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Oct 16, 2023

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Elektrofahrzeuge bieten viele Vorteile: kein teures Tanken mehr, reduzierte Treibhausgasemissionen, bevorzugtes Parken und Zugang zur HOV-Spur. Ein weiteres Argument, das von Herstellern und Befürwortern von Elektrofahrzeugen angepriesen wird, ist das Versprechen des Vehicle-to-Grid-Ladens (V2G), also der Möglichkeit, die Batterie eines Elektrofahrzeugs mit Strom zu versorgen, was Vorteile mit sich bringt, die von finanziellen Anreizen für Besitzer von Elektrofahrzeugen bis hin zur Stärkung der Stromversorgung reichen Netz.

Elektrofahrzeuge können derzeit das Stromnetz eher belasten als stärken. Beispielsweise forderte der Gouverneur von Kalifornien letztes Jahr die Besitzer von Elektrofahrzeugen dazu auf, das Laden während einer Hitzewelle zu reduzieren, um das Stromnetz des Staates nicht zu belasten. Wenn Sie sich Elektrofahrzeuge jedoch als große Batterien mit Motoren und Rädern vorstellen – im Wesentlichen Energiespeicher –, ist es sinnvoll, ihre Energie zur Unterstützung des Stromnetzes zu nutzen. Es könnte den Besitzern von Elektrofahrzeugen auch Geld einbringen, indem sie den in ihren Batterien gespeicherten Strom zurück ins Netz einspeisen – und dafür bezahlt werden –, wenn die Energieversorger ihn benötigen.

Aber wie bei den meisten Elektrofahrzeugen, von Lieferkettenproblemen bis hin zum Mangel an öffentlicher Ladeinfrastruktur, ist V2G aufgrund einer Vielzahl von Faktoren eine komplexe Herausforderung – und wird bestenfalls mehrere Jahre von der Rentabilität entfernt sein. Dies erfordert eine umfassende Koordinierung und Investitionen von Energieversorgern, Autoherstellern und Besitzern von Elektrofahrzeugen, und die Standards für die Technologie entwickeln sich noch weiter. Automobilhersteller und Energieversorger unternehmen erste Schritte zur Erleichterung von V2G, da es nicht nur die symbiotische Unterstützung von Elektrofahrzeugen ermöglicht, sondern zusammen mit erneuerbaren und anderen dedizierten Energiespeichermitteln das Potenzial hat, das Stromnetz umzugestalten.

„Vehicle to Grid hat das Potenzial, große Teile der Energieinfrastruktur zu verändern“, sagte Scott Hinson, CTO von Pecan Street, einer gemeinnützigen Forschungsorganisation mit Sitz in Austin, Texas, die sich auf saubere Energie und Smart-Grid-Technologien konzentriert. „Wir haben noch nie eine so flexible Last in das Stromnetz eingespeist wie das Elektrofahrzeug“, fügte er hinzu.

Beispielsweise können Menschen während einer Hitzewelle nicht einfach ihre Klimaanlage ausschalten, um einen Stromausfall zu vermeiden. „Wenn man in manchen Gegenden die Klimaanlage lange genug ausschaltet, können Menschen sterben“, sagte Hinson. „Aber einem Elektrofahrzeug ist es egal, wann es geladen wird, und mit V2G hat man eine ganz neue Größenordnung an Flexibilität.“

Das Aufladen von Elektrofahrzeugen ist in der Regel in den frühen Morgenstunden günstiger, wenn die Netznachfrage niedrig ist und die Stromtarife anschließend sinken – und die meisten Elektrofahrzeuge geparkt sind. Im Vergleich zu Klimaanlagen, die im Sommer rund um die Uhr in Arizona oder Florida laufen, stellen sie eine deutlich überschaubarere Belastung für das Stromnetz dar.

Die Bausteine ​​für V2G – einschließlich verwaltetem Laden, bei dem ein Elektrofahrzeug-Ladegerät mit einem Energieversorger kommunizieren kann, und Vehicle-to-Home (V2H)-Laden, das es einer Elektrofahrzeugbatterie ermöglicht, ein Haus mit Strom zu versorgen – sind bereits vorhanden. Die nächsten Schritte und Elektrofahrzeuge, die V2G unterstützen, werden entwickelt.

Um V2G zu ermöglichen, benötigt ein Elektrofahrzeug bidirektionales Laden: die Fähigkeit, Strom sowohl vom Stromnetz zu empfangen als auch an dieses zu senden. Derzeit verfügen nur sehr wenige Autos – darunter der GMC Hummer, der Ford F-150 Lightning, der Mitsubishi Outlander PHEV, der Nissan Leaf und der Volvo EX90 – über bidirektionales Laden. Aber weitere sind auf dem Weg, wie zum Beispiel der Chevy Silverado EV und Elektrofahrzeuge des Volkswagen-Konzerns, die die MEB-Elektroplattformarchitektur des Unternehmens nutzen.

„Sie benötigen bidirektionales Laden zusammen mit der Software im Fahrzeug, um die Energie abzuleiten und entweder für V2H in Ihr Zuhause oder für V2G ins Stromnetz einzuspeisen“, erklärt Mark F. Bole, Leiter V2X und Batterielösungen bei GM Energy. eine neue Geschäftseinheit, die der Autohersteller letztes Jahr ins Leben gerufen hat. „Später in diesem Jahr werden wir den ersten Schritt machen, nämlich Vehicle-to-Home oder V2H“, fügte Bole hinzu.

Dieser erste Schritt wird der Chevy Silverado RST EV sein, der im November auf den Markt kommen soll, zusammen mit einem bidirektionalen Ladegerät und der für V2H erforderlichen Hardware. „Sobald das Fahrzeug für V2H ausgeschaltet ist, ist es ein natürlicher nächster Schritt, auf V2G umzusteigen“, sagte Bole. „Aber V2G wird im weitesten Sinne höchstwahrscheinlich erst 2025 kommen.“

GM und andere Automobilhersteller, darunter Ford, Volkswagen und Toyota, führen V2G-Pilotprogramme mit Versorgungsunternehmen durch, um Systeme zu integrieren und Protokolle einzurichten. „Wir müssen mit den Versorgungsunternehmen zusammenarbeiten, und das wird einige Zeit in Anspruch nehmen“, sagte Bole. „Es gibt mehr als 1.500 Versorgungsunternehmen in den USA, und sie sind alle sehr unterschiedlich und haben alle ihre eigenen Systeme.“

GM Energy führt derzeit mehr als 20 V2G-Pilotprogramme durch, fügte Bole hinzu. „Wir beginnen mit einem Managed-Charging-Programm und testen V2H. Sobald wir Bidirektionalität haben, werden wir das Stromnetz wirklich unterstützen und Mehrwert schaffen“, sagte er. „Wenn es Standards gibt, werden wir mehr Serienfahrzeuge mit V2G-Fähigkeiten sehen.“

Auch Ford legt mit seinem F-150 Lightning EV-Pickup und seiner V2H-Fähigkeit den Grundstein für V2G. Aber wie beim kommenden Chevy Silverado EV erfordert der F-150 Lightning, um V2H und anschließend V2G zu ermöglichen, teure Ausrüstungskäufe seitens des EV-Besitzers. Ein Elektrofahrzeugbesitzer muss in der Regel auch ein Eigenheimbesitzer sein, was Mieter und viele, die in Mehrfamilienhäusern leben, außen vor lässt, obwohl es für sie möglich sein könnte, an einem V2G-Programm teilzunehmen, wenn sie beispielsweise für ein Unternehmen arbeiten, das dies ermöglicht die Technologie in einem Büro oder für eine Flotte.

Für den F-150 Lightning ist die Funktion „Intelligent Backup Power“ erforderlich, die standardmäßig in den oberen Verkleidungen vorhanden ist und V2H-Fähigkeit ermöglicht. Ein F-150 Lightning-Besitzer benötigt außerdem ein Ford Charge Station Pro-Heimladegerät der Stufe 2/240 Volt und 80 Ampere, das standardmäßig mit einer Batterie mit erweiterter Reichweite ausgestattet ist, sowie ein von Ford und Sunrun, der bevorzugten Installation von Ford, entwickeltes Home Integration System Partner.

„Für V2G muss der Energieversorger dem Verbraucher ein Programm anbieten, um diese Fähigkeit zu ermöglichen, die Ford derzeit mit mehreren Energieversorgern in den USA testet“, sagte Dave Hurst, Manager für Energiedienstleistungen bei Ford. Er fügte hinzu, dass Ford derzeit mit mehreren Energieversorgern zusammenarbeitet, um V2G zu testen, darunter verwaltete Ladeprogramme mit Xcel Energy in Colorado, DTE Energy in Michigan und SMUD in Kalifornien. Das Unternehmen untersucht außerdem den Übergang von V2H zu V2G mit PG&E in Kalifornien und Duke Energy in mehreren Bundesstaaten und testet V2G mit dem F-150 Lightning.

General Motors verfolgt einen viel umfassenderen Ansatz, der durch die drei Geschäftsbereiche von GM Energy – Privathaushalte, Gewerbe und Laden – veranschaulicht wird, die alle unter der Marke Ultium firmieren. Das Portfolio von GM Energy umfasst alles von V2G über stationäre Energiespeicher bis hin zu einem cloudbasierten System, das Software und Daten kombiniert, um alles miteinander zu verbinden. „Wir denken sehr umfassend über Möglichkeiten nach, Menschen beim Energiemanagement zu helfen“, sagte Bole.

Die Ultium Home-Reihe von GM Energy umfasst ein V2H-fähiges bidirektionales Ladegerät, einen Controller, eine stationäre Batterie namens Powervault, ähnlich der Powerwall von Tesla, und Solarenergie über seinen Partner SunPower. Bole sagte, dass diese Produkte mit der Einführung des Chevrolet Silverado EV 2024 auf den Markt kommen werden, gab jedoch keine Preise bekannt.

GM wirbt mit Ultium Home nicht nur, um bei einem Stromausfall oder beim Aufladen von Elektrofahrzeugen über Solarenergie das Licht zu Hause eingeschaltet zu lassen, sondern um es den Verbrauchern schließlich zu ermöglichen, den Strom aus ihren Elektrofahrzeugbatterien an die Energieversorger zu verkaufen. GM habe noch nicht abschließend geklärt, wie und ob es Verbraucher für die Energie entschädigen werde, die sie an Versorgungsunternehmen liefern, sagte Bole. „Aber wir können unseren Kunden sagen: ‚Sie können 20 US-Dollar pro Monat von Ihrer monatlichen Leasingrate ermäßigen, oder wir können die Ersparnisse teilen‘“, fügte er hinzu.

„Das Schwierige daran ist, dass es in jedem Bundesstaat und bei jedem Versorgungsunternehmen anders ist“, sagte Bole. „Aber wir werden Daten aus der Energy Services Cloud verwenden, die wir zusammenstellen, und den Kunden sagen: ‚Das ist der Geldbetrag, den Sie sparen können, wenn Sie Ihre Energie mit diesen Produkten und Dienstleistungen über uns verwalten.‘ „Das wird bis Ende dieses Jahres der Fall sein“, fügte er hinzu.

Hinson von Pecan Street sagte, dass V2G zwar in Pilotprogrammen erprobt wird und viele Energieversorger an Bord sind, ein großes Hindernis jedoch die Festlegung von Standards darstellt. „Aus technologischer Sicht ist es machbar“, sagte er. „Die Konnektivität ist bereits vorhanden. Standards sind es nicht.“ Bole räumte ein, dass es noch keine Standards für Kommunikationsprotokolle zwischen dem Elektrofahrzeug und einem bidirektionalen Ladegerät gebe, fügte jedoch hinzu, dass diese schnell entwickelt würden.

Hinson sagte, dass ein Walled-Garden-Ansatz proprietärer Standards V2G behindern könnte und dass universelle Standards etabliert werden müssten. „Autohersteller neigen dazu, recht protektionistisch vorzugehen“, fügte er hinzu. „Sie wollen diesen potenziellen Wertstrom als Teil ihrer zukünftigen Geschäftsmodelle behalten.“

Wenn Chevy im November den Silverado EV und seine V2H-Technologie auf den Markt bringt, benötigen Besitzer Hardware von General Motors, sagte Bole. Auch Ford und andere Autohersteller bieten proprietäre Systeme an. „Heute kann man nicht mehr in den Laden gehen und ein bidirektionales Ladegerät kaufen“, fügte Bole hinzu.

Aber Bole sagte, während sich die Standards weiterentwickeln: „Sie werden in der Lage sein, einen Tesla an ein GM-Ladegerät anzuschließen und mit GM zusammenzuarbeiten, um Ihre Energie zu bündeln. Natürlich wollen wir so viele GM-Elektrofahrzeuge verkaufen, wie wir können, aber ich wäre dumm, wenn.“ Ich dachte, dass unsere EV-Kunden einfach GM-Fahrzeuge kaufen würden. Sie könnten auch einen Tesla in ihrer Garage haben“, fügte er hinzu.

„Sobald diese Standards festgelegt sind, was eher im Jahr 2025 der Fall sein wird, wird GM Energy die Möglichkeit haben, Energie aus einem Tesla oder einem Ford oder einem stationären Speichersystem sowie einem GM-Elektrofahrzeug zu bündeln“, sagte Bole. „Wir bauen ein agnostisches, umfassendes System auf. Nicht alle Autohersteller gehen so vor, aber in Zukunft wird es mehr Plug-and-Play-Möglichkeiten für Verbraucher geben.“

Besitzer von Elektrofahrzeugen müssen natürlich an Bord sein und die für V2G erforderliche Ausrüstung kaufen, um von den Vorteilen zu profitieren, aber es muss auch reibungslos funktionieren. „Aus Verbrauchersicht muss es transparent und einfach sein“, sagte Andrew Meintz, Chefingenieur für das Laden von Elektrofahrzeugen und die Netzintegration am staatlich finanzierten National Renewable Energy Laboratory. „Dafür ist es erforderlich, dass der Versorgungs- oder Fahrzeughersteller versteht, wie die Eigentümer ihre Fahrzeuge nutzen.“

Dies habe bereits mit Managed-Charging-Piloten begonnen, sagte Bole. „Das können wir heute durch Fahrzeugtelematik und die Zusammenarbeit mit dem Energieversorger erreichen“, fügte er hinzu. „Angenommen, ein Energieversorger sendet uns eine Bedarfsantwort für morgen um 3 Uhr morgens und bittet uns, mit Zustimmung und Wissen des Kunden einen Befehl zum Stoppen des Ladevorgangs an das Elektrofahrzeug zu senden. Anschließend schreiben wir unseren Kunden, die diesen Energieversorger verwenden, eine SMS und fragen: ‚Können Sie zwischendurch nicht laden?‘ 3 bis 5 Uhr morgens, und erlauben Sie uns, den Ladevorgang auszuschalten? Wenn Sie zustimmen, erhalten Sie hier 20 $. '"

Bole sagte, GM Energy habe derzeit drei solcher Pilotprogramme in den USA im Einsatz. „Es sind weniger als 400 Fahrzeuge angemeldet, weil wir noch lernen, der Energieversorger noch lernt und unsere Kunden noch lernen“, fügte er hinzu. „Ein Teil unserer Markteinführungsstrategie, die wir noch entwickeln, besteht darin, dass wir die Energieeinsparungen schätzen, wenn ein Verbraucher die Ausrüstung kauft – abhängig von seinem Wohnort und seinen Fahrgewohnheiten. Wir werden sagen: „ Das wird Ihre Amortisation für diese Investition sein.“ Außerdem haben sie jetzt einen Generator in ihrer Garage.“

GM Energy bewirbt V2G nicht aktiv bei Verbrauchern, da die Produkte und Dienstleistungen noch nicht öffentlich verfügbar sind, sagte Bole. „Wir wollen nicht zu weit voreilen, weil wir heute nichts zu verkaufen haben“, fügte er hinzu. „Aber wir reden aktiv darüber, was wir mit Versorgungsunternehmen machen, weil wir glauben, dass es Teil des Bildungsprozesses ist.“

Laut Hinson müssen Autohersteller ihren Kunden auch alle möglichen Auswirkungen von V2G und verwandten Energiegewinnungstechnologien auf die Batterie eines Elektrofahrzeugs und deren Garantie mitteilen. Es wurden mehrere Studien darüber durchgeführt, wie sich V2G auf die Batterie eines Elektrofahrzeugs auswirkt. Eine von der University of Warwick aus dem Jahr 2017 zeigte, dass es die Lebensdauer von Batterien tatsächlich verlängern könnte.

„Ein Teil der Energy Services Cloud von GM überwacht den Zustand der Batterie“, sagte Bole. „Wem könnte man besser vertrauen als dem Unternehmen, das die Batterie hergestellt hat und Garantie dafür gibt.“

Obwohl das Ideal darin besteht, dass eine große Anzahl von Elektrofahrzeugen Strom ins Netz einspeist, können bereits wenige Fahrzeuge einen Unterschied machen, sagte Meintz. Bole fügte hinzu, dass GM mit der gemeinnützigen Rocky Mountain Institute für saubere Energie und mehreren Versorgungsunternehmen an sogenannten virtuellen Kraftwerken arbeitet, bei denen einzelne Elektrofahrzeuge ihre Energie bündeln.

Hinson sagte, dass die V2G-Technologie zwar an mehreren Fronten noch viel zu tun habe, er jedoch zuversichtlich sei, dass sie eine Zukunft haben werde. „Es muss noch mehr Arbeit geleistet werden, um zu verstehen, wie hoch der Wert sein wird“, sagte Hinson. „Und wie sich V2G auf dem Markt gegen konkurrierende Technologien behaupten wird, die die gleiche Ressource bereitstellen, etwa stationäre Batterien, die zu 100 Prozent verfügbar sind und immer an das Stromnetz angeschlossen sind. Aber mit V2G“, sagte er, „kann das Fahrzeug zu einem Energieträger werden.“ ein Gewinn in einer Weise, die die Menschen noch nicht begreifen oder erwägen.“