In tropischen Großstädten setzen Gewitter die Stromversorgung innerhalb weniger Minuten unter massiven Druck. Besonders dort, wo Metropolen massiv auf Solarstrom setzen, entstehen lokale Instabilitäten. Zieht eine dichte Wolkenfront auf, bricht die Einspeisung schlagartig ein – doch der Verbrauch in den Büros und Haushalten bleibt hoch. Die Folge: Lastverschiebungen und gefährliche Spannungsschwankungen fordern die Infrastruktur heraus.
Markus Schläpfer, Bauingenieur und Assistenzprofessor an der Columbia Engineering, beobachtet dieses Phänomen seit Jahren in Singapur. In einer aktuellen Veröffentlichung in Nature Communications zeigt er mit seinem Team einen Ausweg, der ohne zusätzliche Baustellen auskommt. Die nötige Speicherkapazität parkt bereits in den Straßen: es sind die Batterien von Elektroautos.
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Wenn das Netz zum Nadelöhr wird
Photovoltaik zählt heute zu den günstigsten Energiequellen, doch sie ist volatil. Fällt die Produktion in einem Stadtteil kurzfristig aus, muss das Netz Energie aus anderen Bereichen herbeischaffen. Dabei steigen die Leistungsflüsse in den Leitungen innerhalb kürzester Zeit drastisch an.
Genau hier liegt das Problem: Viele Bestandsnetze sind für diese abrupten Lastsprünge nicht ausgelegt. In dicht bebauten Städten geraten die Kapazitäten schnell an ihre Grenzen. Ein klassischer Netzausbau ist dort jedoch extrem teuer und langwierig. In Singapur kostet ein einziger Kilometer unterirdische Leitung rund 60 Millionen Singapur-Dollar.
Elektroautos als dezentrale Puffer (V2G)
Statt neue Kabel zu verlegen, schlagen die Forschenden vor, vorhandene Ressourcen intelligent zu nutzen. Elektrofahrzeuge stehen den Großteil des Tages ungenutzt herum – oft genau dort, wo die Lastspitzen entstehen. Über bidirektionales Laden (Vehicle-to-Grid) lassen sich diese Batterien aktiv ins Netz einbinden.
„Wenn sich ein Gewitter über ein Gebiet mit Solarenergie bewegt, können die dort geparkten Elektroautos als Energiequelle dienen und diesen Mangel an Energieerzeugung ausgleichen“, erklärt Schläpfer.
Die Idee besticht durch ihre Logik: Statt Strom über weite Strecken durch die Stadt zu transportieren, stellen ihn die Autos direkt vor Ort bereit. Das verhindert Engpässe in den Übertragungsleitungen. „Wir müssen den Strom nicht aus benachbarten Stadtteilen beziehen. Daher müssen wir kein neues Kabel verlegen“, so Schläpfer.
Damit das System in der Praxis funktioniert, müssen allerdings die Rahmenbedingungen stimmen. Nötig sind flächendeckende bidirektionale Ladepunkte und eine intelligente Netzsteuerung, die den Einsatz für Autobesitzende auch wirtschaftlich attraktiv macht.
Präzision auf Quartiersebene
Die Studie unterstreicht, dass der Maßstab der Steuerung entscheidend ist. Eine zentrale Strategie für eine gesamte Stadt reicht nicht aus. Sie könnte sogar kontraproduktiv wirken, indem sie Strom über zu große Distanzen verschiebt und einzelne Leitungen erst recht überlastet.
Das Team untersuchte daher 55 einzelne Planungsgebiete in Singapur. Das Ergebnis: Eine kleinteilige Steuerung auf Ebene der Stadtviertel senkt die maximale Belastung der Leitungen an Gewittertagen um etwa 18 %.
Standortfaktoren: Wo parkt die Energie?
Der Erfolg des Konzepts hängt davon ab, dass die Batterien zur richtigen Zeit am richtigen Ort sind. Tagsüber konzentrieren sich die Fahrzeuge in Geschäftsvierteln – also dort, wo auch die höchste Last durch Klimaanlagen und Büroinfrastruktur anfällt.
Um diese Bewegungsmuster zu verstehen, werteten die Forschenden anonymisierte Mobilfunkdaten aus. Die Analyse zeigt: Selbst eine geringe Fahrzeugdichte reicht aus. In Singapur kommt statistisch nur ein Auto auf acht Bewohnende.
„Diese Lösung funktioniert wirklich in Umgebungen mit sehr geringer Pkw-Dichte. Wir brauchen nur eine kleine Anzahl von Autos, und es funktioniert“, sagt Schläpfer
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