Titelaufnahme

Titel
Auswirkungen von Ladesteuerungen elektrischer Fahrzeuge in einem konkreten Verteilnetz / von Manfred Lanner
VerfasserLanner, Manfred
Begutachter / BegutachterinBrauner , Günther ; Schuster, Andreas
Erschienen2012
Umfang85 S. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Ladesteuerung Elektrofahrzeug Elektroauto Verteilnetzauslastung
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-59004 Persistent Identifier (URN)
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Auswirkungen von Ladesteuerungen elektrischer Fahrzeuge in einem konkreten Verteilnetz [3.57 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Notwendigkeit einer Veränderung im Umgang mit Energie ist unvermeidbar. Die rücksichtslose Verbrennung von fossilen Brennstoffen führt zu immer schwerwiegenderen Problemen in globalem Ausmaß und deren Einschränkung ist das Ziel vieler politischer Abkommen. Im Verkehrssektor sollen effiziente Verbrennungsmotoren, Hybridfahrzeuge und rein elektrisch betriebene Fahrzeuge einen positiven Beitrag leisten. Die größten Erwartungen werden dabei in das zuletzt genannte Elektrofahrzeug, vor allem in Kombination mit Energie aus erneuerbaren Quellen, gesetzt. Neben der Herausforderung, erneuerbare Energie bereit zu stellen, muss auch das Energienetz in der Lage sein, die Ladeenergie für eine Vielzahl von Elektrofahrzeugen zu übertragen, ohne dabei überlastet zu werden. Die Erforschung der Auswirkungen dieser Ladeprozesse auf das bestehende Energienetz steckt noch in den Kinderschuhen. Ein kleiner Beitrag in diese Richtung wird im Rahmen dieser Arbeit geleistet.

Eine von der niederösterreichischen Landesregierung in Auftrag gegebene Mobilitätsstudie ermöglicht, das Nutzerverhalten einer Vielzahl von Fahrzeughaltern zu analysieren. Die darin ermittelten Zeiten des Stillstands und der Bewegung der Fahrzeuge zeigen, dass diese zum größten Teil eines Tages abgestellt sind. Die Standorte Zuhause und am Arbeitsplatz sind dabei die hauptsächlich genutzten und somit relevanten Plätze, um Lademöglichkeiten zu realisieren. Sowohl die Integration von Ladeinfrastrukturen an soeben genannten Plätzen, als auch von öffentlichen Ladestellen, wird in den Rahmenbedingungen der durchgeführten Simulationen berücksichtigt.

Der Wunsch, die Ladevorgänge der Fahrzeugbatterien in möglichst kurzer Zeit durchzuführen, erfordert hohe Ladeleistungen und genau diese Tatsache bringt das Niederspannungsnetz an die Grenzen seiner Belastbarkeit. Das gleichzeitige Auftreten von mehreren Ladevorgängen kann zu Leistungsspitzen führen, die in weiterer Folge diverse Netzkomponenten überlasten können. Aus diesem Grund sind Konzepte notwendig, die den Elektrofahrzeugen eine netzschonende Leistungszufuhr gewähren ohne dabei hohe Lastspitzen zu erzeugen. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Mobilität der Fahrzeuge. Alle Strecken eines Tages sollten zurückgelegt werden können, ohne die Kapazität der Fahrzeugbatterie dadurch zu erschöpfen.

Unter Berücksichtigung der angeführten Punkte, werden zwei Szenarien und verschiedene Ladekonzepte entwickelt und deren Auswirkungen auf ein Verteilnetz der Niederspannungsebene analysiert. Das Basisszenario zeigt die Auslastung des betrachteten Teilnetzes unter Berücksichtigung der ansässigen Haushalte und gewerblichen Betriebe. Im Szenario 2030 werden die Ziele der aktuellen Energiepolitik berücksichtigt und eine nachhaltige Energieversorgung mit geringen Treibhausgasemissionen angestrebt. Dazu wird das ambitionierte Ziel einer Durchdringungsrate von 80% für die Elektrofahrzeuge angenommen. Die entwickelten Ladekonzepte orientieren sich entweder am Energieverbrauch, an dessen Erzeugung aus erneuerbarer Energie oder am aktuellen Zustand des Netzes.

Die durchgeführten Netzanalysen beinhalten die Betrachtung von Auslastungen, Spannungsschwankungen und Netzverlusten unter Anwendung der unterschiedlichen Ladekonzepte. Ein Augenmerk liegt auch auf der Netzintegration von Photovoltaik und deren Anwendung als Energielieferant für die Batterien der Elektrofahrzeuge.

Gesetztes Ziel dieser Arbeit ist außerdem, eine umfangreiche Kommunikation der beiden verwendeten Programme NEPLAN und MATLAB zu realisieren. Dies sollte in einer Art »Regel-schleife« umgesetzt werden.

Zusammenfassung (Englisch)

The need for change in our dealings with the remaining energy resources is unpreventable. The mindless burning of fossil fuels leads to a steady rise of severe problems in a global extent and their limitations are the objective of various political conventions. In the transport sector more efficient combustion engines, hybrid cars and fully electrical powered engines are supposed to achieve a positive contribution. The highest expectations are set for the last-mentioned electrical vehicles in combination with charging processes powered by renewable energies. Beside the challenge of allocating renewable energy, the electrical power grid has to have the ability to transmit the required energy to the batteries of the vehicles without being overloaded. The exploration of the effects on the existing electrical grid caused by the charging processes is still in its infancy. A small contributory is delivered in the range of this work.

A mobility study on the authority of the provincial government of Niederösterreich allows analysing the user behaviour of a multitude of car owners. The determined times of standstill and moving of the vehicles show that they are parked most of the time during a day. Most used places of location are at home and at work and therefore these two are the relevant places to implement charging stations. In addition to the integration of a charging infrastructure placed on the mentioned locations also public charging stations are considered in the simulations within the framework of this thesis.

The desire to accomplish the charging of the batteries as fast as possible requires a high charging power. This fact pushes the electrical grid to the edge of its loading capacity. The simultaneous appearance of charging processes holds the risk of overloading the components of the grid as a result of peak power. On the basis of this facts there are concepts needed to provide the batteries of the electric vehicles with the demanded energy excluding the production of high power peaks. Among these requirements also the mobility of the vehicles is an essential matter.

Having regard to the mentioned points there are developed two scenarios and different concepts of charging. The effects of these concepts on the low voltage level of a specific sector of the power grid are determined and analysed. In the basic scenario is shown the loading capacity of the examined grid which is caused by the load of households and industry.

The scenario 2030 considers some of the objectives of the current energy policy. Sustainable energy supply with a low grade of CO2 emissions is therefore integrated in the surrounding conditions of the scenario.

Additionally the ambitious target of 80% penetration rate for the electric vehicles in the transport sector is assumed. The developed concepts for charging are guided by three different approaches based on the consumption of energy, the generation of energy from renewable sources or the current conditions of the power grid.

The conducted analysis of the grid contains inspections of cable capacities, voltage fluctuations and grid losses using the different types of charging processes. Particular attention is also paid to the integration of photovoltaic systems and its application as energy supplier for the batteries of the electrical vehicles.

An additional target is to provide communication between the two programs NEPLAN and MATLAB that are used to perform the simulations.

This should be implemented in a kind of »control loop«.