Lokal effekttoppsreduktion med elbilar - En del av framtidens smarta elnät?

• Main Author: Smed, Johan
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Umeå universitet, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik 2017
• Subjects: power; reduction; BEV; battery; electric; vehicle; vehicles; elbilar; effekttoppsreduktion; effektreduktion; smart; elnät; Energy Engineering; Energiteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-135873

Till följd av de klimatmål som Sverige satt upp för att bemöta klimatförändringar förväntas andelen intermittent elproduktion öka, framförallt sol- och vindkraft. För att undvika dyra investeringar och kapacitetsförstärkningar tillföljd av den intermittent elproduktionen är det viktigt att det redan existerande elnätet effektiviseras och utnyttjas på ett smart sätt. En större andel förnyelsebar elproduktion är inte den enda förändringen som påverkar det svenska elsystemet. Antalet elbilar i den svenska personbilsflottan ökar ständigt och som en viktig del för att nå nationella mål är det både troligt och önskvärt att den fortsätter att öka. Elbilarna för även med sig andra potentiella användningsområden än transport. På grund av batteriets lagringskapacitet kan el lagras under laddning men även återinföras på nätet med hjälp av Vehicle-to-Gridteknik. Detta innebär att elbilen kan få sekundära användningsområden som kan bidra till, och vara en del av, framtidens elnät. Syftet med arbetet har varit att studera lokal effekttoppsreduktion med hjälp av elbilens förmåga att återinföra el till fastigheten då behovet är stort. Arbetet ska vidare besvara vilka ekonomiska incitament som kan uppstå på en lokal nivå samt hur potentialen ser ut för elbilen att verka som en aktiv del i ett smart elnät. För att undersöka elbilens förmåga till effekttoppsreduktion har effektbehovet för de 755 lägenheter på området Lilljansberget i Umeå under år 2016 använts. En modell utvecklades i programvaran Excel vars syfte var att simulera hur urladdningen ifrån elbilarna, efter sista ankomsttid på dygnet, under ett års tid påverkar det nya effektbehovet till området. Modellen ska motsvara verkliga förhållanden varvid parametrar som berör effektbehov, elbilar, laddning och urladdning bestämts utifrån verkligheten och applicerats. Reduktionen optimerades sedan med tillägget What’sBest! varvid ett nytt maxbehov till området kunde bestämmas. Optimeringen har skett på månads- och årsbasis samt med urladdningseffekter på 3,6 och 6,6 kW. Vidare har scenarion undersökts som gör gällande att andelen elbilar motsvarar 10, 20 och 30% av områdets bilar. Arbetet visar att körmönstret för bilar korrelerar bra med höga effekttoppar vilket stärks av resultatet som visar att en reduktion är möjlig för de flesta scenarion kring 100 kW, motsvarande ungefär 25% av områdets tidigare maximala effektbehov. Reduktionen visar vidare på potential för lönsamhet då intäkterna, baserade på effekttariffer, överstiger degenereringskostnaderna av batterierna oavsett scenario och tidsspann för optimeringen. Den mest lönsamma effektreduktionen sker på årsbasis med 20% elbilar där en årlig intäkt på ca 37 tSEK, inkluderat degenereringskostnader av batteriet, är möjlig. Intäkten fördelad på delaktiga elbilar är mellan 700 – 1400 kr per år. För att återspegla arbetets resultat i verkligheten bör även ett lokalt installerat batteri finnas för att bättre garantera reduktionen då tillfälliga förändringar gällande tillgängliga elbilar eller effektbehov uppstår. En större effektreduktion har visat sig vara både möjlig men även direkt lönsamt. Däremot anses intäkterna, baserat på kostnader för effekttariffer, vara för låga i förhållande till utgifter och ersättning varvid ekonomiska incitament utifrån effekttariffer anses svårmotiverade. Fortsatt arbete gällande vidare värdering av effektreduktion behövs i syfte att ge svar på vilka ekonomiska ersättningar som kan bli aktuella. Den lokala effektreduktionen som studerats i detta arbete förändrar kraftigt effektbehvet för området men påverkan på elnätet som stort förblir litet. Därför dras slutsatsen att lokal effekttoppsreduktion med elbilar inte är en enskild lösning på framtidens förändrade elsystem men kan däremot vara med och bidra till ett smart elnät. === Due to climate targets setup by Sweden to address climate change, the share of intermittent electricity generation is expected to increase, especially solar and wind power. In order to avoid expensive investments and capacity enhancement, due to uneven electricity production, it is important that the already existing power grid is efficient and utilized in a smart way. A larger proportion of renewable electricity generation is not the only change that affects the Swedish electricity system. The number of battery electric vehicles (BEV) in the Swedish car fleet is constantly increasing and as an important part of achieving national targets it is both likely and desirable that it continues. BEVs also carry other potential uses than transport. Due to the battery’s storage capacity, electricity can be stored during charging but also returned later to the grid using Vehicle-to-Grid technology. This means that the BEV can have secondary applications, which can contribute to and be part of, the future power grid. The purpose of this study has been to study local power reduction with help of battery electric vehicles ability to recharge electricity to the property when power need is high. The work will furthermore answer the financial incentives that may arise at a local level and how the potential is for BEVs to be an active part of a smart grid. To investigate the potential of the BEVs power reduction, the power need for the 755 apartments in the area of Lilljansberget in Umeå for 2016 has been used. A model was then developed in Excel software, the purpose of which was to simulate how the discharges from BEVs, after last arrival time of the day, over a year’s time, affect the new power usage for the area. Since the model in Excel is intended to correspond to actual conditions, parameters related to electric cars, charging and discharging have been determined and applied. The reduction was then optimized with the plug-in program What’s Best! whereby a new maximum usage for the area could be determined. The optimization has been done on a monthly and annual basis and with 3.6 and 6.6 kW discharge effects. Furthermore, scenarios have been investigated claiming that the proportion of BEVs corresponds to 10, 20 and 30% of the area’s car fleet. The work shows that driving pattern for cars correlates well with high power peaks, which is reinforced by the results that show that a reduction is possible for most scenarios around 100 kW, corresponding to approximately 25% of the area’s previous maximum power need. The reduction further indicates potential for profitability, as revenue, based on power tariffs, exceeds the degeneration costs of batteries regardless of the scenario and time span for optimization. The most profitable power reduction occurs on an annual basis with 20% BEVs, with an annual revenue of approximately 37,000 SEK, including degeneration costs of the battery. Revenue distributed on participating BEVs is between 700 - 1400 SEK per year. In order to reflect the results of the work in reality, a locally installed battery should also be in place to better guarantee reduction as temporary changes to available BEVs or power usage arise. A major reduction in power has proven to be both possible but also directly profitable. On the other hand, revenues, based on costs for power tariffs, are considered to be too low in relation to expenses and remuneration, which makes such an investment difficult to motivate. Continued work on further valuation of power reduction is needed to provide answers to financial compensation that may be applicable. The local power reduction studied in this work greatly changes the power demand for the area but the impact on the grid remains largely small. Therefore, it is concluded that local power reduction with battery electric vehicles is not a solution to the future electrical system, but can at local level, contribute to a smart grid.