Gesteuertes Laden von Elektrofahrzeugen in Verteilnetzen mit hoher Einspeisung erneuerbarer Energien - Ein Beitrag zur Kopplung von Elektrizitäts- und Verkehrssektor

Aufgrund der angestrebten Klimaneutralität ist mit einer Fortsetzung des Ausbaus erneuerbarer Energien (EE) sowie des Markthochlaufs von Elektro-PKW (E-PKW) zu rechnen. Damit einher gehen Dezentralisierung und Volatilität der Stromerzeugung, räumliche Diskrepanz von Angebot und Nachfrage von Elektrizität sowie höhere Lastspitzen. Entstehende Netzengpässe werden u. a. durch die Abregelung von EE-Anlagen behoben. Dadurch können die vollständigen Potenziale der EE-Anlagen nicht genutzt werden, weshalb weniger EE-Strom produziert wird als möglich ist (sogenannter Überschussstrom). Das gesteuerte Laden von E-PKW stellt eine Chance dar, die Flexibilität der Fahrzeugbatterien z. B. zur Vermeidung dieser EE-Abregelung zu nutzen.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Quantifizierung dieses Flexibilitätspotenzials sowie der damit einhergehenden Kosten und Treibhausgasemissionen der Ladeenergie. Dafür wird erstmalig eine Methodik entwickelt, welche die Nutzung abgeregelter EE-Erzeugung in Verteilnetzen für das gesteuerte, auch bidirektionale Laden (Vehicle-to-Grid oder V2G) von E-PKW untersucht und dabei Lastverschiebepotenziale differenziert modelliert. ... mehr
Um die Wechselwirkungen zwischen dem Engpassmanagement eines Verteilnetzbetreibers und dem Lademanagement eines Aggregators abzubilden, werden drei Teilmodelle gekoppelt: Ein lastflussoptimierendes Engpassmanagementmodell für das 110 kV-Netz in Schleswig-Holstein wird um die elektrische Nachfrage der E-PKW und einen Peakshaving-Algorithmus erweitert. Das entwickelte gemischt-ganzzahlige Optimierungsmodell Curtailment-to-Vehicle ermöglicht das Laden der E-PKW mittels Überschussstrom und Strombezug über lokale Elektrizitätsmärkte. Dabei wird eine kosten- sowie eine überschussstromminimierende Ladestrategie untersucht. Basierend auf repräsentativen, empirischen Daten simuliert und aggregiert ein Bottom-Up-Modell die Flexibilitätspotenziale auf Flottenebene. Unsicherheiten hinsichtlich zukünftiger E-PKW-Flexibilitätspotenziale werden mit Szenarien für das Jahr 2030 analysiert.
Modellgestützte Analysen für die Fallstudie Schleswig-Holstein zeigen, dass maximal 19 % der EE-Abregelung vermieden werden. Dennoch werden an Netzknoten mit EE-Abregelung und V2G durchschnittlich bis zu 65 % der Ladeenergie mit Überschussstrom gedeckt, an einzelnen Netzknoten sogar 95 %. Obwohl in den V2G-Szenarien die Kosten für den Strombezug durch Erlöse um bis zu 75 €/Jahr überkompensiert werden, sinken die jährlichen Gesamtladekosten aufgrund weiterer Strompreisbestandteile selbst an den Netzknoten mit Abregelung nur um durchschnittlich 20 – 27 %. Durch V2G können sich die durchschnittlichen jährlichen Batterievollzyklen verdoppeln. Ist Überschussstrom vorhanden, sinken die Treibhausgasemissionen von 69 auf rund 40 g CO2/km, an einzelnen Netzknoten auf bis zu 7 g CO2/km.