Gibt es ein Märchen vom CO2-freien Fahren mit Elektrofahrzeugen?

Obwohl ein Elektrofahrzeug (EV) beim Fahren keine direkten Kohlendioxidemissionen verursacht, hat jedes Elektrofahrzeug im Vorfeld nicht zu vernachlässigende Emissionen von Treibhausgasen (THG) aus der Stromerzeugung: Die Well-to-Wheel-Emissionen.

Diese Emissionen werden für die Welt immer relevanter, um die globalen Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Aber was verursacht diese Emissionen und wie können sie in Zukunft begrenzt werden?

Ist das Fahren mit Elektroantrieb umweltfreundlicher als das Fahren eines Verbrennungsfahrzeugs?

Das Vehicle Technologies Office des US-Energieministeriums veröffentlichte einen Bericht, der die Emissionen von Elektrofahrzeugen in den USA berechnet. In dem Bericht werden für ein typisches Elektrofahrzeug pro Jahr durchschnittlich 4.815 Pfund (2184 kg) an CO2-äquivalenten Emissionen geschätzt, verglichen mit einem durchschnittlichen benzinbetriebenen Auto, das jährlich 11.435 Pfund (5186 kg) an CO2-äquivalenten Emissionen verursacht. Folglich reduziert ein Fahrer bei der Nutzung eines Elektrofahrzeugs seinen CO2-Fußabdruck im Durchschnitt um rund 60%

Warum entsprechen die Emissionen eines Elektrofahrzeugs einem Hin- und Rückflug von San Francisco nach New York?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns die Erzeugung elektrischer Energie ansehen. Wie die meisten modernen Länder nutzen die USA eine Mischung aus verschiedenen Energieressourcen. Die folgende Grafik zeigt die aktuelle US-Energieproduktion, aufgeteilt in Energiequellen. Demnach mehr als 50% der elektrischen Energie im öffentlichen Netz wird aus nicht erneuerbaren Energieressourcen erzeugt. Da Fahrzeuge hauptsächlich Strom aus dem Stromnetz aufladen, erklärt dies, warum wir beim Fahren von Elektrofahrzeugen CO2-Emissionen erzeugen.

Wie kann Smart Charging dazu beitragen, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren?

Um besser zu verstehen, wie das gesteuerte Laden (Smart Charging) von Elektrofahrzeugen die gesamten CO2-Emissionen beeinflussen kann, müssen wir die Ladegewohnheiten der Nutzer von Elektrofahrzeugen untersuchen. Eine hervorragende Möglichkeit, dies zu analysieren, ist die Betrachtung von Fahrzeugen mit Elektroflotten.

Jedes Mal, wenn ein Fahrer sein Auto anschließt, wird dies als Ladevorgang beschrieben. Jeder Ladevorgang hat eine Verweildauer (wie lange ist ein Fahrzeug an das Stromnetz angeschlossen) und ein Ladevolumen (wie viele kWh benötigt das Auto). Im folgenden Beispiel (Grafik) haben wir drei Gruppen von Ladevorgängen identifiziert:

• Fahrzeuge, die eine kurze Verweildauer haben und weniger kWh verbrauchen
• Fahrzeuge, die eine lange Verweildauer haben und weniger kWh verbrauchen
• Fahrzeuge, die entweder kurz oder lang bleiben und mehr kWh laden

Diese Beobachtung liefert uns die Information, dass mehr als 50% der Fahrzeuge ziemlich lange an der Ladestation bleiben, während die Autos nur eine geringe Menge an Energie benötigen (weniger als 20 kWh). Dieser Effekt weist darauf hin hohe Flexibilität, was bedeutet, dass der Ladevorgang später beginnen oder mit weniger Strom verarbeitet werden kann. Eine hohe Flexibilität ist ideal für Smart Charging, da die Algorithmen dieses Potenzial erkennen und den Start dieser Ladevorgänge optimieren. Zum Beispiel, indem die Ladevorgänge an erneuerbare Energiequellen angepasst werden.

Wie können wir den Energiemix nutzen, um unseren CO2-Fußabdruck zu reduzieren?

Als Nächstes müssen wir verstehen, warum Flexibilität beim Laden von Elektrofahrzeugen in Kombination mit dem Energiemix unerlässlich ist, um die CO2-Emissionen des Fahrzeugs zu reduzieren.

Zu diesem Zweck haben wir die Energiemix-Daten analysiert, die von der NYISO, der unabhängige Netzbetreiber von New York. In New York sind Dual-Fuel (Mischung aus Gas und Öl) und Kernenergie die größten Stromversorger. Die wichtigste erneuerbare Energiequelle ist Wasserkraft.

Da die Energieanlagen zu keinem Zeitpunkt des Tages die gleiche Energiemenge produzieren, variiert die Menge an erneuerbarer Energie im Stromnetz im Laufe des Tages. Die folgende Grafik zeigt ein Beispiel für den 26. November 2019.

Wir können sehen, dass jede Energieressource ihre Spitzenproduktion hat. So werden beispielsweise gegen 17 Uhr mehr als 30% der Energie mit Dual-Fuel erzeugt, während gegen 4 Uhr morgens dieser Wert auf weniger als 20% sinkt. Ein wichtiger Einflussfaktor für diese Volatilität ist der kontinuierliche Wetter- und Jahreszeitenwechsel.

Da dies nur ein sehr grober Hinweis ist, können wir noch weiter gehen und uns mit der Frage befassen, wie jede Energiequelle CO2-Emissionen verursacht. Zum Glück Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) hat die in seinem gesamten Lebenszyklus emittierten Treibhausgase für verschiedene Energieressourcen berechnet. Dieses Verfahren, das auch als Messung der Treibhausgasemissionen während des gesamten Lebenszyklus bezeichnet wird, beinhaltet die Berechnung der Potenzial zur globalen Erwärmung von elektrischen Energiequellen durch eine Lebenszyklusanalyse jeder Energiequelle. Die folgende Tabelle zeigt wichtige Beispiele für CO2-Emissionen in kWh erzeugter elektrischer Energie.

Bei amcontrol.io haben wir diese Ergebnisse verwendet und die normalisierten CO2-Emissionen für einen ganzen Tag berechnet, wobei wir das vorherige Beispiel von New York (NYISO) verwendet haben. Die folgende Grafik zeigt einen Spitzenwert gegen 16 Uhr und die niedrigsten CO2-Emissionen zwischen 22 Uhr und 5 Uhr morgens.

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Diese neue Perspektive zeigt, dass Smart Charging die Emissionen von Elektrofahrzeugen von der Welle zum Rad reduzieren kann. Im vorgestellten Beispiel können wir eine ungefähre CO2-Reduzierung von 30 bis 40% erreichen, wenn wir nach 23 Uhr aufladen. Das entspricht fast einem Flug von New York nach San Fransisco.

Folglich können wir Folgendes zusammenfassen:

• Viele Ladevorgänge von Flottenfahrzeugen im vorgestellten Beispiel sind flexibel.
• Die durchschnittlichen Treibhausgasemissionen sind zu jedem Zeitpunkt unterschiedlich
• Indem wir das Laden von Elektrofahrzeugen mit Smart Charging verwalten, können wir die CO2-Emissionen reduzieren
  

Die gute Nachricht ist, dass die USA im vergangenen Jahr ihre Renewable Portfolio Standards (RPS) sehr aktiv neu definiert haben. Diese verlangen, dass ein bestimmter Prozentsatz des Stroms, den Versorgungsunternehmen verkaufen, aus erneuerbaren Quellen stammt (Beispiele: New York: 100% bis 2040; Vermont: 75% bis 2032; Kalifornien: 100% bis 2045).