Zukünftige Netzintegration von Schnellladeinfrastruktur mit stationären Speichern

Abstract

Angesichts des Klimawandels und der Erdölknappheit gelten Elektroautos als umweltfreundliche und wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Fahrzeugen. Einige Studien haben ergeben, dass der Straßenverkehr 83 Prozent der Emissionen von Treibhausgasen und Luftschadstoffen der globalen Mobilität verursacht. Dabei wird die Klimasituation durch die immer weiter steigende weltweite Verkehrsleistung deutlich negativ beeinflusst. Aus diesem Grund wird verstärkt auf die Notwendigkeit neuer umweltfreundlicher Verkehrssysteme hingewiesen. Technische Entwicklungen von Elektrofahrzeugen bezeichnen aber eine wesentliche Voraussetzung für deren erfolgreiche Markteinführung. Die Entwicklung von Schnellladesystemen kann zu einer schnelleren Verbreitung von Elektrofahrzeugen führen. Ein Ausbau der Elektromobilität hätte allerdings eine immense Auswirkung auf das Stromversorgungsnetz, das mit den aktuellen E-Ladelösungen unvermeidlich überlastet sein würde. Die vorliegende Arbeit untersucht eine mögliche zukünftige Netzintegration von Schnellladeinfrastruktur. Die Ladestrategie besteht aus stationären Speichern, die vom Stromnetz oder möglicherweise mittels vor Ort erzeugter Energie geladen werden und die ein Elektrofahrzeug mit einer hohen Leistung aufladen kann. Dabei werden in dieser Arbeit Batterien mit unterschiedlichen Ladeleistungen begutachtet und deren Lade- und Entladevorgänge analysiert. Anschließend wird der Fall untersucht, in der die stationären Speicher mit einer PV-Anlage gekoppelt sind. Zusammen mit dem Lade- und Entladevorgang werden die Netzrückwirkungen und deren Ursache betrachtet. Nebenbei wird die Möglichkeit der Verwendung der Batteriespeicher zur Stabilisierung des Stromnetzes unter die Lupe genommen. Anhand der Ergebnisse wird dann beurteilt, wie eine zukünftige E-Tankstelle mit stationären Speichern funktionieren könnte und ob diese auch wirtschaftlich vorteilhaft wäre. Darauf werden unterschiedliche Szenarien definiert, die mit den aktuellen E-Ladelösungen verglichen werden. Abschließend erfolgt eine Auswertung der Ergebnisse und ein Ausblick auf die möglichen Auswirkungen, die eine Netzintegration von Schnellladeinfrastruktur mit stationären Speichern auf die globale Mobilität haben könnte.

In view of the climate change and the oil scarcity electric cars are considered as an environmentally friendly and efficient alternative to traditional vehicles. Several studies have shown that road traffic causes 83 per cent of the greenhouse gas emissions and air pollutants of the global mobility. At the same time the worldwide increasing traffic volume adversely affects the climate situation in a significant way. Therefore, it is the aim to raise awareness of the need for eco-friendly vehicles. However, technical development of electric vehicles is an essential prerequisite for their successful market launch. The development of rapid chargers can result in a faster spread of electric cars. An expansion of electric mobility would still have an enormous effect on the electricity grid, which would be overloaded with the existent e-charging solutions. This thesis examines a possible future grid integration of a rapid charger infrastructure. The charging strategy consists of stationary storage units, which can be charged from the mains or possibly with on-site generated power and which are able to charge an electric vehicle with high performance. In the course of this thesis, batteries with different charging performances are examined and an analysis of their charging and discharging processes is carried out. Subsequently, the case is investigated in which the stationary storage units are linked with a Photovoltaic-system. The system perturbations and their causes are examined together with the charging and discharging processes. In addition, a close look is taken at the possibility to use the battery storage system to stabilize the power grid. Based on the results, it will be assessed how a future electric filling station could work with stationary storage units and if such a station would be economically beneficial as well. Then various scenarios are defined on this and compared to the existent e-charging solutions. In conclusion an evaluation of the results is performed. Moreover, an outlook is provided concerning the potential impact of a grid integration of fast charging stations on global mobility.