzes durch Klimaanlagen und zur Verringerung der Waldbrandgefahr bei Hitzewellen.

Senden von Strom von Fahrzeug-zu-Gebäude ist bekannt als V2B.

Während sie ähnlich wie eine Backup-Batterie wie eine Tesla Powerwall funktionieren mag, hat eine Autobatterie typischerweise eine viel höhere Kapazität: 155 Kilowattstunden (kWh) für den F-150 Lightning zum Beispiel, was mehr als 10 Mal mehr ist als 13,5 kWh einer Tesla Powerwall.

Ford sagt, dass sein vollelektrischer Ford F-150 Lightning Pickup ein Haus drei Tage lang mit seiner Batterie versorgen kann. Der Akku hat mehr als das 10-fache der Kapazität einer Tesla Powerwall. (Rebecca Cook/Retuers)

Kann das neben dem Fahrzeugbesitzer auch anderen zugute kommen?

Ja. Zum einen können Elektrofahrzeuge an Orte gefahren werden, an denen bei Naturkatastrophen und Massenevakuierungen zusätzliche Energie benötigt wird.

Aber noch einen Schritt weiter gehen, Strom einspeisen über ein einzelnes Gebäude hinaus bis zum Netz selbst ist ein Konzept bekannt als Fahrzeug-zu-Netz oder V2G, was potenziell dem gesamten Energiesystem zugute kommen könnte.

“Es wird eine viel höhere Widerstandsfähigkeit des Netzes geben”, sagte Landrigan. Wenn ein Generator ausfällt oder eine Stromleitung fällt, “können wir die enorme Kraft dieser Batterien nutzen, um … die Stromversorgung für alle aufrechtzuerhalten.”

Versorgungsunternehmen versuchen auch, mehr Wind- und Solarenergie zu integrieren – sauberere, aber variablere Stromquellen, die nicht unbedingt die maximale Leistung erzeugen, wenn sie am dringendsten benötigt wird.

Wind und Sonne machten 2019 10 Prozent des weltweiten Strommixes aus, müssen aber bis 2050 auf 60 Prozent wachsen, um die Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen, so Francisco Boshell von der International Renewable Energy Agency (IRENA). .

Und ihre Variabilität erfordert mehr Speicher und Backup-Leistung, um Angebot und Nachfrage im System zu verwalten – etwas, das Elektrofahrzeuge durch bidirektionales Laden bieten könnten.

Wind- und Solarenergie erzeugen nicht unbedingt die maximale Leistung, wenn die Nachfrage am höchsten ist. Aber Elektrofahrzeuge könnten verwendet werden, um einen Teil dieser Energie zu speichern und bei Bedarf wieder ins Netz einzuspeisen. (CBC)

Wie können Fahrzeuge als Speicher und Backup-Strom genutzt werden?

Der einfachste Fall erfordert überhaupt kein bidirektionales Laden – nur etwas bekannt als intelligentes Laden. Fahrzeuge würden geladen, wenn viel Strom zur Verfügung steht – zum Beispiel bei Wind oder Sonne – und nicht bei hohem Strombedarf.

Dienstprogramme können dies fördern durch variable Preise, die bei Stromknappheit die Strompreise anhebt und bei großen Strommengen senkt.

Beim bidirektionalen Laden können Fahrzeuge, die nicht in Gebrauch sind, Strom an das Netz zurückverkaufen. Davon könnten alle profitieren, wenn die Nachfrage ungewöhnlich hoch ist, etwa bei Hitzewellen, wenn der Stromverbrauch von Klimaanlagen Rekorde brechen kann.

„Es würde dem Versorgungsunternehmen ersparen, zusätzliche Generatoren einschalten zu müssen oder möglicherweise sogar einen Stromausfall zu erleiden“, sagte Wayne Groszko, ein Wissenschaftler für angewandte Energieforschung am Nova Scotia Community College, der bei seinem Pilotprojekt mit Nova Scotia Power zusammenarbeitet.

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Wie viel Strom könnte zur Verfügung stehen?

Die Zahl der Elektrofahrzeuge weltweit soll von sechs Millionen im Jahr 2018 auf 160 Millionen bis 2030 und mehr als eine Milliarde bis 2050 steigen. nach IRENA.

Das bedeutet, dass “mit all diesen Batterien auf Rädern eine enorme Stromspeicherkapazität verfügbar wäre”, sagte Boshell.

Eine Milliarde Elektrofahrzeuge könnten 40 Terawattstunden (tWh) Speicherkapazität bereitstellen – mehr als das Vierfache der erwarteten neun tWh Speicherkapazität stationäre Quellen, wie Pumpspeicherkraftwerke und Banken von Netzbatterien bis 2050.

“Ich denke, wir können es als bahnbrechende Ressource bezeichnen”, sagte Landrigan.

Warum sind Elektroautos noch nicht ins Netz integriert?

Ein wichtiger Grund ist, dass bidirektionale Ladegeräte nicht verfügbar waren, sagte Landrigan. Einige von denen, die im Nova Scotia Power-Pilotprojekt getestet werden, sind nicht einmal für den allgemeinen Gebrauch in Kanada zertifiziert.

„Sie sind schwer zu fassen … sie sind noch nicht auf dem Markt“, sagte er.

Eine andere ist, dass das Laden und Entladen einer Batterie zu einer Verschlechterung der Batterie führt und ihre Lebensdauer verkürzt.

Eine aktuelle Studie von Forschern des National Research Council of Canada herausgefunden, dass die Batterielebensdauer eines Nissan Leaf unter experimentellen Bedingungen von 10 auf sechs Jahre verkürzt wurde, wenn sie geladen und entladen wurde, um das Netz zu stabilisieren. Der Prozess würde auch die Stromrechnung des Fahrzeugbesitzers reduzieren, aber nur um 10 Prozent – ​​nicht genug, um die verkürzte Batterielebensdauer auszugleichen.

Elektrische Schulbusse von Lion Electric mit Sitz in Saint-Jérôme, Que., waren Teil eines Pilotprojekts zur Rückspeisung von Strom in das Netz in White Plains, NY. Das Unternehmen sagt, dass Schulbusse für diese Art der Netzspeicherung gut geeignet sind, da sie sind nur für einen kleinen Teil des Tages im Einsatz. (Löwe elektrisch)

Forscher gehen davon aus, dass Batterieverbesserungen, verbesserte Bedingungen für das Laden und Entladen sowie bessere Kompensationen oder Anreize die Gleichung ändern könnten.

EIN aktuelle Pilotstudie zu den Schulbussen von Lion Electric in New York fanden heraus, dass das einmalige Laden und Entladen ihrer Batterien an das Netz einen “sehr geringen” Einfluss auf die Verschlechterung hatte, ähnlich wie das Hinzufügen einer zusätzlichen Route pro Tag, sagte Patrick Gervais, Vizepräsident für Kommunikation des Unternehmens.

Was muss passieren, bevor Elektroautos ein integrierter Bestandteil des Stromnetzes sind?

Es gebe noch viele Unbekannte über die Integration von Elektrofahrzeugen in das Stromnetz, sagte Gervais. “Niemand hat es wirklich getan.”

Dazu gehört auch die Programmierung des Ladevorgangs, um sicherzustellen, dass zum richtigen Zeitpunkt genügend Strom für den richtigen Zweck – Fahren oder das Stromnetz – zur Verfügung steht.

Mit dem Nova Scotia Power-Piloten erlauben Freiwillige dem Versorgungsunternehmen, ihren Ladevorgang innerhalb bestimmter Parameter zu kontrollieren und zu melden, ob es zu Störungen kommt.

Der Versorger interessiert sich auch dafür, welche Anreize er seinen Kunden bieten muss – wie zum Beispiel Sondertarife –, damit seine Batterie teilweise vom Versorger kontrolliert werden kann.

Während sowohl die Technologie als auch ihre Regulierung aktualisiert werden müssen, sagt Landrigan, dass wir einer Zukunft „sehr nah“ sind, in der Elektrofahrzeuge ein integrierter Bestandteil eines umweltfreundlicheren, zuverlässigeren Stromnetzes sein können.

„Je mehr wir die Dynamik in Gang setzen können, dass immer mehr Menschen Elektrofahrzeuge kaufen und sie maximal nutzen, desto besser wird es uns allen gehen“, sagte er.

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