Analyse des Einflussesnetzdienlicher Ladestrategien auf Verteilnetze aufgrund der zunehmenden Netzintegration von Elektrofahrzeugen (Helfenbein 2021)
Kilian Helfenbein
Masterarbeit
Elektrofahrzeuge werden aufgrund ihrer höheren Effizienz im Vergleich zu alternativen Technologien eine Schlüsselrolle bei der Dekarbonisierung des Verkehrssektors spielen. Mit zunehmendem Markthochlauf von Elektrofahrzeugen steigt der Energiebedarf und insbesondere bei unkoordiniertem Laden wird dies die Verteilnetze zusätzlich belasten.
Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit untersucht, ob netzdienliche Ladestrategien die Netzintegration von Elektrofahrzeugen und darüber hinaus fluktuierende erneuerbare Energien unterstützen können. Dazu werden zwei präventive und eine aktive Ladestrategie evaluiert. Mit SimBEV wird gemeinsam ein Tool zur Erstellung von Fahrprofilen und zur Ermittlung des Ladebedarfs von Elektrofahrzeugen entwickelt. Der Bedarf wird lokal zugeordnet und in Form von Lastzeitreihen auf die räumlich und zeitlich hochaufgelösten Netzmodelle von fünf typischen Mittelspannungsnetzen einschließlich der darunterliegenden Niederspannungsnetze übertragen. Anschließend wird eine Lastflussanalyse verwendet, um eventuelle Netzprobleme aufzuzeigen. Schließlich wird die zur Lösung auftretender Netzprobleme erforderliche Abregelung von Last und Erzeugung ermittelt.
Anhand dieser Werte wird untersucht, inwiefern die Ladestrategien in der Lage sind, kritische Netzbelastungen zu vermeiden oder zu reduzieren. Eine präventive Ladestrategie mit reduzierter Ladeleistung kann Netzprobleme, die durch Hochlast entstehen, erfolgreich reduzieren. Im Gegensatz dazu kann eine präventive Ladestrategie mit alternierenden Ladezeitfenstern die belastungsinduzierten Belastungen nur in geringem Maße reduzieren. Darüber hinaus führen die präventiven Ladestrategien auch zu einer verstärkten Abregelung fluktuierender erneuerbarer Energien, da der Ladebedarf in Zeiten hoher Einspeisung reduziert wird. Bei der aktiven Ladestrategie, die von der Restlast im Netz abhängig ist, wird die Lastabsenkung in einigen Fällen stärker, in den meisten Fällen jedoch weniger stark reduziert als bei der präventiven Ladestrategie mit reduzierten Ladeleistungen. Auf der anderen Seite bietet gerade in photovoltaisch dominierten Netzen gerade die aktive Ladestrategie das Potenzial, die Abregelung der Erzeugung zu reduzieren und unterstützt damit die Netzintegration fluktuierender erneuerbarer Energien.
Der Erfolg der aktiven Ladestrategie hängt stark davon ab, inwiefern die globale Residuallast im Mittelspannungsnetz die Situationen in den einzelnen Netzabschnitten widerspiegelt. Vor allem in winddominierten Netzen erweist sich die globale Residuallast als unzureichender Optimierungsparameter, was zu negativen Effekten auf die Last- und Erzeugungsdrosselung führt.