Donn Dears
Wie werden sich 250 Millionen batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) auf das amerikanische Stromnetz im Jahre 2050 auswirken?
Was wird es kosten, um das Stromnetz in die Lage zu versetzen, 250 Millionen BEVs sicher mit dem benötigten Strom zu versorgen?
Und ist es überhaupt möglich, das Netz so umzubauen, dass dieses Ziel erreicht wird?
Dieser Artikel wird zeigen, dass es für die Vereinigten Staaten nahezu unmöglich ist, die Kapazität ihres Stromnetzes zu erhöhen, um 250 Millionen BEVs zu versorgen. Jede der folgenden Komponenten des Stromnetzes muss untersucht werden, um die Kosten für die Bereitstellung des von BEVs benötigten Stroms zu ermitteln und um festzustellen, ob es überhaupt möglich ist, die Änderungen vorzunehmen:
● Ladestationen
● Transformatoren für Verteilungs- und Umspannwerke
● Neue Kraftwerke
● Übertragungsleitungen
● Unterirdische und Freileitungen
Ladestationen
Um 250 Millionen ICE-Fahrzeuge zu versorgen, werden in den Vereinigten Staaten etwa 125.000 Tankstellen mit jeweils mindestens acht Zapfsäulen benötigt. Das Laden zu Hause kann zwar den Bedarf an so vielen Tankstellen verringern, aber die Zeit, die für das Laden eines BEV benötigt wird, beträgt 30 Minuten, also sechsmal so viel Zeit wie für das Tanken eines ICE-Fahrzeugs. Diese längere Zeitspanne könnte jede Verringerung durch das Laden zu Hause ausgleichen.
[ICE = Internal Combustion Engine = Verbrennungsmotor]
Tesla verfügt über 1.772 Supercharging-Standorte, d. h. Stationen in Nordamerika, mit jeweils etwa zehn Ladestationen. Auf dieser Grundlage verfügt Tesla über etwa 17.720 Ladestationen. Wenn man davon ausgeht, dass die Kosten für die Stromversorgung 100.000 Dollar pro Station betragen und die Kosten für jede Kabine bei 20.000 Dollar liegen, hätte das derzeitige System von Tesla rund 530 Millionen Dollar gekostet.
Für die Bereitstellung der gleichen Anzahl von Ladestationen wie bei 125.000 Tankstellen wäre das Äquivalent von 71 Tesla-Systemen erforderlich, was Kosten in Höhe von 37,5 Milliarden Dollar verursachen würde.
Transformatoren für Verteilungs- und Umspannwerke
Es gibt zwei verschiedene Gruppen von Verteilungs- (DT) und Umspannwerkstransformatoren.
● Zum einen gibt es die über das ganze Land verteilten Vororte und Kleinstädte, in denen überwiegend Einfamilienhäuser, einige Mehrfamilienhäuser und Leichtindustrie angesiedelt sind.
● Dann gibt es die Großstädte, in denen die meisten Menschen in Mehrfamilienhäusern leben und ihre Autos auf der Straße parken.
In diesem Artikel werden die besonderen Probleme der Großstädte nicht berücksichtigt.
Ungefähr 25 Millionen Stromzapfsäulen versorgen Einfamilienhäuser in den amerikanischen Vorstädten und auf dem Land, und praktisch alle diese Stromzapfsäulen müssen ersetzt werden, um das Laden von BEVs zu ermöglichen.
Zum Hintergrund: DTs versorgen in der Regel vier Haushalte, so dass die kombinierte Last aller vier Haushalte vom Verteilungstransformator getragen werden muss. Bei vier Haushalten müssen daher wahrscheinlich acht BEVs mehr oder weniger jede Nacht aufgeladen werden.
Die Kosten für den Austausch eines 50-KVA-Verteilertransformators, einer typischen Größe, gegen einen 100-KVA-Transformator belaufen sich auf etwa 20.000 Dollar. Auf dieser Grundlage belaufen sich die Kosten für den Austausch von 25 Millionen DTs auf über 500 Milliarden Dollar. In Mehrfamilienhäusern in amerikanischen Vorstädten werden größere Transformatoren verwendet, die ebenfalls zu geschätzten Kosten von 41 Mrd. $ ersetzt werden müssen.
Die Transformatoren in den Umspannwerken versorgen die Verteilungstransformatoren, und mit der zunehmenden Belastung der Verteilungstransformatoren steigt auch die Belastung der Umspanntransformatoren. Wenn nur 15 % der 55.000 Transformatoren in den Umspannwerken aufgrund überlasteter Verteilungstransformatoren überlastet werden, könnten sich die Kosten für den Ersatz der überlasteten Umspanntransformatoren auf 9,9 Milliarden Dollar belaufen. Daher belaufen sich die Kosten für den Ersatz von Verteilertransformatoren und Transformatoren in den Vereinigten Staaten auf dem Festland ohne die Verteilertransformatoren in Großstädten auf etwa 551 Mrd. $.
Neue Kraftwerke
Die vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) veröffentlichte Electrification Futures Study [Zukunft der Elektrifizierung] schätzt die Menge an neuer Stromerzeugungskapazität, die erforderlich wäre, wenn alle Fahrzeuge BEVs wären und alle Gebäude elektrisch beheizt würden. Der Teil der NREL-Studie, der dem Bedarf an Stromerzeugungskapazität für 250 Millionen BEVs am nächsten kommt zeigt, dass der Stromverbrauch in den USA von 4.127 TWh auf 5.800 TWh steigen würde.
Unter der Annahme, dass Erdgas-Kombikraftwerke (NGCC) mit einer Leistung von 800 MW und einem Kapazitätsfaktor von 54,4 % zu einem Preis von 1.000 $ pro KW gebaut werden, um die zusätzliche Kapazität bereitzustellen, werden 439 neue NGCC-Kraftwerke benötigt, die 351 Milliarden $ kosten.
Übergtragungsleitungen
Auf der Grundlage der Broschüre des Midcontinent Independent System Operator (MISO) zur Kostenschätzung für Übertragungsleitungen wird eine kurze, 200 Meilen lange 230-KV-Leitung wahrscheinlich 600 Millionen Dollar kosten.
Da NGCC-Kraftwerke relativ nahe am Ort der Nachfrage platziert werden können, sind längere Leitungen wahrscheinlich nicht erforderlich. Geht man davon aus, dass die Hälfte der neuen NGCC-Kraftwerke an bestehende Übertragungsleitungen angeschlossen werden kann, würden sich die Kosten für neue Übertragungsleitungen, sofern sie gebaut werden können, auf 132 Milliarden Dollar belaufen.
Unterirdische und Freileitungen
Zweifellos wird es zu Ausfällen dieser Leitungen kommen, aber es ist nicht möglich, die Kosten für deren Ersatz zu schätzen.
Zusammenfassung
Die Aufrüstung des amerikanischen Stromnetzes für 250 Millionen BEVs wird über eine Billion Dollar kosten.
Aber wird es möglich sein, das Netz zu modernisieren?
Der Bau von Übertragungsleitungen ist ein Problem und wird es wohl auch bleiben. Vor allem die Beschaffung von Stromverteilern und Umspannwerken für die Aufrüstung des Netzes ist möglicherweise gar nicht möglich.
Nahezu die Hälfte aller DTs wird importiert, ebenso wie fast alle Umspannwerke. Infolgedessen liegt die jährliche Verfügbarkeit von DTs bei etwa einer Million Einheiten. Bei dieser Rate würde es fünfundzwanzig Jahre dauern, das Netz aufzurüsten.
Die Beschaffung eines Umspannwerkstransformators dauert über ein Jahr. Die Aufrüstung des Stromnetzes für 250 Millionen BEVs lässt sich nicht in ein oder zwei Jahren bewerkstelligen und könnte Jahrzehnte dauern.
Was können wir aus diesen zusätzlichen Informationen schließen, wenn wir sie mit den früheren Berichten über die Materialverfügbarkeit vergleichen?
In Anbetracht der Tatsache, dass es nicht genügend Materialien gibt, um alle BEVs zu bauen, dass die Einfuhr der Materialien die Vereinigten Staaten strategisch benachteiligt, dass die Kosten für die Aufrüstung des Stromnetzes unerschwinglich sind und dass die Aufrüstung Jahrzehnte dauern könnte, kann man zu Recht zu dem Schluss kommen, dass der Verkauf von Verbrennungsmotoren nicht länger verboten werden sollte.
[Hervorhebung vom Übersetzer]
Es sollte den Amerikanern freistehen, die Art von Auto zu kaufen, die sie bevorzugen.
Autor: Donn Dears is an engineer and retired senior executive of the General Electric Company who spent his career in the power sector. He led organizations that provided engineering services for GE’s large electrical apparatus and spearheaded the establishment of GE subsidiary companies around the world. Donn actively participated in providing engineering services to a wide range of industries, including electric utilities, steel, mining, and transportation.
Link: https://www.cfact.org/2023/03/09/battery-electric-vehicles-are-not-the-answer/
Übersetzt von Christian Freuer für das EIKE
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– Tausende Ladesäulen werden installiert
– Bei jedem Neu- oder Umbau von Geschäftshäusern werden Ladestationen und die zugehörigen Stellplätze gleich mit geplant
– Für die Autoindustrie sind Verbrenner bei PKWs ein Auslaufmodell
– Synthetische Treibstoffe oder Wasserstoffantrieb für PKWs sind unrealistische Alternative zu Akkus, weil viel zu teuer und unflexibel
Gegen Ende des Jahrzehnts werden E-PKWs mit einer Reichweite von 1.000 km selbstverständlich sein und zum „Tanken“ fährt man völlig entspannt an einen entsprechenden Stellplatz um per Kabel oder Induktion bei Bedarf den Akku aufzuladen.
Die Diskussion, die jetzt von manchen Leuten noch zum Fortbestand der Verbrenner versucht wird, muss so ähnlich von Dampflokfreunden in den 1950er Jahren geführt worden sein.
Silke Kosch
Ich frage mich, warum die Schreibstubentäter (Fröhlich, Kosch, Kwass, und konsorten) nicht mal Butter bei die Fische tun. Sie schreiben ja so viel (und nicht nur hier bei EIKE), sicher sind sie ganztags damit berufsmäßig beschäftigt. Sie meinen doch, alles besser als alle hier zu wissen und zu verstehen. Also: Reicht doch mal einen Aufsatz (oder mehrere) ein und erklärt erschöpfend auf Punkt und Komma, was wie genau zusammenhängt, warum wir eine Klimakrise haben, warum E-Strom besser fürs Autofahren geeignet sei, warum Kernkraft schlecht sei, etc. (mit konkreten Fakten und Herkunft) und entkräftet dabei alle Argumente, die Euch hier schon zigfach entgegengehalten wurden. So werdet Ihr doch nur für nützliche Idioten, für eine fünfte Kolonne gehalten. Bisher konntet Ihr noch niemanden überzeugen.
Weil sie es nicht können. Und – vermutlich – nicht mal verstehen, was gemeint ist.
Die von Ihnen genannten „Personen“ sind nur falsch programmierte Bots, die bei der Zuteilung von KI etwas zu kurz gekommen sind und jetzt in einer Endlosschleife hängen.
Im Mai 2023 wurden knapp 47 Prozent mehr rein batterieelektrische Autos zugelassen als im Vorjahresmonat (03-2022), so das Kraftfahrt-Bundesamt (KBA).
Was Sie vergessen ist dass das Verbrenner aus nur in der EU geplant ist, kein anderes Land auf diesem Planeten plant etwas ähnliches in den nächsten 10-15 Jahren.
Das einzige was passiert ist dass die Industrie die Auto’s in und für andere Länder produziert. Mal abgesehen dass die Rohstoffe, die für diesen umstieg nötig wären in der Zeitspanne die Sie beschreiben nicht mal abgebaut werden können. Übersehen Sie dass auch die Stromnetzte in Europa dafür nicht ausgelegt sind und in 10 Jahren wir sich da auch nicht viel ändern. Wenn schon allein die Bedarfs Erhebung über die Planung bis zur Ausschreibung Jahre dauert (genau das sehe ich jeden Tag bei der Arbeit, vergleichsweise kleine Projekte brauchen Jahre).
Wie Sie darauf kommen dass man in 7 Jahren schon 1000km Reichweite mit einer Ladung haben soll ist mir auch schleierhaft, es wird sicher fortschritte geben jedoch nicht in dem Tempo das Ihnen vorschwebt.
Mit Batterien angetriebene Elektrofahrzeuge sind die richtige Antwort auf nur ca. 2% Erdöl, das aus dem deutschen Boden kommt und ca. 98% vom Öl müssen wir importieren.
Beim Elektrofahrzeug steigt werden die Netzstromrechnung noch die benötigten kWh an Netzstrom im Jahr und die ca. 2000€ für Benzin im Jahr werden auch nicht ausgegeben beim Elektrofahrzeug.
Benzin muss man immer nachkaufen und der eigene Solarstrom kommt jeden Tag aufs neue. Deshalb setzen schlaue Menschen auf die „Erneuerbaren“ auch beim Auto.
Die Netzstromkosten liegen beim 5 bis 20-fachen, was eigener Solarstrom an Kosten verursacht.
Da werden, das Millionen von Menschen und Firmen so machen und Netzstrom und die Schnelllader nur noch als „Notnagel“ ab und zu nutzen.
Ja, Frau Fröhlich, gerade heute kommt ja soviel Sonnenenergie bei uns an. Toll für ihre hauseigene Ladestation. Ups, Sie können nicht fahren, weil es heute keine Sonne gibt? Aber das ist doch gar nicht möglich. Soviel zu intelligenten Menschen.
Ups, vielleicht kann Sie ja fahren, weil es gestern zu viel Sonne gab? Das ist durchaus möglich. Soviel zu intelligenten Ladepunkten.
Eigener Solarstrom bei ’ner Firma. Alles klar.
Habe ich einmal im Leben gesehen. Lagerhalle und Werkstatt ohne Maschinenpark bei zugleich nur einem Firmenauto. Der Typ hat Rasenmäher repariert. Auf dem Wertschöpfungsniveau dürfte sich die Solarwirtschaft von Frau Fröhlich einpendeln. Den Rest von Deutschland müssen wir dann wohl verbeamten.
„Lagerhalle und Werkstatt ohne Maschinenpark bei zugleich nur einem Firmenauto. Der Typ hat Rasenmäher repariert. Auf dem Wertschöpfungsniveau dürfte sich die Solarwirtschaft von Frau Fröhlich einpendeln. “
(nichts gegen Reparateure von Kleingeräten!)
Das ist aber genau der Punkt. Unser kleiner, aber hochautomatisierter Produktionsbetrieb verballert zweischichtig 200 MWh im Jahr. Die Dachfläche würde im Sommer -bei entsprechendem Wetter- für ca. 8 h den Leistungsbedarf decken. Überschuss für Speicherung, -früh, abends- wäre kaum da. Im Winter würde es gänzlich undiskutabel.
Ausserdem rechnet Tante Fröhlich fröhlich mit irgendwelchen aufsummierten Durchschnittswerten. Aber auch ein E- Auto braucht die Ladung dann, wenn der Akku leer und Fahrbereitschaft notwendig ist.
Wass diese Ute auch nicht begreift, Zitat: „Da werden, das Millionen von Menschen und Firmen so machen und Netzstrom und die Schnelllader nur noch als „Notnagel“ ab und zu nutzen.“ ist, dass selbst bei nur gelegentlicher Nutzung diese Kapazitäten betriebsbereit und verfügbar gehalten werden müssen und damit exorbitante Kosten pro produzierter Einheit hervorrufen, die bezahlt werden müssen.
Ja genau, wir lassen sie mit Kohle fahren, die haben wir!
Kohlestrom der kostet ca. 30 bis 50 Cent/kWh
und eigener Solarstrom wischen 1 und 8 Cent/kWh, macht da Kohlestrom Sinn beim E-Auto?
Soweit ich mich informiert habe Frau Fröhlich ist ein Balkonkraftwerk der Knaller. Kost nur 700 € für 600 W Peak inklusive Wechselrichter und Kabel, kann einfach an die Haussteckdose angeschlossen werden und darf selbst verbraucht werden, der Strom, der da erzeugt wird, wozu ich noch nichts gelesen habe was bei ne Dach PV—Anlage auch erlaubt sei.
Also, voll das Schnäppchen das Balkonkraftwerk. Bei Sonnenschein, also tagsüber wolkenlosem Himmel erzielen Sie damit bestimmt nahezu 3 kWh Einspeisung in ihr Elektroauto. Reicht für 8 km fahren, wenn überhaupt. Also für Kurzstrecke die ideale Lösung! Und bei 150 Tagen Nutzungsdauer im Jahr 450 kWh rausgeholt aus einmalig 700 €, oder 4500 kWh bei 70€ Kosten über 10 Jahre. Das sind etwa 13,5 Cent je kWh , oder 7 Cent auf 20 Jahre gerechnet — wie kommen Sie auf Ihren Preis?
Und einmal Vollladen dauert bei 60 kWh Autobatterie dann nur ganze 20 Tage.
Aber wer will schon mal 300 km am Stück Elektroauto fahren, auf der Autobahn mit 130 km/h — Sie doch sicherlich nicht , oder?
Schnell mal im Internet geschaut was so die Balkonkraftwerke kosten und das gefunden:
Balkonkraftwerk Set 820wp Silver Frame + DEYE SUN 600 G3 WiFi Wechselrichter
(Angebot zur Abholung) 435,00 €
Lieferumfang:
2 x HIGH POWER SOLAR 410W Silver Frame
1 x Mikrowechselrichter DEYE 600 WiFi
1 x 5m Kabel Beterie auf Schuko Stecker
1 x wasserdichte Verschlusskappe
Bringt im Jahr ca. 800kWh AC-Strom.
Das reicht für ca. 4000km mit dem E-Auto.
4000km mit dem Benziner da kostet der Kraftstoff ca. 612€ im Jahr 2022
und die Materialkosten beim Balkonkraftwerk sind bei nur einmalig ca. 435€.
Nunja soweit ich informiert bin darf man aber nur 600 Watt Peak für den selbstverbrauch installieren. Erkundigen Sie sich doch mal bei der Bundesnetzagentur!
Wie kommen Sie auf 1 Cent je kWh Kosten für den Strom? Rechnen Sie über 80 Jahre Abschreibung?
Es gibt diese Balkonsysteme mittlerweile auch mit Speicher, Herr Neulen. Daran kann man so viele PV-Module anschließen wie man will – solange der Speicher mit max 600W einspeist, bedarfsgesteuert, auch nachts.
Ja, Herr Krause, leider ist der Platz auf dem Balkon nicht ausreichend für „soviel man will“ und nicht jeder Balkon hat Südausrichtung! Noch dazu : für Batterie auf und entladen müssen Sie am Ende mit Faktor 0,85 rechnen und wo wollen Sie in Wohnsilos die Speicher deponieren? Aufm Balkon , nicht wahr!
… nur zu ihrer Vorstellung, mein Balkon war mit 3m Breite schon mit der 600 Wp Anlage überfordert!
wen wollen Sie also mit Ihrem Kommentar erreichen?
Na ich möchte sie erreichen mit meinem Kommentar, Herr Neulen, sie ganz persönlich. Ist das nicht offensichtlich? Ich hatte sie doch auch namentlich genannt!? So macht man das in einer Konversation. Wenn sie irgendwo „Neulen“ lesen, sind wahrscheiunlich meistens sie gemeint.
Und weil sie ja fälschlicherweise behaupteten, man dürfe maximal 600 Watt Erzeugungsleistung als Balkonkraftwerk anschließen, wollte ich ihre falsche Beschreibung berichtigen. Auch das macht man in einer Konversation.
Wieder was gelernt, würde ich sagen!
Wo ist das Problem, Herr Neulen?
Na, Herr Krause, wenn Sie nur mich erreichen wollen mit Ihrer Argumentation hatten Sie ja Erfolg. Nur überzeugt haben Sie mich nicht!
Wie gut, daß Sie Ihre fadenscheinige Angaben nicht einem breiten Publikum anprangern wollen. Es könnte ja noch ein Mensch drauf reinfallen, was!
Und was machen schlau Menschen?
13.500km/Jahr ist beim PKW der Deutschland-Schnitt.
Bei 20kWh/100km sind das ca. +2700kWh die zusätzlich gebraut werden an Strom für das E-Auto.
Eine 3kW Solarstromanlage kostet fix und fertig ca. 3.000 bis 4.000€ und bringt im Jahr ca. 3.000kWh an Strom.
Das Benzin für 13.500km kostet im Jahr 2022 bereits ca. 1.995€
(Durchschnitt in Deutschland 2022 für einen Liter Superbenzin E10 192,59 Cent
Durchschnittsverbrauch beim Benziner 7,7 Liter/100km in Deutschland 2022)
In ca. 2 Jahren ist die Solarstromanlage kostenneutral auf dem Dach und der Jahresverbrauch an Netzstrom ist auch ca. das Gleiche.
Und man bekommt so zumindest im Jahr 2022 noch 400€ über die THG-Quote auf das Konto überwiesen.
Die Kfz-Steuer ist beim E-Auto 0€ und beim Verbrenner ca. 100€
1.995€ Benzinkostenvermeidung + 400€ der THG-Quote + 100€ = 2.495€ Kostenvermeidung im Jahr 2022 und gekostet hat die Solarstromanlage nur ca. 3.500€.
Und selbst wenn die Solarstromanlage mit 3kW Leistung 4800€ kostet ist das auch in ca. 2 Jahren Kostenneutral.
Sie haben vergessen die Mineralölsteuer, und die Mehrwertsteuer in Ihrer Berechnung zu berücksichtigen Frau Fröhlich.
Noch dazu haben Sie es vernachlässigt anzugeben, wann die 13500 km mit dem Auto erfahren werden. Just zur tagzeit wenn das Auto geladen werden kann. Es sei denn sie haben homeoffice oder ihr Arbeitgeber stellt die ladeinfrastruktur zum Laden zur Verfügung.
Wie weit können Sie dann von Arbeitsplatz entfernt leben, ist ja dann abhängig von der Sonnscheindauer, und im Winter melden sie sich arbeitslos, weil der Arbeitsplatz unerreichbar ist!
Tolles Konzept!
Tja, auch das Land des Wirtschafts-Liberalismus ist heute von der grünen (in den USA der linken) Klima-Diktatur gezeichnet. Hoffentlich bereiten die Republikaner dem Spuk bald ein Ende – Vorreiter schaffen das nicht. Einige werden dann weiterhin E-Mobile vorziehen. Aber eben so, wie es die zahlenden Verbraucher wünschen. Und nicht, wie es die Klima-Diktatur samt grüner Staatsplan-Wirtschaft vorschreiben – wie in Absurdistan. Der Einfluss auf das Klima ist allenfalls marginal, was Klima-Ideologen hartnäckig leugnen. Dagegen das anthropogene Spurengas CO2, ein wertvoller, unverzichtbarer Pflanzendünger, der die Erde grüner macht und für eine wachsende Weltbevölkerung unverzichtbar ist!
„Und ist es überhaupt möglich, das Netz so umzubauen, dass dieses Ziel erreicht wird?“
Nein, es wird nicht mőglich und es ist auch nicht gewünscht! Hat es Autor noch nicht begriffen?!
Schon heute darf jeder 11 kW ziehen. Passiert auch regelmäßig gleichzeitig, und zwar an Weihnachten. 2 h laden mit 11kW heißt 100 km fahren. Die meisten fahren weit weniger als 50km am Tag. Was sagt uns das? Läuft.
Ganz Deutschland ist ein Altenheim. Wenn ich sowas schon höre. Jeder kann 11kW ziehen. Das verbitten sich die Stadtwerke überall.
Kleiner Nachtrag. Kumpel arbeitet bei einer Unternehmensberatung. Die großen Netzbetreiber (und auch Stadtwerke) möchten gerade (per Forecast) wissen, welche Viertel und Straßenzüge zuerst gewisse Schwellen der E-Mobilität überschreiten. Denen ist jetzt schon ganz Angst und Bange, wenn in den Bonzenvierteln der viele Strom durch die Leitungen muss.