TY - THES

T1 - Auswirkungen der Elektromobilität auf die Niederspannungsebene

AU - Thormann, Bernd

N1 - nicht gesperrt

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Die Elektromobilität dient als wichtige Säule der eingeleiteten Energiewende, stellt allerdings gleichzeitig Netzbetreiber vor neue Herausforderungen. Die steigende Durchdringung der Elektrofahrzeuge führt auf der Niederspannungsebene zu einer ansteigenden Belastung und erhöht die Notwendigkeit eines Netzausbaus. Um diesen jedoch zu verhindern bzw. hinauszuzögern, werden innerhalb dieser Arbeit für unterschiedliche Durchdringungsgrade die Konsequenzen einphasiger Ladevorgänge auf die Niederspannungsebene aufgezeigt. Diesen Konsequenzen soll in weiterer Folge durch die Entwicklung von Gegenmaßnahmen entgegengewirkt werden. Um die Auswirkungen der steigenden Durchdringung der Elektrofahrzeuge auf die Niederspannungsebene zu ermitteln und damit eine Aussage über die Notwendigkeit des zukünftig zu erwartenden Netzausbaus zu ermöglichen, wird ein reales städtisches Niederspannungsnetz der Energienetze Steiermark GmbH herangezogen. Mit Hilfe der Messung realer Ladevorgänge heutiger Elektrofahrzeuge wird die Auswirkung zukünftiger Durchdringungsgrade analysiert. Die Ermittlung von Netzbelastungen in Form von unzulässigen Spannungsabfällen, Leitungsüberlastungen und unsymmetrischen Spannungszuständen in Folge einphasig ladender Elektrofahrzeuge erfolgt anhand von Lastflussberechnungen im Programm NEPLAN und dient der Bestimmung kritischer Netzbereiche. Mittels diverser Lösungsstrategien, wie Demand Side Maßnahmen, dem Einsatz von Speichereinheiten in Kombination mit Photovoltaikeinspeisung sowie dem Einsatz eines regelbaren Ortsnetztransformators, sollen gefährdete Netzelemente entlastet werden. Mit Hilfe von Gleichzeitigkeitsfaktoren für Elektrofahrzeuge, die auf Basis eines probabilistischen Ansatzes und realer Mobilitätsdaten aus Österreich berechnet werden, lassen sich zeitliche Abweichungen zwischen den Ladevorgängen innerhalb des Niederspannungsnetzes berücksichtigen. Einphasiges Laden führt bereits bei einer Durchdringung von 20 % zu unzulässiger Unsymmetrie sowie zu Spannungsbandverletzungen und muss daher durch dreiphasiges Laden ersetzt werden. Ab einer Durchdringung der Elektromobilität von 60 % treten auch bei gleichmäßiger Phasenverteilung der Ladevorgänge die ersten unzulässigen Spannungsabfälle in mehreren Knoten des längsten Netzausläufers auf. Gleichzeitig entsteht die Überlastung einer Leitung, die aufgrund der hohen Anzahl an versorgten Elektrofahrzeugen hervorgerufen wird. Anhand der Gegenüberstellung der analysierten Szenarien wird aufgezeigt, dass vor allem Demand Side Maßnahmen, wie die Reduktion der Ladeleistung und zeitlich versetztes Laden, sowie der Einsatz eines regelbaren Ortsnetztransformators zur entscheidenden Entlastung des Netzes führen. Innerhalb des betrachteten Niederspannungsnetzes lässt sich unter der Berücksichtigung der genannten Maßnahmen selbst eine hundertprozentige Elektromobilitätsdurchdringung ohne konventionelle Netzausbaumaßnahmen integrieren.

AB - Die Elektromobilität dient als wichtige Säule der eingeleiteten Energiewende, stellt allerdings gleichzeitig Netzbetreiber vor neue Herausforderungen. Die steigende Durchdringung der Elektrofahrzeuge führt auf der Niederspannungsebene zu einer ansteigenden Belastung und erhöht die Notwendigkeit eines Netzausbaus. Um diesen jedoch zu verhindern bzw. hinauszuzögern, werden innerhalb dieser Arbeit für unterschiedliche Durchdringungsgrade die Konsequenzen einphasiger Ladevorgänge auf die Niederspannungsebene aufgezeigt. Diesen Konsequenzen soll in weiterer Folge durch die Entwicklung von Gegenmaßnahmen entgegengewirkt werden. Um die Auswirkungen der steigenden Durchdringung der Elektrofahrzeuge auf die Niederspannungsebene zu ermitteln und damit eine Aussage über die Notwendigkeit des zukünftig zu erwartenden Netzausbaus zu ermöglichen, wird ein reales städtisches Niederspannungsnetz der Energienetze Steiermark GmbH herangezogen. Mit Hilfe der Messung realer Ladevorgänge heutiger Elektrofahrzeuge wird die Auswirkung zukünftiger Durchdringungsgrade analysiert. Die Ermittlung von Netzbelastungen in Form von unzulässigen Spannungsabfällen, Leitungsüberlastungen und unsymmetrischen Spannungszuständen in Folge einphasig ladender Elektrofahrzeuge erfolgt anhand von Lastflussberechnungen im Programm NEPLAN und dient der Bestimmung kritischer Netzbereiche. Mittels diverser Lösungsstrategien, wie Demand Side Maßnahmen, dem Einsatz von Speichereinheiten in Kombination mit Photovoltaikeinspeisung sowie dem Einsatz eines regelbaren Ortsnetztransformators, sollen gefährdete Netzelemente entlastet werden. Mit Hilfe von Gleichzeitigkeitsfaktoren für Elektrofahrzeuge, die auf Basis eines probabilistischen Ansatzes und realer Mobilitätsdaten aus Österreich berechnet werden, lassen sich zeitliche Abweichungen zwischen den Ladevorgängen innerhalb des Niederspannungsnetzes berücksichtigen. Einphasiges Laden führt bereits bei einer Durchdringung von 20 % zu unzulässiger Unsymmetrie sowie zu Spannungsbandverletzungen und muss daher durch dreiphasiges Laden ersetzt werden. Ab einer Durchdringung der Elektromobilität von 60 % treten auch bei gleichmäßiger Phasenverteilung der Ladevorgänge die ersten unzulässigen Spannungsabfälle in mehreren Knoten des längsten Netzausläufers auf. Gleichzeitig entsteht die Überlastung einer Leitung, die aufgrund der hohen Anzahl an versorgten Elektrofahrzeugen hervorgerufen wird. Anhand der Gegenüberstellung der analysierten Szenarien wird aufgezeigt, dass vor allem Demand Side Maßnahmen, wie die Reduktion der Ladeleistung und zeitlich versetztes Laden, sowie der Einsatz eines regelbaren Ortsnetztransformators zur entscheidenden Entlastung des Netzes führen. Innerhalb des betrachteten Niederspannungsnetzes lässt sich unter der Berücksichtigung der genannten Maßnahmen selbst eine hundertprozentige Elektromobilitätsdurchdringung ohne konventionelle Netzausbaumaßnahmen integrieren.

KW - electromobility

KW - low-voltage grid

KW - load flow analysis

KW - solution strategies

KW - Elektromobilität

KW - Niederspannungsnetz

KW - Lastflussberechnung

KW - Lösungsstrategien

M3 - Masterarbeit

ER -