Sähköautojen lataaminen ja sen vaikutus kaupunkialueen jakelumuuntajiin

Abstract

Sähkö nähdään yhtenä vaihtoehtona korvaamaan perinteisiä polttoaineita liikenteessä. Sen avulla voitaisiin vähentää henkilöautoliikenteen kasvihuonekaasupäästöjä sekä energiankulutusta. Tämän takia sähköautojen käyttöönottoa tuetaan nykyään ympäri maailmaa ja niitä tutkitaan paljon. Tämä työ tehtiin osana tutkimusprojektia, joka pyrkii kehittämään toimivia latausinfrastruktuuriratkaisuja sähköautoille. Useat tutkimukset ovat tuoneet esille lataamiseen liittyviä ongelmia, joita ovat muun muassa sen aiheuttama sähkönlaadun heikkeneminen ja verkostokomponenttien ylikuormittuminen. Tässä työssä tavoitteena oli tutkia sähköautojen latausta sähköverkon kannalta. Tavoitteena oli muodostaa simulointimalli, joka laskee uskottavasti sähköauton lataustarpeen ja -ajan erilaisissa tilanteissa, kuten ladattaessa eri paikoissa tai ohjattaessa latausta. Muodostettuja latauskäyriä käytettiin edelleen tutkittaessa jakelumuuntajien kuormittumista sähköautojen eri penetraatioilla eri tilanteissa. Lataamisen mallintamisessa hyödynnettiin Monte Carlo -simulointia. Pääasiallisena lähtöaineistona käytettiin vuosina 2010 - 2011 toteutettua Valtakunnallista henkilöliikennetutkimusta, jossa on tutkittu ihmisten liikkumiskäyttäytymistä. Jakelumuuntajien kuormittumista tutkittaessa hyödynnettiin todellisia muuntajatietoja pääkaupunkiseudulta. Saatujen tulosten perusteella lataamisen vaikutus jakelumuuntajiin riippuu oleellisesti muuntajan käyttäjäryhmien jakaumasta niin ohjaamattomana kuin ohjattuna. Lataamisen ohjaus saattaa kasvattaa muuntajan huipputehoa joillain alueilla verrattuna ohjaamattomaan lataukseen. Lisäksi ohjaus voi aiheuttaa selvän tehopiikin verkkoon, jos monta autoa alkaa ladata yhtäaikaisesti.

Electricity is considered as a possible solution to replace traditional fuels in transportation. It could reduce the emission of greenhouse gasses and improve the overall energy efficiency. Therefore, the introduction of electric cars is supported all over the world and they are studied extensively. This thesis was written as a part of a research project, which aims to develop practical solutions for electric vehicle charging infrastructure. Several studies have highlighted problems, such as decline in power quality and overloading of grid components, in electric grid due to the electric vehicle charging. In this thesis, the aim was to study electric vehicle charging and its network impacts as well. A simulation model capable to compute needed daily charging energy and time for an electric car was implemented. Simulations can be performed with different initial parameters when the charging is uncontrolled or controlled. As a result, daily charging power curves for electric cars were formed and used to study the loading of distribution transformers with different electric car penetrations. The implemented statistical simulation model is based on the Monte Carlo -method. It utilizes Finnish National Travel Survey 2010 - 2011 as a main input data. The distribution transformer data for the loading computation was real transformer data from Finnish Capital Region. According to the results of the thesis, the impact of charging on the transformers depends signi cantly on the customer classes using a transformer. The study included uncontrolled and controlled charging. The controlled charging may increase the peak power of a transformer compared to uncontrolled charging in some regions. In addition, the controlled charging may cause significant power peak in the grid if several cars start to charge simultaneously.