Evaluating the integration of future e-mobility into distribution power networks

Die Elektrifizierung des Verkehrssektors stellt eine entscheidende Säule zur Erreichung der globalen und nationalen Klimaschutzziele dar. Die Integration zukünftiger Elektrofahrzeuge in das bestehende Stromnetz erfordert frühzeitige Planung, um zukünftigen Netzengpässen vorzubeugen. Zu diesem Zweck untersucht die vorliegende Arbeit zunächst die Eignung konventioneller Simulationsmethoden zur Identifikation zukünftiger Netzauswirkungen. Herkömmliche Lastansätze, die in statisch-deterministischen Netzsimulationen zum Einsatz kommen, vernachlässigen die zeitliche Überlagerung unterschiedlicher Kundentypen (z. B. Haushalte und Elektrofahrzeuge). Zusätzlich unterschätzen sie die Gleichzeitigkeit der Netzkunden am Ende des Netzstrangs. Folglich werden zukünftige Netzengpässe, hervorgerufen durch zukünftige Netzkunden, falsch eingeschätzt. Darüber hinaus verdeutlicht die vorliegende Arbeit, wie zukünftige Netzverstärkungskosten in einem großflächigen Netzgebiet quantifiziert werden können. Aufgrund der hohen Heterogenität von Niederspannungsnetzen, kann die Simulation einiger weniger, individuell ausgewählter Netze und die Skalierung ihrer Ergebnisse zu einer Fehleinschätzung führen. Die Genauigkeit der Kostenabschätzung steigt jedoch mit zunehmender Anzahl der simulierten Netze. Um den aufgezeigten Unsicherheiten entgegenzuwirken, wird im Rahmen dieser Arbeit ein vollautomatisiertes Netzberechnungstool präsentiert. Dieses ermöglicht die detaillierte Simulation mehrerer tausend Netze bei angemessener Rechenzeit. Mithilfe der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten neuartigen Gleichzeitigkeitsfaktoren wird das zeitliche Zusammenspiel sämtlicher Kundentypen realistisch abgebildet. Zusätzlich analysiert die vorliegende Arbeit zahlreiche Maßnahmen für eine netzschonende Netzintegration unterschiedlicher Use Cases der Elektromobilität: Netzgesteuerte Maßnahmen ermöglichen eine netzschonende Versorgung von Elektrofahrzeugen, die zu Hause oder am Arbeitsplatz laden. Die Begrenzung der verfügbaren Ladeleistung, z. B. durch entsprechende Ladetarife, stellt diesbezüglich jedoch die effektivste Maßnahme dar. Use Cases, die aufgrund ihrer strikten Zeitpläne hohe Ladeleistungen benötigen (z. B. Elektrobusse), lassen sich mithilfe dezentraler Energiespeichersysteme unter der Vermeidung klassischer Netzausbaumaßnahmen integrieren. Die Anwendung der in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse, sowie entwickelter Tools und Methoden erhöht die Genauigkeit und den Detaillierungsgrad zukünftiger Netzplanungsprozesse. Damit trägt diese Arbeit dazu bei, das zukünftige Stromnetz angemessen zu gestalten, um die Integration der zukünftigen Elektromobilität zu ermöglichen.