A quantitative analysis of the temporal and spatial distribution of charging flexibility of electrified trucks in Austria

Abstract

Increasing flexibility in the energy sector is a key factor for achieving a climate-friendly energy transition through the enhanced integration of renewable energy sources across Europe. In addition to better integrating renewable energies, demand-side flexibility in the energy sector, in particular, can be used to reduce costs and emissions, relieve the transmission and distribution grids, and reduce redispatch measures. This thesis focuses on modeling and quantifying the flexibility potential of electrified trucks in Austria. The simulation of this potential is an essential step to understand better the possible interactions between the transport and energy sectors and to classify the potential spatially and temporally. This enables the development of scenarios in which electrified trucks function not only as a means of transportation but also as active participants in the energy market, as flexibility providers. The bottom-up model developed in this study analyzes all truck fleets operating on routes impacting Austria to calculate the corresponding flexibility potential for specific times of day and regions. This modeling approach enables the first-ever estimation of the spatial distribution of flexibility from electrified truck traffic in Austria. The results indicate that, on average, more than 400 MW of reserve power can be available as flexibility for a 15 min time interval throughout Austria by 2030. The Linz-Wels region, in particular, shows significant usable flexibility during the morning, late morning, and afternoon hours, extending into the early morning. However, little usable flexibility is available early in the morning when the night driving ban concludes and at lunchtime. A stark contrast exists between the northeastern regions, traversed by the A1, A21, and A8 freeways, which exhibit high reserve capacities, and the other regions of Austria, which generally have lower reserve power. Flexibility is highly sensitive to truck speed and the installed capacities. Future research could analyze the local alignment between existing flexibility from battery-electric truck traffic and the necessary redispatch measures and extend the model for EU-wide forecasts.

Die Erhöhung der Flexibilität im Energiesektor stellt einen Schlüsselfaktor für eine klimafreundliche Energiewende durch die verstärkte Integration erneuerbarer Energien in Europa dar. Neben der besseren Integration erneuerbarer Energien kann insbesondere nachfrageseitige Flexibilität im Energiesektor zur Kosten- und Emissionsreduktion, zur Entlastung der Übertragungs- und Verteilnetze, sowie zur Reduktion von Redispatch-Maßnahmen eingesetzt werden. Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung und Quantifizierung des Flexibilitätspotentials elektrifizierter Lkw in Österreich. Die Simulation dieses Potentials ist ein wesentlicher Schritt, um die möglichen Wechselwirkungen zwischen Verkehrs- und Energiesektor besser zu verstehen und das Potential räumlich und zeitlich einordnen zu können. Dies ermöglicht die Entwicklung von Szenarien, in denen elektrifizierte Lkw nicht nur als Transportmittel, sondern auch als aktive Teilnehmer am Energiemarkt, als Flexibilitätsanbieter, fungieren. Mit dem entwickelten Bottom-up-Modell erfolgt eine Simulation sämtlicher LKW-Flotten auf allen LKW-Routen, die Österreich betreffen. Ziel dieser Simulation ist die Berechnung des Flexibilitätspotenzials für spezifische Tageszeiten und Regionen. Der entwickelte Modellierungsansatz erlaubt erstmals eine Abschätzung der räumlichen Verteilung der Flexibilität des elektrifizierten LKW-Verkehrs in Österreich. Die Ergebnisse zeigen, dass im Jahr 2030 österreichweit im Mittel über 400 MW für einen Zeitschritt von 15 min als Flexibilität zur Verfügung stehen können. Insbesondere die östliche Region Linz-Wels zeichnet sich durch nutzbare Flexibilität in den Morgen-, Vormittags- und Nachmittagsstunden bis in die frühen Morgenstunden aus. Lediglich frühmorgens, wenn das Nachtfahrverbot in Österreich endet, und in der Mittagszeit ist wenig nutzbare Flexibilität vorhanden. Es zeigt sich ein signifikantes Gefälle zwischen den nordöstlichen Regionen, welche von den Autobahnen A1, A21 und A8 durchquert werden, und den übrigen Regionen Österreichs. Erstere verfügen über hohe Reserveleistungen, während Letztere überwiegend geringe Reserveleistungen aufweisen. Es konnte eine hohe Sensitivität der Flexibilität gegenüber der gefahrenen Geschwindigkeit der LKW und der installierten Kapazitäten festgestellt werden. Weitere Arbeiten könnten sich mit der Analyse der lokalen Übereinstimmung zwischen der vorhandenen Flexibilität des batterieelektrischen Lkw-Verkehrs und den erforderlichen Redispatch-Maßnahmen befassen. Zudem wäre eine Erweiterung des Modells für EU-weite Prognosen denkbar.