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T1 - Synergieeffekte zwischen E-Mobilität und Photovoltaik-Potenzialen

AU - Vopava, Julia

N1 - gesperrt bis null

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Der fortschreitende Klimawandel führt zu weltweiten Bestrebungen den Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern. Einer der Hauptemittenten mit über 16% der globalen CO2 Emissionen ist der Verkehrssektor. Die Umstellung auf E-Mobilität kann, unter der Voraussetzung, dass der notwendige Energiebedarf durch erneuerbare Energien, beispielsweise Photovoltaik oder Windenergie, gedeckt wird, signifikant zur Dekarbonisierung dieses Sektors beitragen. Diese fluktuierenden erneuerbaren Einspeiser in Kombination mit dem steigenden Energiebedarf stellen das elektrische Netz vor neue Herausforderungen. Im Rahmen dieser Arbeit werden dazu die Synergieeffekte zwischen E-Mobilität und der Nutzung von Photovoltaik-Potenzialen am Beispiel des Verteilernetzes der Mittelspannungsebene der Stadt Leoben untersucht. Die Netzbelastung wird dabei in einem Zeitraum von einem Jahr betrachtet um saisonale Effekte sowie Tagesschwankungen zu erfassen. Da die Ermittlung auf zeitlich aufgelösten Jahreslastflussberechnungen basiert, ist es notwendig die komplexe Netzstruktur durch Anwendung eines zellularen Ansatzes zu vereinfachen. Diese vereinfachte Struktur ermöglicht es, eine Vielzahl an Szenarien (Variation der Nutzerverhalten, Durchdringungen der E Mobilität sowie des Photovoltaik-Potenzials, der Ladeleistung und Ladestrategie) zu analysieren. Diese Szenarien werden anhand der Residuallast und energietechnischer Kennzahlen wie Energieautarkiegrad, Leistungsautarkiegrad, und Eigenverbrauchsanteil bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass nennenswerte Überlastungen des Netzes erst ab Durchdringungen von 60% Photovoltaikausbau bzw. 60% E Mobilität auftreten. Dies lässt auf ein robustes Verteilernetz der Mittelspannungsebene für die Stadt Leoben schließen. Der Einfluss von Ladeleistungen größer 11 kW besitzt im Mittelspannungsnetz einen geringeren Einfluss auf die Anzahl und Dauer der Überlastungen als erwartet. Die Anwendung unterschiedlicher, sowohl gesteuerter als auch ungesteuerter, Ladestrategien kann die Überlastungen in bestimmten Netzregionen reduzieren wohingegen diese in anderen verstärkt werden. Die Residuallast nimmt mit steigender E Mobilität zu, während sie mit steigendem Ausbaugrad der Photovoltaik sinkt. Eine steigende Durchdringung des Photovoltaikausbaus bei konstanter Durchdringung von E Mobilität bedeutet zudem, dass der Energieautarkiegrad bzw. Leistungsautarkiegrad zunimmt, während der Eigenverbrauchsanteil verringert wird. Der Einfluss der untersuchten Ladestrategien auf die energietechnischen Kennzahlen ist hingegen gering. Bei der Integration von E Mobilität in Kombination mit PV Potentialen in ein elektrisches Netz ist die Ermittlung eines leistungsmäßigen und energetischen Optimums zwischen Energiebedarf und Erzeugung notwendig. Hierdurch können Überlastungen reduziert bzw. die energietechnischen Kennzahlen verbessert werden.

AB - Der fortschreitende Klimawandel führt zu weltweiten Bestrebungen den Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern. Einer der Hauptemittenten mit über 16% der globalen CO2 Emissionen ist der Verkehrssektor. Die Umstellung auf E-Mobilität kann, unter der Voraussetzung, dass der notwendige Energiebedarf durch erneuerbare Energien, beispielsweise Photovoltaik oder Windenergie, gedeckt wird, signifikant zur Dekarbonisierung dieses Sektors beitragen. Diese fluktuierenden erneuerbaren Einspeiser in Kombination mit dem steigenden Energiebedarf stellen das elektrische Netz vor neue Herausforderungen. Im Rahmen dieser Arbeit werden dazu die Synergieeffekte zwischen E-Mobilität und der Nutzung von Photovoltaik-Potenzialen am Beispiel des Verteilernetzes der Mittelspannungsebene der Stadt Leoben untersucht. Die Netzbelastung wird dabei in einem Zeitraum von einem Jahr betrachtet um saisonale Effekte sowie Tagesschwankungen zu erfassen. Da die Ermittlung auf zeitlich aufgelösten Jahreslastflussberechnungen basiert, ist es notwendig die komplexe Netzstruktur durch Anwendung eines zellularen Ansatzes zu vereinfachen. Diese vereinfachte Struktur ermöglicht es, eine Vielzahl an Szenarien (Variation der Nutzerverhalten, Durchdringungen der E Mobilität sowie des Photovoltaik-Potenzials, der Ladeleistung und Ladestrategie) zu analysieren. Diese Szenarien werden anhand der Residuallast und energietechnischer Kennzahlen wie Energieautarkiegrad, Leistungsautarkiegrad, und Eigenverbrauchsanteil bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass nennenswerte Überlastungen des Netzes erst ab Durchdringungen von 60% Photovoltaikausbau bzw. 60% E Mobilität auftreten. Dies lässt auf ein robustes Verteilernetz der Mittelspannungsebene für die Stadt Leoben schließen. Der Einfluss von Ladeleistungen größer 11 kW besitzt im Mittelspannungsnetz einen geringeren Einfluss auf die Anzahl und Dauer der Überlastungen als erwartet. Die Anwendung unterschiedlicher, sowohl gesteuerter als auch ungesteuerter, Ladestrategien kann die Überlastungen in bestimmten Netzregionen reduzieren wohingegen diese in anderen verstärkt werden. Die Residuallast nimmt mit steigender E Mobilität zu, während sie mit steigendem Ausbaugrad der Photovoltaik sinkt. Eine steigende Durchdringung des Photovoltaikausbaus bei konstanter Durchdringung von E Mobilität bedeutet zudem, dass der Energieautarkiegrad bzw. Leistungsautarkiegrad zunimmt, während der Eigenverbrauchsanteil verringert wird. Der Einfluss der untersuchten Ladestrategien auf die energietechnischen Kennzahlen ist hingegen gering. Bei der Integration von E Mobilität in Kombination mit PV Potentialen in ein elektrisches Netz ist die Ermittlung eines leistungsmäßigen und energetischen Optimums zwischen Energiebedarf und Erzeugung notwendig. Hierdurch können Überlastungen reduziert bzw. die energietechnischen Kennzahlen verbessert werden.

KW - e-mobility

KW - synergies

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KW - power grid

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KW - energietschnische Betrachtung

KW - Verteilernetz

KW - elektrisches Netz

M3 - Dissertation

ER -