Strategien für die Elektromobilität bei erweiterter energiewirtschaftlicher Nutzung : Betrachtung steuernder Ladestrategien für Elektrofahrzeuge sowie Minutenreservevermarktung von Elektrofahrzeugen

Kempgens, Maren Elisabeth GND

Im Zentrum dieser Dissertation stehen Strategien zur Reduktion der laufenden Kosten beziehungsweise zur Erschließung zusätzlicher Erlösquellen für Elektrofahrzeuge. Hierzu wurden in der vorliegenden Arbeit einerseits Ladestrategien für Gewerbebetriebe analysiert, die zu Einsparungspotenzialen gegenüber dem ungesteuerten Laden führen. Zum anderen wurden Systemdienstleistungen betrachtet, die durch viele Elektrofahrzeuge gemeinsam angeboten werden können, um das Netz zu unterstützen und dadurch zusätzliche Erlöse zu generieren. Um diese Lade- bzw. Vermarktungsstrategien adäquat modellgestützt untersuchen zu können, sind Optimierungsmodelle entwickelt worden, die das Einspar- bzw. Erlöspotenzial von Elektrofahrzeugen identifizieren können. Hierzu wurden einerseits steuernde Ladealgorithmen als gemischt ganzzahlige lineare Optimierungsprobleme formuliert sowie andererseits ein Portfolio-Management-Modell als mehrstufiges stochastisches Optimierungsmodell weiterentwickelt. Zur Analyse des Einspar- bzw. Erlöspotenzials der Elektrofahrzeuge wurde jeweils eine Fallstudie mit verschiedenen Sensitivitäten betrachtet. Dabei wurden die Analysen für ein bereits vergangenes Jahr sowie die Jahre 2020 und 2030 – entsprechend der bisherigen Ziele der Bundesregierung – durchgeführt, um zusätzlich Aussagen für eine deutlich höhere Durchdringung der Elektromobilität tätigen zu können. Für einen leistungsgemessenen Stromkunden hat sich ergeben, dass die Einhaltung der Spitzenleistung bei den aktuellen Netzentgeltstrukturen wichtiger als die Berücksichtigung zeitvariabler Strompreise ist. Denn dadurch wird eine Erhöhung des Leistungsentgeltes vermieden und das führt zu höheren Einsparungen im Vergleich zu preisgesteuerten Ladestrategien. Die Kombination aus beiden Ladestrategien kann die Kosten dennoch weiter absenken. Wenn bidirektionale Stromflüsse möglich sind, d. h. die Fahrzeugbatterie ins Stromnetz entladen werden kann, ist zukünftig bei Integration vieler Elektrofahrzeuge vorstellbar, dass die Leistungsgrenze des Unternehmens sogar reduziert wird, wenn die Spitzenlast ohne Elektrofahrzeuge eher selten erreicht wird. Die Elektrofahrzeuge können dann als mobile Speicher dienen und die Unternehmenslast glätten. Jenseits des Unternehmenskontexts haben sich Potenziale der Flexibilitätsvermarktung von Elektrofahrzeugen für ein Energieunternehmen ergeben, wenn Elektrofahrzeuge im Portfoliomanagement eingebunden werden können. Ein einzelnes Elektrofahrzeug hat keine großen Auswirkungen. Werden jedoch viele Elektrofahrzeuge zu einem Pool zusammengefasst und gesteuert ins Stromsystem eingebunden, können sie Flexibilität am Markt bereitstellen und auch netzdienlich eingesetzt werden. Bei bidirektionaler Einbindung der Elektrofahrzeuge hat das Energieunternehmen u. a. die Möglichkeit, den Strom aus den Fahrzeugbatterien zu verwenden, anstelle ein teures Kraftwerk anzufahren. Der hier gewählte stochastische Optimierungsansatz hat sich dabei als sehr zielführend erwiesen. Bei Einbindung der Elektrofahrzeuge in ein Kraftwerksportfolio können für die Elektrofahrzeugnutzer die meisten Erlöse generiert werden, wenn die Elektrofahrzeuge sowohl für die bidirektionale Vermarktung am Spotmarkt als auch an beiden Minutenreservemärkten zur Verfügung stehen. Auf den ersten Blick scheinen die Vorhaltung negativer Minutenreserve und das Rückspeisen aus der Fahrzeugbatterie (V2G) als substitutive Produkte. Dennoch ergänzen sie sich gut, da die Batterien in unterschiedlichen Stunden an den beiden Märkten vermarktet werden.

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Kempgens, M.E., 2019. Strategien für die Elektromobilität bei erweiterter energiewirtschaftlicher Nutzung: Betrachtung steuernder Ladestrategien für Elektrofahrzeuge sowie Minutenreservevermarktung von Elektrofahrzeugen. https://doi.org/10.17185/duepublico/70467
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