Integration of Energy Storage Systems into Electric Vehicle Fast Charging Stations
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-01-22
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
54
Series
Abstract
The rapid growth of electric vehicles (EVs) has created an increased demand for larger and more flexible fast charging solutions. However, this type of charging with high peak power demand poses significant challenges for numerous locations, especially in areas with limited local distribution grid capacity. Energy storage systems (ESSs) have emerged as a potential solution to these challenges by offering flexibility in the timing and amount of energy delivered to the site. The aim of this thesis was to demonstrate the benefits that can be achieved by integrating ESS into the EV fast charging stations. The thesis also looked at the advantages and disadvantages of ESS. The thesis reviewed standards and concepts related to EV charging and ESS technologies and discussed the technical and economic aspects of their integration. In particular, the thesis looked into the type of technology used, the potential use cases, and the optimal locations for ESS. A comparative analysis of different ESS technologies was carried out, and it was found that battery energy storage systems (BESSs) have the best techno-economic characteristics for supporting EV fast charging. In addition, the thesis used Siemens PSS DE simulation software with real-world charging data to assess different types of charging locations. These simulations were used to investigate which types of locations could benefit most from the integration of ESS and which characteristics of them are the most important. The simulations revealed that, contrary to initial assumptions, ESS integration into EV charging stations does not critically depend on the energy capacity of the ESS. Instead, the output power of the system is the most important factor. This is due to the frequent periods of inactivity during which the ESS can be charged, even at the locations with the highest current utilization rate. Overall, the thesis showed that ESSs have great potential to benefit sites with limited grid capacity by providing users with higher peak power without the need for costly and slow upgrades to the local electrical grid connection.Sähköajoneuvojen määrän voimakas kasvu on lisännyt tarvetta pikalatausinfrastruktuurin kehittämiselle ja uusille joustaville latausratkaisuille. Sähköajoneuvojen pikalataus tuottaa korkeita huipputehoja, jotka aiheuttavat merkittäviä haasteita erityisesti alueilla, joissa paikallisen jakeluverkon kapasiteetti on rajallinen. Energiavarastot ovat nousseet mahdolliseksi ratkaisuksi vastaamaan näihin haasteisiin tarjoamalla joustavuutta sähkön syötön määrässä ja sen ajoituksessa. Tämä diplomityö tutki, mitä hyötyjä voidaan saavuttaa energiavarastojen integroimisella pikalatausasemiin. Työssä tarkastellaan sähköajoneuvoihin ja energiavarastoihin liittyviä käsitteitä ja standardeja sekä tutkittiin niiden yhteen integroimista teknisestä ja taloudellisesta näkökulmasta. Työssä keskityttiin erityisesti energiavarastojen tuomiin mahdollisuuksiin, hyötyihin, haittoihin sekä siihen, minkä tyyppiset sijainnit olisivat optimaalisia niiden asennuksille. Työssä tehtiin myös vertaileva analyysi erilaisista energian varastointiteknologioista. Analyysin perusteella akkupohjaiset energiavarastot todettiin soveltuvan parhaiten sähköajoneuvojen pikalatauksen tukemiseen niiden teknisten ja taloudellisten ominaisuuksien vuoksi. Diplomityössä käytettiin Siemens PSS®DE simulaatio-ohjelmistoa sekä kerättyä dataa ihmisten latauskäyttäytymisestä. Kerätyn datan ja simulaatioiden avulla selvitettiin, minkälaiset kohteet voivat hyötyä eniten energiavarastoista. Lisäksi simulaatioissa tutkittiin, mitkä ovat energiavarastojen tärkeimpiä ominaisuuksia. Tehtyjen simulaatioiden tulokset osoittivat järjestelmän purkutehon olevan tärkein tekijä pikalatausasemien integroimisen kannalta. Lisäksi simulaatioista huomattiin, että järjestelmän suuri ominaisenergiakapasiteetti ei osoittautunut tärkeäksi ominaisuudeksi edes kohteissa, joissa käyttöaste oli suuri. Tämä johtuu lataustapahtumien keskimääräisestä pituudesta sekä lataustapahtumien välisistä tauoista, joiden aikana energiavarastoa voidaan ladata. Kaiken kaikkiaan diplomityö osoitti, että energiavarastoista voi olla merkittävää hyötyä kohteissa, joissa on rajoitettu liittymisteho sähköverkkoon. Energiavarastoja hyödyntämällä kohteessa voidaan tarjota käyttäjille suuria huipputehoja sähköajoneuvojen lataamista varten ilman, että kohteen sähköliittymään tarvitsee tehdä kalliita ja usein hitaita uudistuksia.Description
Supervisor
Lehtonen, MattiThesis advisor
Häsä, SannaKeywords
electric vehicles, energy storage systems, fast charging stations, electric vehicle charging