Zukünftige Netzbelastung durch lokal optimierte bidirektionale Elektrofahrzeuge
Die Zahl der Elektrofahrzeuge (EFZ) steigt kontinuierlich an und bis 2030 sollen 15 Millionen auf Deutschlands Straßen unterwegs sein. Neben den steigenden Batteriekapazitäten und höheren Ladeleistungen gewinnt das Thema bidirektionales Laden an Relevanz. Im Rahmen des Projekts „Bidirektionales Lademanagement“ (BDL) untersuchen wir mit zahlreichen Partnern die Chancen und Risiken des bidirektionalen Ladens.
Im Rahmen dieser Veröffentlichung analysieren wir unterschiedliche Anwendungsfälle für lokale Optimierungen mit bidirektionalen Elektrofahrzeugen und deren Auswirkungen auf die Netzbelastung. Neben dem nutzerorientierten Direktladen werden die Use Cases PV-Eigenverbrauchsoptimierung, Spitzenlastkappung im Gewerbe und tarifoptimiertes Laden mit uni- und bidirektionalen Fahrzeugen verglichen.
Hierzu wird das Energiesystemmodell zur Simulation von Niederspannungsnetzen GridSim um einen Optimierungsalgorithmus erweitert. Mehr als 1000 reale Niederspannungsnetze wurden mit Zukunftsszenarien bezüglich Photovoltaikanlagen (PV), Wärmepumpen und Elektrofahrzeugen kombiniert, um die Netzbelastung zu bewerten. Aufgrund dieser neuen Lasten müssen 42 % der Netze bis 2040 ausgebaut werden. Die Optimierung auf Gebäudeebene ist nicht zwingend netzdienlich, so dass weder die PV-Eigenverbrauchsoptimierung noch die Spitzenlastkappung bei Gewerbeeinheiten die Zahl der betroffenen Netze signifikant verringern kann. In beiden Fällen ist die bidirektionale Ladefähigkeit nur geringfügig netzdienlich. Die Anwendung von variablen Marktpreisen auf die Flexibilitätsoptionen ohne Berücksichtigung der lokalen Netzsituation führt zu sehr hohen gleichzeitigen Ladeleistungen von 10 kW/EFZ, selbst für viele E-Fahrzeuge. Im Gegensatz dazu sinkt die Gleichzeitigkeit ohne variable Preise auf 3 kW/EFZ ab 30 E-Fahrzeugen. Die höheren Gleichzeitigkeiten führen auch zu höheren Netzbelastungen, so dass der Anteil der Netze, die Ausbaumaßnahmen benötigen, auf 71 % ansteigt, vor allem wegen zu hoher Trafoauslastung und Verletzungen der Spannungsbedingungen.
In Abbildung 1 sind die auftretenden Gleichzeitigkeiten der Elektrofahrzeuge in den unterschiedlichen Szenarien – Direktladen (Ref), Eigenverbrauchsoptimierung/Spitzenlastkappung mit statischen (fix) und variablen Strompreisen (var) für bidirektionale Elektrofahrzeuge (bidi)– dargestellt.
Die Open-Access Veröffentlichung steht hier zum Download bereit.
