Optimierung von Lademustern und Ladeinfrastruktur für die Dekarbonisierung des Stromnetzes

Warum der Stecker Ihres Autos für den Planeten wichtig ist

Elektroautos werden oft als Retter des Klimas dargestellt – aber was passiert, wenn Millionen von ihnen gleichzeitig eingesteckt werden? Diese Studie untersucht Shanghai, eine der weltweit größten Städte mit Elektrofahrzeugen (EV), und stellt eine auf den ersten Blick einfache Frage: Wenn wir klug steuern, wann und wo E-Fahrzeuge geladen werden, können wir dann die Versorgung sichern, teure neue Kraftwerke vermeiden und dennoch die CO2-Emissionen senken? Die Autorinnen und Autoren kommen zu dem Ergebnis: Ja – vorausgesetzt, Städte koordinieren das Ladeverhalten der Fahrerinnen und Fahrer mit gut geplanten Ladestationen und einem saubereren Strommix.

Das verborgene Problem hinter sauberen Autos

Heute stecken sich die meisten EV-Besitzer in Shanghai nach der Arbeit zu Hause an und stapeln damit die Ladebelastung auf den normalen abendlichen Stromspitzen der Stadt. Das zwingt Energieversorger dazu, zusätzliche Kraftwerke hochzufahren, oft mit fossilen Brennstoffen, gerade dann, wenn die Verschmutzung ohnehin am höchsten ist. Die Studie zeigt, dass das Laden zu Hause die Nachfrage dominiert und Spitzen von frühem Abend bis Mitternacht verursacht, und damit nahezu perfekt mit den höchsten Netzlasten der Stadt zusammenfällt. Öffentliches Laden – am Arbeitsplatz oder in Einkaufsbereichen – spielt eine deutlich kleinere Rolle und ist ungleich über die Stadt verteilt, sodass einige Viertel kaum Optionen haben, die ein Laden außerhalb der Spitzenzeiten praktikabel machen würden. Ohne bessere Koordination könnte die steigende EV-Verbreitung die Netzbelastung erhöhen und Emissionen von innerstädtischen Straßen zurück zu entfernten Kraftwerken verlagern.

Eine klügere Art, sich einzustecken

Anhand von Sekunde-für-Sekunde-Fahr- und Ladedaten von Tausenden EVs zwischen 2018 und 2024 testeten die Forschenden eine Strategie der „flexiblen Zeitplanung“. Anstatt Fahrten zu verändern, verschoben sie nur Ladevorgänge innerhalb der Orte und Zeiten, die Fahrer ohnehin aufsuchen. Ein Auto, das spät abends nach Hause kommt und am nächsten Nachmittag an einen öffentlichen Ort fährt, könnte beispielsweise einen Teil seines Ladevorgangs zu diesem späteren Halt verlegen, wenn das Netz weniger belastet ist. Das Modell begrenzt diese Änderungen so, dass sie die Fahrer nicht wesentlich beeinträchtigen: Es verschiebt nur einen Bruchteil der Ladevorgänge zwischen Haltepunkten und verzögert das Laden innerhalb jedes Parkzeitraums nur moderat. Selbst unter diesen vorsichtigen Regeln ist der stadtweite Effekt groß – die Spitzenladeleistung über eine Woche kann um mehr als 40 % sinken, weil der Energiebedarf von den verkehrsreichsten Abendstunden auf ruhigere Nacht- oder Mittagszeiten verteilt wird.

Die richtigen Stationen an den richtigen Orten bauen

Zeitplanung allein reicht nicht aus; sie muss durch gut platzierte Ladestationen unterstützt werden. Das Team prognostizierte, wie sich Shanghais Wirtschaft, Bevölkerung, EV-Flotte und öffentliches Ladenetz bis 2035 entwickeln könnten. Anschließend entwarfen sie einen Ausbauplan, der die Anzahl neuer Ladestationen in jeder Region an die lokale Bevölkerung und die erwartete Lademenge koppelt. Wichtig ist: Nur etwa ein Zehntel der neuen öffentlichen Ladepunkte ist speziell zur Unterstützung flexibler Zeitplanung vorgesehen, der Rest deckt alltägliche Bedürfnisse ab. Selbst mit diesem kleinen dedizierten Anteil kann die Stadt deutlich mehr Laden außerhalb der Spitzenzeiten ermöglichen, lokale Überlastungen reduzieren und es praktikabel machen, dass Fahrer vom abendlichen Spitzenladen auf öffentliche Stationen in anderen Bezirken oder zu anderen Tageszeiten ausweichen.

CO2 einsparen und gleichzeitig das Netz entlasten

Da das ostchinesische Stromnetz insbesondere zu Spitzenzeiten noch stark von fossilen Brennstoffen abhängig ist, hat das Abschwächen dieser Spitzen klare Klima-Vorteile. Die Studie kombiniert ihre Ladesimulationen mit Prognosen zur Entwicklung des regionalen Strommixes, einschließlich Wind-, Solar- und Wasserkraftausbau. Zwischen 2018 und 2035 schätzen die Forschenden, dass klügeres Laden und gezielter Ausbau von Stationen mehr als 10.000 Gigawattstunden Spitzenstromverbrauch vermeiden und rund 46.000 Tonnen CO2 einsparen könnten, die speziell auf zusätzliche Einsätze von Kraftwerken für EV-Laden zurückzuführen sind. Pro Fahrzeug betrachtet steigen die zusätzlichen Emissionen durch die Strombereitstellung zunächst mit dem Wachstum der Flotte an und fallen dann wieder, sobald das Netz sauberer wird und Zeitplanung greift. Selbst wenn nicht jede Fahrerin bzw. jeder Fahrer dem Plan folgt, bleiben die Vorteile erhalten: Höhere Beteiligung führt zu überproportionalen Gewinnen, weil die größten Verbesserungen von denen ausgehen, die bereit sind, das meiste Laden von den engsten Spitzen zu verlagern.

Was das für künftige Städte bedeutet

Für Nichtfachleute ist die Kernbotschaft klar: Elektroautos erfüllen ihr volles Klimaversprechen nur, wenn ihr Laden mit einem saubereren, gut gesteuerten Netz abgestimmt ist. In Shanghai kann eine sorgfältige zeitliche und räumliche Abstimmung des Ladens – ohne Wohn- oder Arbeitsorte zu verändern – teure neue Kraftwerke vermeiden, Verschmutzung reduzieren und erneuerbare Energien besser nutzen. Die Autorinnen und Autoren argumentieren, dass andere schnell wachsende EV-Städte einem ähnlichen Weg folgen können, indem sie reale Fahrdaten, moderate Anreize für Laden außerhalb der Spitzenzeiten und durchdachte Platzierung öffentlicher Ladepunkte kombinieren. Richtig gemacht wird das Einstecken eines EV nicht nur zu einer saubereren Alternative zum Tanken, sondern auch zu einem Instrument, das hilft, das Netz zu stabilisieren und den Übergang zu kohlenstoffarmer Energie zu beschleunigen.

Zitation: Liao, C., Deng, J., Chen, X.M. et al. Optimizing electric vehicle charging patterns and infrastructure for grid decarbonization. Commun. Sustain. 1, 43 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00037-7

Schlüsselwörter: elektrisches Laden von Fahrzeugen, intelligentes Netz, städtische Mobilität, Ladeinfrastruktur, Dekarbonisierung