Vehicle-to-Grid-Technologie und ihre Bedeutung für die Verteilungsplanung der Energieversorger

Wichtigste Erkenntnisse

• „Vehicle-to-Grid“ bietet nur dann einen Planungsnutzen, wenn die Einspeisereaktion als gesteuerte Betriebsressource modelliert und getestet wird.
• Der Standort der Einspeiseanlage, der Zeitpunkt der Einspeisung und Kund:innen werden die V2G-Ergebnisse stärker beeinflussen als die Nennkapazität der Batterien.
• Die Versorgungsunternehmen sollten nur begrenzte Kapazitätsgutschriften gewähren, bis Tests im geschlossenen Kreislauf Tests Betriebsdaten eine zuverlässige Leistung belegen.

Vehicle-to-Grid spielt für die Planung der Energieversorger nur dann eine Rolle, wenn diese es als kontrollierte Netzressource mit geprüften Grenzwerten, Kommunikationswegen und Einsatzregeln behandeln.

Der Absatz von Plug-in-Fahrzeugen in den Vereinigten Staaten erreichte 1,4 Millionen im Jahr 2023. Angesichts dieser Größenordnung wird das bidirektionale Laden bereits lange vor der Berücksichtigung in Kapazitätsplänen in die Verteilernetzpläne aufgenommen. Nur dann können Sie einen echten Nutzen aus „Vehicle-to-Grid“ (V2G) ziehen, wenn Studien und Tests denselben strengen Kriterien folgen, die auch für jede andere steuerbare dezentrale Energiequelle gelten. Energieversorger, die diese Kriterien außer Acht lassen, werden den Nutzen für das Verteilernetz überschätzen, das Schutzrisiko unterschätzen und die tatsächlichen Möglichkeiten der V2G-Technologie falsch einschätzen.

„Vehicle-to-Grid“ verbindet Elektrofahrzeugbatterien mit Netzdiensten

Mit „Vehicle-to-Grid“ (V2G) kann ein an das Stromnetz angeschlossenes Elektrofahrzeug unter externer Steuerung über ein bidirektionales Ladegerät Strom zurück ins Netz speisen oder das Netz unterstützen. Energieversorger sollten die V2G-Technologie als Betriebsmodell mit klar definierten Einspeiseregeln betrachten. Einspeisefenster, Telemetrie und Schutzeinstellungen definieren die Ressource. Ohne diese Elemente ist die Batterie lediglich ungenutzte Kapazität.

Ein Schulbusdepot verdeutlicht den Unterschied. Da die Busse über lange Zeiträume hinweg über Nacht angeschlossen bleiben, kann ein Energieversorger den Ladevorgang auf die Zeit nach Mitternacht legen und den Strom für eine kurze Abendspitzenlast bereitstellen. Bei einer Einfahrt zu einem Privathaus sieht die Situation ganz anders aus, da Ankunftszeit, Ladezeit und Abfahrtszeit von Tag zu Tag variieren. Bei gleicher Batteriegröße ist die Netzversorgung in diesem Umfeld weitaus weniger zuverlässig.

Diese Unterscheidung ist wichtig, da es bei der Verteilungsplanung auf eine zuverlässige Betriebsreaktion und nachgewiesene Grenzwerte ankommt. Sie werden „Vehicle-to-Grid“ als Flexibel mit Ladezustandsgrenzen, Mindestreservevorschriften und Kommunikationsverzögerungen modellieren. Ein Verteilungsplan, der davon ausgeht, dass jedes angeschlossene Fahrzeug auf Befehl entladen werden kann, wird den realen Bedingungen nicht standhalten. Gute Planung beginnt mit Steuerungsrechten und Betriebsgrenzen.

Die Auswirkungen auf die Einspeisung hängen von der Platzierung des Ladegeräts während der Abfertigung ab

Vehicle-to-Grid wirkt sich durch Spannungsanstieg, thermische Belastung, Schutzreichweite und Phasenausgleich auf das Verteilungsnetz aus. Die Einspeisung in der Nähe des Umspannwerks verläuft ganz anders als die Einspeisung am Ende einer Zuleitung. 

„Ein und dasselbe Megawatt kann einen Stromkreis entlasten und einen anderen belasten.“

In einem Endabschnitt mit einphasigen Heimladegeräten kann die lokale Spannung ansteigen, wenn mehrere Fahrzeuge gleichzeitig Strom ins Netz einspeisen. Ein Busdepot, das in der Nähe einer leistungsstarken dreiphasigen Hauptleitung angeschlossen ist, kann hingegen den Stromfluss in Richtung Netz in derselben Stunde reduzieren. Der Rückstrom durch Regler und Kondensatorbänke verlagert zudem die Auslastung der Anlagen. Bevor Sie davon ausgehen, dass die Einspeisung dem gesamten Stromkreis zugutekommt, sind versorgungsspezifische Überprüfungen erforderlich.

Beim Thema Schutz wird die Planung in der Regel konkret. Der Fehlerstrombereittrag von Ladegeräten ist zwar begrenzt, dennoch kann Rückleistung die Relaiskoordination beeinträchtigen oder Richtungselemente verwirren. Der Zeitpunkt der Einspeisung stellt eine weitere Herausforderung dar, da in Zeiten geringer Last stärkere Spannungsanstiege auftreten als in Zeiten hoher Last. Bei Leitungsanalysen sollten Standort, Uhrzeit, Jahreszeit und Phasenanschluss berücksichtigt werden.

Modelle zur Hosting-Kapazität erfordern bidirektionale Lastverläufe

Kapazitätsmodelle für Vehicle-to-Grid erfordern Zeitreihenprofile, die zwischen Laden und Einspeisung schwanken. Eine Momentaufnahme einer einzelnen Spitzenlast lässt die wichtigste Einschränkung außer Acht, nämlich den zeitlichen Ablauf. In der Studie müssen der Wirkungsgrad der Ladegeräte, die Regeln für die Batteriereserve und die Abfahrtszeiten berücksichtigt werden. Bidirektionale Lastverläufe sind die Mindestvoraussetzung für glaubwürdige Netzabschnittsstudien.

Ein Pendler-Zuleitungsnetz macht dies deutlich. Fahrzeuge laden oft nach ihrer Ankunft, doch der Energieversorger möchte möglicherweise gerade in dieser frühen Abendzeit Strom aus dem Netz beziehen. Wenn Fahrer mit niedrigem Ladezustand ankommen, erkennt das Zuleitungsnetz zuerst die Last und später – oder gar nicht – den Stromausgang. Eine Firmenflotte mit bekannten Verweildauern liefert Ihnen ein deutlich klareres Profil für die Modellierung.

Versorgungsunternehmen können die Modellqualität anhand einer einfachen Checkpoint-Tabelle überprüfen, bevor sie umfangreiche Studien durchführen. Jede Zeile verknüpft eine Planungsfrage mit den Eingabewerten, die die Ergebnisse der Einspeisung tatsächlich beeinflussen. So wird verhindert, dass Teams ein Modell mit Nennleistungsdaten der Batterien füllen, dabei aber Betriebsregeln außer Acht lassen. Das Ziel ist ein realistisches Einspeiseprofil.

Durch eine Vorabprüfung lässt sich ermitteln, wo V2G-Pilotprojekte einen Mehrwert für die Planung bieten

Die Überprüfung der Zuleitungen sollte mit Betriebsbedingungen beginnen, bei denen kurze Exportfenster von Vorteil sind. Die besten Testkreise weisen wiederholbare abendliche Spitzenwerte, konzentrierte Ladegerät-Cluster und ausreichende Telemetriedaten auf, um die Geschehnisse zu überprüfen. Zuleitungen mit gleichbleibenden Werten liefern kaum Planungswert. Unzureichende Daten führen zu falschen Schlussfolgerungen.

Ein Vorort-Zubringer mit einem kommunalen Fuhrpark, der in einem Depot abgestellt ist, eignet sich besser als Pilotprojekt als ein Zubringer mit derselben Anzahl an Fahrzeugen, die auf Hunderte von Haushalten verteilt sind. Der Depot-Fall liefert klarere Phasendaten, weniger Verbindungspunkte und einfachere Steuerungsrechte. Ein zweiter vielversprechender Kandidat ist ein Firmengelände, auf dem die meisten Fahrzeuge bis zum späten Nachmittag verbunden bleiben. In jedem Fall können Planer die Dispositionsergebnisse mit der gemessenen Reaktion des Zubringerdienstes vergleichen.

Bei der ersten Vorabprüfung sollten fünf Punkte geklärt werden, bevor ein Versorgungsunternehmen Mittel für Feldarbeiten bereitstellt.

• Die Abendspitzenzeiten treten immer wieder innerhalb eines engen Zeitfensters auf.
• Eine Flotte oder ein Standort hat vorhersehbare Ladezeiten.
• Die Telemetrie zeigt die Phase, Leistungund Verbindungsstatus an.
• Die Schutzkonfigurationen können ohne umfangreiche Neukonfigurationen überprüft werden.
• In Kontrollvereinbarungen wird festgelegt, wer Entlassungsereignisse auslösen darf.

Diese Filter reduzieren das Rauschen der Pilotdaten. Von einem kontrollierten Einspeisepunkt lernen Sie mehr als von fünf lose verwalteten Standorten. Die Pilotdaten sollten eine Planungsfrage beantworten, die sich auf Lastentlastung, Spannungsreaktion oder Aufnahmekapazität bezieht. Ein Stromkreis, der keine dieser Fragen beantworten kann, sollte noch warten.

Mit Tests Utility Tests die Stabilität der Regelung Tests

Utility Tests vor jeder Inbetriebnahme im Feld nachweisen, dass die Netzversorgungsmodelle, Laderegelungen und Abgabebefehle im geschlossenen Regelkreis stabil bleiben. Das Labor sollte das Rampenverhalten, die Telemetrie-Timing-Werte und das Fail-Safe-Verhalten bei gestörter Kommunikation nachweisen. Dieser Test deckt Probleme auf, die in Tabellenkalkulationen verborgen bleiben. Die Skalierung spielt erst eine Rolle, nachdem die Regelstabilität überprüft wurde.

Eine sinnvolle Konfiguration verbindet ein Versorgungsleitungsmodell, einen Laderegler und die Dispatching-Logik des Energieversorgers miteinander, sodass Timing-Fehler sofort sichtbar werden. Teams, die OPAL-RT für hardware nutzen, können diese Elemente miteinander verbinden und im selben Regelkreis beobachten, wie sich Exportbefehle auf Spannung, Strom und die Reaktion des Reglers auswirken. Ein Ladegerät, das im Open-Loop-Betrieb sauber hochfährt, kann dennoch Schwankungen aufweisen, wenn sich die Spannung in der Versorgungsleitung ändert. Tests dies bereits vor der Unterzeichnung eines Pilotvertrags.

Der Verlust der Kommunikation verdient dieselbe Aufmerksamkeit wie eine erfolgreiche Einspeisung. Ein Ladegerät sollte in einen sicheren Zustand zurückfallen, die Fahrreserve erhalten und sich ohne plötzliche Leistungsschwankungen wiederherstellen. Auch die Anti-Islanding-Logik muss überprüft werden, da ein Ereignis in der Zuleitung innerhalb von Sekunden zu widersprüchlichen Regelungszielen führen kann. Energieversorger, die diese Vorteil testen, werden bessere Anforderungen für den Netzanschluss formulieren und lange Pilot-Resets vermeiden.

Die Frequenzantwort von netzbildenden Wechselrichtern muss im Labor validiert werden

Das Frequenzverhalten netzbildender Wechselrichter spielt eine wichtige Rolle, wenn V2G-Systeme zur Unterstützung schwacher Netze oder im Inselbetrieb eingesetzt werden sollen. Die Angaben auf den Typenschildern der Ladegeräte sind kein Nachweis für eine stabile Frequenzregelung bei Störungen, bei der Resynchronisation oder bei Betriebsartwechseln. Laboruntersuchungen sind der einzige zuverlässige Weg. Das Frequenzverhalten netzbildender Wechselrichter entscheidet darüber, in welchen Bereichen V2G zur Stärkung der Netzresilienz beitragen kann.

Ein gutes Beispiel hierfür ist eine Schulbusflotte, die microgrid einem Sturm ein microgrid versorgt. Die Busse müssen möglicherweise für kurze Zeit die lokale Frequenz aufrechterhalten, während andere Quellen wieder ans Netz angeschlossen werden. Kleine Regelungsfehler können zu Schwankungen zwischen Ladegeräten, Speichern und lokaler Erzeugung führen. Dieses Verhalten lässt sich in einer einfachen Stromflussanalyse niemals erkennen.

Sie sollten die Droop-Einstellungen, Strombegrenzungen und Moduswechselsequenzen unter Schwachnetzbedingungen testen. Eine Frequenzunterstützung, die bei Nennspannung stabil erscheint, kann sich unvorhersehbar verhalten, wenn die Zuleitung unsymmetrisch ist oder eine Fehlerbehebung im Gange ist. Zertifizierungslücken erhöhen das Risiko, da viele Ladegeräte ursprünglich für den netzfolgenden Betrieb konzipiert wurden. Energieversorger sollten Nachweise verlangen, bevor Aussagen zur Netzformung in Planungsannahmen einfließen.

Die Ungewissheit Kund:innen bleibt der schwierigste Planungsfaktor

Kund:innen bleibt der schwierigste Planungsfaktor, da geparkte Fahrzeuge nicht immer einsetzbare Fahrzeuge sind. Leichte Nutzfahrzeuge stehen etwa 95 % der Zeit, doch die Planer müssen dennoch wissen, wer an das Netz angeschlossen ist, über ausreichend Ladung für die Einspeisung verfügt und bereit ist, die Batteriekapazität zur richtigen Stunde zur Verfügung zu stellen. Die Verfügbarkeit hängt in erster Linie von Kund:innen , dem Ladezustand und den Reserveeinstellungen ab.

Eine Mitarbeiterflotte in einem Krankenhaus mag auf dem Papier zuverlässig erscheinen, kann aber dennoch zu Engpässen führen, wenn Mitarbeiter nach einem Schichtwechsel vorzeitig das Krankenhaus verlassen. Bei einer Schulbusflotte ist die Situation einfacher, da die Fahrpläne und die Zeitfenster für das Aufladen bekannt sind. Das Laden zu Hause bringt zusätzliche Unsicherheiten mit sich, da die Nutzer die Einstellungen überschreiben oder den Stecker ziehen können, sobald sich die Strompreise ändern. Diese Details entscheiden darüber, auf wie viel Kapazität Sie tatsächlich zählen können.

Verträge sind genauso wichtig wie software. Die Begrenzungen der Batteriegarantie, die Präferenzen der Fahrer hinsichtlich der Reserve sowie die Zahlungsbedingungen werden die Opt-out-Raten beeinflussen. Sie sollten die Teilnahme als Bandbreite mit niedrigen, erwarteten und festen Werten modellieren und nicht als einen einzigen Durchschnittswert. Die Planungsmargen werden konservativ bleiben, bis die Energieversorger genügend Betriebsdaten gesammelt haben, um auf die Reaktion einer Flotte vertrauen zu können.

Der Einsatz von Spitzenlastkraftwerken hängt von der Verfügbarkeit des Kraftwerksparks während der Netzspitzen ab

„Versorgungsunternehmen sollten V2G als gezielte Flexibilitätsmaßnahme mit begrenzten Kapazitätsgutschriften einstufen.“

Vehicle-to-Grid wird nur einen kleinen Teil der Spitzenlastdeckung ersetzen, vor allem bei kurzen Ereignissen, bei denen die Verfügbarkeit der Fahrzeugflotte vertraglich festgeschrieben und technisch erprobt ist. Es wird weder lange Hitzewellen bewältigen noch mehrtägige Energieengpässe abdecken können. Energieversorger sollten V2G als gezielte Flexibilität mit begrenzten Kapazitätsgutschriften einstufen. Diese Einschätzung passt weitaus besser zur Verteilungsplanung als die Schlagzeilen über den Ersatz von Gaskapazitäten.

Ein Busbahnhof für den Nahverkehr kann eine lokale Spitzenauslastung für ein oder zwei Stunden zuverlässiger abfedern als ein verstreutes Programm mit Wohnbussen. Wohnbusflotten können zwar weiterhin unterstützen Frequenzausgleich oder Entlastung der Zubringerlinien unterstützen , doch ihre Gesamtleistung schwankt je nach Wetter, Pendlergewohnheiten und Kund:innen . Dieser Unterschied ist der Grund dafür, dass die angegebenen Kapazitäten zur Spitzenabdeckung oft höher ausfallen als die tatsächliche Leistung im Betrieb. Die Kapazitätsplanung erfordert eine verlässliche Entlastung genau zu dem Zeitpunkt, an dem das System unter Belastung steht.

OPAL-RT eignet sich für diese Aufgabe, wenn Energieversorger das Verhalten von Abzweigleitungen, Ladesteuerungen und Netzunterstützungsfunktionen überprüfen müssen, bevor diese Annahmen in ein Planungsmodell einfließen. Sorgfältige Tests, realistische Einsatzszenarien und abzweigleitungsspezifische Untersuchungen liefern bessere Kapazitätswerte als pauschale Batteriesummen es jemals könnten. Energieversorger, die V2G als technisch ausgereifte Betriebsressource behandeln, werden fundiertere Investitionen tätigen.