Illustration eines Menschen, der auf einem Netz aus Kabeln liegt.

Das Stromnetz in Zürich ist grün – und es ist fit für die Anforderungen der E-Mobilität. 

Neben der grauen Energie von Batterien («Power-Paket Batterie») und der Leistungsfähigkeit strombetriebener Fahrzeuge («E-Autos machen mobil») sind auch Belastbarkeit und Stabilität der Stromnetze regelmässig Anlass für Vorbehalte gegen den Ausbau der E-Mobilität. Deshalb widmet sich dieser dritte Artikel in der Serie dem Themenfeld Elektromobilität und Stromnetze.

«Wenn alle Elektroautos miteinander geladen würden, dann gute Nacht!» solche Prophezeiungen über zusammenbrechende Stromnetze gehören zum Repertoire der E-Mobility-Skeptiker. Ihre Worstcase-Rechnungen basieren auf der Annahme, der gesamte Fahrzeugpark eines Landes würde zum exakt selben Zeitpunkt mit völlig geleerten Akkus an eine Ladestation angeschlossen und der Strombedarf anschliessend hochgerechnet. Ein Szenario, das jeder Grundlage entbehrt.

Horrende Bussen für CO2-Sünder begünstigen die E-Mobilität

Für 2020 rechnet auto-schweiz gegenüber 2019 mit einer Verdoppelung der «Steckerfahrzeuge» bei den Neuzulassungen: sie kämen damit auf einen Anteil von 10%. «Eine genaue Prognose bis 2030 wagen wir aber nicht abzugeben», sagt Christoph Wolnik, Mediensprecher von auto-schweiz. Ein hartes Durchgreifen der EU bei Verstössen gegen die Abgas-Auflagen könnte den Trend zum Stromer aber beschleunigen. Die durchschnittlich 135mg/km aus dem Jahr 2015 müssten bis 2021 um ein Drittel reduziert werden, doch bei Halbzeit 2018 steht die Schweiz nicht etwa auf halben Weg Richtung 95mg/km, sondern im Gegenteil: Ihre Werte haben sich auf 137.3mg/km verschlechtert. Und das hat Konsequenzen. Die renommierte Tech-Beratungsfirma PA Consulting hat ausgerechnet: Geht die Entwicklung im gleichen Rahmen weiter, kommen auf Europas 13 Top-Autofirmen Strafzahlungen wegen Nichteinhaltens der Abgasvorschriften in der Höhe von 14.5 Milliarden EUR zu – Bussen, die den Ruf und die Profitabilität vieler Autobauer gefährden würden.

Hersteller und Importeure dürften diese Strafzahlungen auf die Preise der Neuwagen umwälzen, und die höheren Preise werden die gleiche Wirkung auf die Kaufentscheide der Neuwagen-Käufer haben wie die teilweise massiven Subventionen der öffentlichen Hand beim Erwerb von Elektroautos. Nimmt der Anteil der batteriebetriebenen Autos an den Neuzulassungen wie erwartet zu, wären ab 2035 über 90% der Neuzulassungen Elektroautos. Bei einer konstanten Erneuerungsrate der gesamtschweizerischen Flotte dürften ab 2040 zwei von drei Fahrzeugen auf den Schweizer Strassen rein elektrisch fahren – und alle müssen regelmässig an die Steckdose.

Illustration einer Hand, die ein Bündel Kabel in der Hand hält, an deren Enden Autos befestigt sind.

Was bedeuten diese Zahlen für Zürichs Stromnetz-Stabilität? 

Die Stadt Zürich verbraucht jedes Jahr gut 3,1 Terawattstunden Energie, das sind 3.1 Milliarden KWh. Von den gut 176’000 PW, die heute in der Stadt Zürich als solche eingelöst sind, werden rund 10% durch elektrische Energie angetrieben. Sie verbrauchen jährlich rund 42 Gigawatt-Stunden. Vorausgesetzt, dass die Zahl der regelmässig durch ewz-Strom aufgeladenen Personenwagen in etwa der Zahl der in der Stadt Zürich immatrikulierten Autos entspricht, so wird 2020 allerhöchstens 1% des Stroms durch E-Fahrzeuge konsumiert. Wenn 2045 nach Hochrechnungen über 90% der Fahrzeuge in Zürich elektrisch angetrieben sein werden, dann mag sich dieser Wert – Verkehrszuwachs einberechnet – auf 10% des heutigen Verbrauchs verzehnfachen (wobei nicht die Energie sondern die Leistung die Herausforderung sein wird, dazu später mehr). Dieser zusätzliche Bedarf würde zudem nicht sprunghaft, sondern sukzessive anwachsen. Sandro Pfammatter, Medienverantwortlicher des Verbandes Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen VSE, verweist auf Anfrage auf eine Studie des Energie-Beratungsunternehmens EBP, das in seinen Szenarien bis 2030 schweizweit von rund 2,5 TWh Strom für die Elektromobilität ausgeht. Das wären rund 4% des Stromverbrauchs.

E-Mobilität löst nicht das Platzproblem

Der Umstieg auf E-Mobilität ist ein sehr wichtiger und effizienter Beitrag zur Erreichung der Klimaziele. Ein Problem hingegen löst er nicht: Der Raumbedarf (Strassen, Parkplätze, Einstellplätze) eines Elekroautos ist gleich gross wie bei einem Verbrenner. Und ja: Ein sogenannter «Rebound-Effekt», also ein tendenzieller Mehrgebrauch des Autos («weil es ja sauber ist»), ist nicht auszuschliessen. Mit andern Worten: Gegen die zunehmende Verkehrsdichte bietet auch die E-Mobilität keine Abhilfe. 

Falls der «Corona»-initiierte Trend zum Homeoffice wieder abflacht, wird die prognostizierte Zunahme des Berufsverkehrs wegen chronischer Staus einen verbreiteten Umstieg auf den öffentlichen Personennahverkehr mit sich bringen – vorausgesetzt, es kommen zeitnah ein Impfstoff bzw. Medikamente gegen Covid-19 auf den Markt. Dessen ist sich auch der grösste Stromverbraucher in Sachen Mobilität, die Verkehrsbetriebe Zürich bewusst. Die VBZ werden deshalb auch konsequent weiterfahren mit ihrem Ausbau des ÖV, sowohl was die Frequenz der Fahrzeuge, die Länge des Verkehrsnetzes als auch die Ersetzung von fossil betriebenen Bussen durch E-Busse betrifft.

«Der Stromverbrauch pro Platzkilometer bzw. Fahrzeugkilometer sinkt.»

«Mutter aller Elektromobilität»: die VBZ

Die VBZ verbrauchen jedes Jahr für den Fahrbetrieb von Trams und Bussen etwa 78 GWh, was rund 3% des Stroms der Stadt Zürich entspricht. Trotz des stetigen Ausbaus der Leistungen der VBZ bezüglich beförderter Personen, gefahrener Kilometer und des Netzes sank der «Transaktionsverbrauch» (der Stromverbrauch zum Zweck der Personenbeförderung durch Busse und Trams) Jahr für Jahr. Ob das so weitergeht, will Oliver Obergfell, Pressesprecher der VBZ, nicht a priori bestätigen. Der Stromverbrauch steige, wenn Dieselbusse durch elektrische Busse ersetzt werden oder wegen der Zunahme der Fahrzeuggewichte für Sicherheits- und Komforteinrichtungen. Trotzdem verbessert sich die Umweltbilanz laut Obergfell kontinuierlich: «Der spezifische Stromverbrauch pro Platzkilometer bzw. Fahrzeugkilometer sinkt, weil die Antriebe und Hilfsbetriebe – beispielweise die Rückgewinnung von Bremsenergie durch Rekuperation – tendenziell effizienter werden.»

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Strombedarf vs. Leistungsbedarf entscheidend

Die Studie des Beratungsunternehmens EBP zeigt: Entscheidend für das Stromsystem ist nicht nur der Strombedarf der Elekromobilität, sondern in erster Linie ihr Leistungsbedarf. Denn während der Ladevorgänge werden kurzzeitig sehr hohe Ladeleistungen abgerufen, die das Stromnetz in den unteren Netzebenen, also im Verteilnetz, belasten. 

In der Netzplanung rechnet man nicht mit Wahrscheinlichkeit, sondern die sogenannten Leistungsspitzen sind massgebend. Deshalb werden bei ewz zur Beantwortung dieser Fragen Szenarien durchgespielt, wie mit zeitweilig massiven Mehrbelastungen im Netz umzugehen sei. Management by Hope gehört eindeutig nicht dazu. Eine eher nutzerseitig orientierte Massnahme ist schon längst Tatsache und bei den Strombezügern sehr gut akzeptiert: Durch ökonomisch sinnvolle, differenzierte Tarifanreize wird eine vermehrt niedertarifliche, nächtliche Nutzung angeregt. Tatsächlich nutzen die meisten Elektrofahrzeuge bzw. ihre Lade-Adapter durch entsprechende Schaltuhren und Sensoren die Einsparungen dieser durchdachten ewz-Tarifstruktur und zahlen statt 28 Rappen/kWh tagsüber lieber 5 Rappen/kWh in der Nacht. Diese Möglichkeit der zeitlichen und finanziellen Terminierung der E-Mob-Ladezeiten ist bereits heute sehr einfach via App nutzbar. 

Die Killerkriterien für den Erfolg der E-Mobilität

Eine im Auftrag der Shell-Tochter «newmotion» für die westeuropäischen Staaten verfasste Studie («Ergebnisse des EV Driver Survey 2020») zeigt, dass über 80% der befragten Besitzer von Elektrofahrzeugen rundum zufrieden sind mit der Reichweite ihrer Fahrzeuge.

Doch die Behörden, Umweltwissenschaftler und Energieversorgungsunternehmen sind sich einig: Im Bereich der Ladeinfrastruktur bestehen Lücken bei der Netzdichte und Verfügbarkeit der Ladestationen, vor allem wenn die Umsteigerquote auf Elektrofahrzeuge weiterhin wächst. Für 37% der Befragten ist die Verfügbarkeit von Stromtankstellen gar der wichtigste Faktor für die künftige Marktakzeptanz der Elektrofahrzeuge.

Zurzeit hängt diese Akzeptanz noch stark mit den Lebens-, Wohn- und Arbeitsumständen der Fahrzeugkäufer zusammen. 77% der E-Autofahrer verfügen über eine Ladestation zu Hause (in der Garage, beim Einstellplatz oder in der Hauseinfahrt); für gut die Hälfte der Befragten (55%) steht am Arbeitsplatz eine Ladestation zur Verfügung.

Illustration einer Batterie, die in einen Arm übergeht und die Muskeln anpsannt.

Ladestationen-Hubs in den Quartieren

Aktuell sind 30 Schnellladestationen in der Umsetzung, welche die Stadtzürcher Bevölkerung im Sommer 2018 von der ABB geschenkt erhielt. Bis Ende 2020 möchte ewz 20 dieser modernsten Stromtanksäulen zur Befriedigung der steigenden Nachfrage realisiert haben. Die Standorte sind derart über die Stadt Zürich verteilt, dass damit eigentliche Quartier-Hubs entstehen.

Für die Blauen Zonen – immerhin für die Hälfte der in der Limmatstadt wohnenden Autobesitzer – hat Zürich keine Ladestationen gebaut. «Zurzeit sind in der Stadt Zürich keine öffentlichen Stromtankstellen in den Blauen Zonen geplant», bestätigt Christian Sauter, Departementssekretär Industrielle Betriebe der Stadt Zürich. Die Meinungen, ob es tatsächlich Aufgabe der öffentlichen Hand sei, solche Ladestationen zur Verfügung zu stellen, seien geteilt. Immerhin beteilige sich die Stadt substantiell an der Installation von Ladestationen bei privaten Abstellplätzen.

«Wir können die Belastung des Verteilnetzes durch die Elektromobilität genau analysieren und die langfristige Netzplanung danach ausrichten.»

Versorgungssicherheit garantiert

Nur im äussersten Notfall und um flächendeckende Stromausfälle zu vermeiden, ist für Ladeinfrastrukturen kundenseitig ein Kontakt für einen Lastabwurf vorgesehen. Dabei würde an jeder Ladestation ein von ewz definiertes und überwachtes «Not-Aus» erfolgen. Indem kurzzeitig gezielt die Leistungen der grossen Verbraucher, beispielweise die Ladestationen, sofort vom Netz getrennt werden könnten, bleibt das Netz jederzeit stabil. Was dramatisch tönt, hätte kaum wahrnehmbare Auswirkungen: Kühlschrank, Tumbler, Licht, TV, Wärme und späte Spaghetti-Orgien wären davon nicht betroffen.

Laststeuerung mit Dashboards: Elektromobilität und Stromnetze sind digital

Grundlage für diese potenziellen Eingriffe ist ein detailliertes Wissen über die Belastungen des Netzes, in Echtzeit. Das im Programm Smart Grid des Teams «Smart Monitoring Systems» entwickelte Dashboard ermöglicht es, die Belastung im Netz durch die Elektromobilität pro Unterwerk, Trafostation oder Strang zu überwachen. Daneben kann das Verhalten der Endkundinnen und Endkunden besser verstanden werden und das Dashboard hilft zudem zu erkennen, ob und wie die Anreize zur Lastverschiebung, hauptsächlich die seit 2020 eingeführten Netznutzungstarife für Elektromobilität, wirken.

«Mit dem Dashboard», sagt Michael Auer, interimistischer Leiter New Grid Solutions, ewz, «können wir die Belastung des Verteilnetzes durch die Elektromobilität genau analysieren und die langfristige Netzplanung danach ausrichten»  Drohende Engpässe werden damit frühzeitig erkannt. Die Messungen im gegenwärtigen Pilotprojekt Greencity (siehe auch powernewz-Reportage) sollen künftig ermöglichen, dass bei drohender Überlastung nicht ein Lastabwurf nötig wird, sondern durch eine adäquate, temporär abgestufte Drosselung der Leistung die Stabilität des Netzes sichergestellt werden kann.    

Zum Schluss noch zum alltäglichen Nutzerverhalten: Bei 38 km täglich und einer Reichweite von 350 km müsste jedes Elektroauto effektiv nur einmal wöchentlich an die Steckdose. In der Realität werden Elektrofahrzeuge jedoch eingesteckt, sobald sie parkiert sind, was eine hohe Gleichzeitigkeit für die Netzbelastung bedeutet. Unterwegs möchten Fahrzeuglenker/-innen zudem so schnell wie möglich und nicht so schnell wie nötig laden. E-Mobilität führt also nicht einfach zu mehr Stromverbrauch, sondern zu Leistungsspitzen im Stromnetz, die genau beobachtet und im Netzausbau möglichst optimal geplant und umgesetzt werden müssen.

Fazit: Um die Stromnetz-Stabilität muss man sich ganz offensichtlich keine Sorgen machen. 

E-Mobilität in Zahlen:

Ende 2019 waren rund 4,2% aller 4,7 Millionen immatrikulierten PW in der Schweiz batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV). Mit rund 312’000 neuen Autos betrug die prozentuale Erneuerung des PW-Bestandes 6%.  Gut 85% ersetzten aus dem Verkehr gezogene Fahrzeuge, jedes achte (15%) war ein zusätzlicher PW. 2019 waren gut 13’200 reine BEV, weitere 8% (27’000) waren Hybridfahrzeuge (PHEV). Bei der zu erwartenden Zunahme des Anteils dieser Steckerfahrzeuge an den Neuzulassungen wären ab 2035 gegen 95% der Neuzulassungen BEV.

Unter Berücksichtigung des realen Verbrauchs in den verschiedenen Fahrzeug-Kategorien sowie der Abnützung der Batterie pro Ladevorgang beträgt der Ladebedarf pro 100 km von 14 kWh (PHEV Kompaktklasse) über 20 kWh (BEV Kompaktklasse) bis 27 kWh (BEV Oberklasse). Den Prognosen in diesem Artikel wurde ein Ladebedarf von 20 kWh zugrunde gelegt.

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Kommentare

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Bisherige Kommentare (2)
Hunger Adrain sagt:

Grundsätzlich tönt das Ja alle gut. Ein par Überlegungen Gehen jedoch nicht auf. Die Autobatterien sind so ausgelegt, dass sie möglichst immer im selben Ladezustand srbeiten. Also nicht lehren und einmal ich der Woche wider Auftanken. Das entspricht immer noch der Verbrennet Logik. Wen alle einmal in der Woche Schnelladen gibt es erst recht Netzbelastungen und Schwankungen. Die Schnellladestationen sind zwar wichtig für lange Strecken, Sollte aber nicht das Tagtägliche sein.
Deshalb ist es wichtig das möglichst viele AC Stationen gebaut werden. Nicht bloss einzelnen Hubs, von denen man anschliessend lange nach Hause laufen muss. Bei Erneuerungsarbeiten an Blauen oder weissen Zonen, wäre es Klug, schon mal das Leerrohr einzulegen. Besonders in der Nähe von Unterverteilschränken.

powernewz-Team sagt:

Besten Dank für Ihre wertvollen Hinweise und Überlegungen: Die Elektromobilität wird ein wichtiger Teil der CO2-neutralen Zukunft, die die verbleibende Mobilität mit Individualfahrzeugen umweltfreundlich möglich macht. Wie hoch der Anteil des motorisierten Individualverkehrs in 10-20 Jahren sein wird, ist stark abhängig von den strategischen Entscheidungen, die derzeit erarbeitet werden. Der Ausbau der öffentlichen und privaten Ladeinfrastruktur wiederum ist abhängig von der Anzahl zu ladender Fahrzeuge, der Batteriekapazität, der durchschnittlichen Kilometerleistung pro Fahrzeug in Städten der Zukunft und der Art des Ladens (Schnell- oder Normalladen). Die Szenarien hierfür werden derzeit in der Mobilitätsstrategie 2025 [https://bit.ly/3nl9QeP]und dem Gesamtkonzept Elektromobilität erarbeitet. Das Ziel ist eine bedarfsgerecht ausgestaltete, stromnetzdienliche und stadtplanerisch zukunftsfähige Infrastruktur. Ein möglichst idealer Ausbauplan ist unser Ziel.