Auswirkungen von verschiedenen Ladestrategien der Elektromobilität auf künftige Kraftwerksinvestitionen in Österreichs Stromsektor

Abstract

Die Staaten der Europäischen Union bekennen sich zur Einhaltung der Klimaziele des Übereinkommens von Paris und damit der Begrenzung des globalen Temperaturanstieges deutlich unter 2°C, besser auf unter 1,5°C. Um den Kohlendioxid (CO2) Ausstoß zu reduzieren, ist eine Transformation im Energie- und Transportsektor notwendig. Sowohl die Energieerzeugung, als auch der Transportsektor müssen dazu dekarbonisiert werden. Dabei sollen batterie-elektrische Fahrzeuge (BEV) und Fahrzeuge mit Plug-in-Hybridantrieb (PHEV) zunehmend Personenkraftwagen (PKW) mit Verbrennungsmotoren ersetzen. In dieser Arbeit wird untersucht, wie sich verschiedene Marktdurchdringungen von BEV und PHEV auf die der zugrundeliegenden Ladestrategien führt zu einer zusätzlichen Belastungen der Infrastruktur. Eine intelligenten Systemintegration der Elektromobilität kann, im Unterschied dazu, zu Kostensenkungen führen. Investitionskosten im Energiesektor in Österreich bis ins Jahr 2050 auswirken. Die Art der Ladestrategie und die Anzahl der Fahrzeuge in einem Land hat dabei Auswirkungen auf die elektrische Energiebereitstellung und den Austausch von elektrischer Energie zwischen Nachbarländern. Die Analyse erfolgt dabei mit dem Open-Source Optimierungsmodell Balmorel. Die Funktionalität des Modells wird durch ein bestehendes und im Zuge der Arbeit erweitertes Elektromobilitäts-Addon ergänzt, welches Energiebedarf, Nutzungsverhaltender PKW Flotte und drei verschiedene Ladestrategien beinhaltet. Die Ladeschemen unterscheiden sich in ihrer Flexibilität bezüglich des Zeitpunkts und der Menge an notwendiger Ladeenergie, davon abhängig ergeben sich die Investitionen in neue Kraftwerksleistungen. Die Arbeit zeigt, dass flexible Ladestrategien zu Einsparungen bei den Gesamtsystemkosten im Stromsektor von bis 26% fuhren können. Diese Reduktionen sind umso größer, je flexibler die Ladung der Fahrzeuge möglich ist. Die flexible Integration von BEV und PHEV fuhrt auch zu einer Veränderung des Kraftwerksportfolios. Die notwendigen Zubauten an Kraftwerksleistungen verringern sich um bis zu 41%. Das netzintegrierte Laden von BEV und PHEV fuhrt zu einer besseren Nutzung von volatilen Kraftwerkskapazitäten wie Wind und Photovoltaik (PV). Diese Eigenschaften zur Speicherung von Energie führen zusützlich zu einer Reduktion von Ausgaben für Brennstoffe und Treibhausgasemissionsrechten. Die Transformation des Verkehrssektors in den nächsten Jahrzehnten stellt die Energiesysteme vor große Herausforderungen. Eine Ausweitung der E-Mobilität ohne Beachten der zugrundeliegenden Ladestrategien führt zu einer zusätzlichen Belastungen der Infrastruktur. Eine intelligenten Systemintegration der Elektromobilität kann, im Unterschied dazu, zu Kostensenkungen führen.

The states of the European Union are committed to complying with the climate goals of the Paris Agreement and thus limiting global temperature increases to 2°C, preferably below 1.5°C. In order to reduce carbon emissions, a transformation in the energy and transport sector is necessary. Both energy generation and the transport sector need to be decarbonised. Battery-electric vehicles (BEV) and vehicles with plug-in hybrid drives (PHEV) are to increasingly replace cars with internal combustion engines.This masterthesis examines how different market penetrations by BEV and PHEV will affect investment costs in the energy sector in Austria up to the year 2050.The type of charging strategy and the number of vehicles in a country have an impact on the supply of electrical energy and the exchange of electrical energy between neighboring countries.The analysis is carried out with the open source optimization model Balmorel. The functionality of the model is enriched by an existing and partly extended electromobility add-on, which includes the energy requirement, usage behavior of the car fleet and three different charging strategies.The strategies differ in terms of their flexibility with regard to the timing and amount of required charging energy, depending on the investment in new power plants.The work shows that flexible charging strategies lead to savings in power plant investments in the electicity sector up to 26%. These savings are greater, the more flexibly the vehicle can be charged. The flexible integration of BEV and PHEV also leads to a change in the power plant portfolio. The necessary additions to power plant output are reduced by up to 41%. The grid-integrated charging of BEV and PHEV leads to better use of volatile power plant capacities such as wind and PV. These properties for storing energy also lead to a reduction in fuel and carbon-related expenditures.The transformation of the transport sector over the next few decades will pose major challenges for energy systems. The integration of e-mobility can lead to an additional burden on the infrastructure if it is poorly integrated into the power grid. Intelligent integration and suitable strategies for the charging of e-vehicles can enhance system benefits and trigger cost savings.