Simulering av lading og kvantifisering av fleksibilitet for en modellert elbilflåte ved boligfelt : casestudie av Tanberghøgda i Hønefoss

Abstract

Elektrifiseringen fører til store endringer i kraftsystemet, og å opprettholde et fleksibelt kraftsystem er blitt en avgjørende faktor for å fullføre elektrifiseringen av samfunnet. Produksjonsmiksen til kraftsystemet endres ved at andelen regulerbare kraftverk reduseres. Samtidig forekommer det en økning i både energiforbruk og effektuttak hos forbrukerne. Dette fører til at fleksibiliteten i kraftnettet reduseres, samtidig som behovet øker, og dette skaper utfordringer for forsyningssikkerheten. Forbrukerfleksibilitet er sett på som en av løsningene for å tilføye kraftsystemet mer fleksibilitet. En av lastene på forbrukersiden med høyt potensial for fleksibilitet er elbiler. Tanberghøgda er et boligfelt som har mål om å benytte sin fremtidige elbilflåte til å oppnå lavt effektforbruk, høy nettutnyttelse og til å tilby fleksibilitet på kraftnettet. Denne oppgaven simulerer Tanberghøgda sin fremtidige elbilflåte med ulike ladestrategier, og kvantifisere elbilflåtens fleksibilitet både ved enveislading og toveislading. Reisevanene til Tanberghøgda sin fremtidige elbilflåte estimeres basert på reisevaneundersøkelser for tidligere Buskerud fylke, Ringeriksregionen og Hønefossområdet. Usikkerheten til disse stokastiske variablene er håndtert med ulike stokastiske modeller. Resten parameterne til elbilflåten modelleres med en estimering av utviklingen av elbilandel ved Buskerud, og data om de mest solgte elbilene totalt og de mest solgte i starten av 2022 på det norske markedet. Det legges fram tre elbilflåter med ulike parametere for å ta hensyn til usikkerheten i utviklingen av elbilflåten fram mot ferdigstillingen av boligfeltet. Case 1 tar hensyn til den lineære utviklingen av flåten, case 2 den moderate og case 3 den eksponentielle. Det konstrueres en modell som simulerer en elbilflåte med tre ulike ladestrategier; statisk lastbalansering, dynamisk lastbalansering og smart lastbalansering for nettutnyttelse. Statisk og dynamisk lastbalansering er to ladestrategier benyttes for boligfelt i dag. Smart lastbalansering for nettutnyttelse er en konstruert ladestrategi som benytter data tilgjengelig fra standarden ISO 15118. ISO 15118 er en kommunikasjonsprotokoll for informasjonsflyt mellom ladestasjonen og elbilen, og forventes å tas i bruk rundt 2025. Elbilflåtene simuleres over ett døgn, og resultatet viser hvordan de ulike ladestrategiene vil endre boligfeltet sitt totale forbruk. Smart og dynamisk lastbalansering kommuniserer begge med det øvrige forbruket i boligfeltet og fører til en stabil nettutnyttelse. Ved simulering av case 1 og 2 er energibehovet til elbilflåten overholdt for alle strategiene, men den ledige kapasiteten på hovedsikringen til elbilflåten reduseres ved case 2. Ved case 3 er energibehovet til elbilflåten så stort at det trengs en større hovedsikring til elbilflåten for å kunne bruke den smarte lastbalanseringen og oppnå maksimal nettutnyttelse. To algoritmer brukes til å kvantifisere fleksibiliteten til elbilflåten. Den ene algoritme er for å kvantifisere fleksibiliteten ved enveislading og bygger på den allerede konstruere algoritmen i artikkelen “Quantifying flexibility in EV charging as DR potential: Analysis of two real-world data sets”. Den andre algoritmen er for kvantifisering av fleksibilitet ved toveislading og er konstruert i denne oppgaven. Begge algoritmene består av krav som ladeøkte må oppfylle for å kunne være fleksibel. Algoritmene implementeres på elbilflåten ved bruk av ladestrategien smart lastbalansering for nettutnyttelse. Resultatet av algoritmene er en estimering av fleksibilitet for hver time over 24 timer for tidsintervaller mellom 2 minutter og 7 timer. Fleksibiliteten utregnes for elbilflåtene i case 1 og case 2, og resultatene viser at Tanberghøgda har et høyt potensial for fleksibilitet. Case 3 har ingen fleksibilitet. Resultatet viser også at det er nødvendig med en økning i den planlagte hovedsikringen for å kunne utnytte fleksibiliteten lik godt for elbilflåten i case 2 og 3 som det var for elbilflåten i case 1.

Electrification is leading to major changes in the power system, and maintaining a flexible power system has become a crucial factor in completing the electrification of society. The production mix for the power system is changing by a reduction in the proportion of controllable power plants. At the same time, there is an increase in both energy consumption and power consumption among consumers. This leads to a reduction in the flexibility of the power grid, at the same time as the need increases, and this creates challenges for the security of supply. Consumer flexibility is seen as one of the solutions to add more flexibility to the power system. One of the loads on the consumer side with a high potential for flexibility is electric cars. Tanberghøgda is a residential area that aims to use its future electric car fleet to achieve low power consumption, high grid utilization and to offer flexibility on the power grid. This paper simulates Tanberghøgda’s future electric car fleet with different charging strategies, and quantifies the electric car fleet’s flexibility for both unidirectional charging and bidirectional charging.