Akkuenergiavarasto osana sähköautonlatausjärjestelmää: Kolmen eri henkilöautolatausaseman tehorajauslaskenta ja tarkastelu

Abstract

Liikenteen sähköistyminen vaatii latausinfrastruktuurin kehittämistä. Tarvitaan nopeampia ja tehokkaampia latauskeinoja, jotta lataaminen ja sähkökäyttöisten autojen käyttäminen olisi kannattavaa. Tämä aiheuttaa sähköverkolle haasteita varsinkin tulevaisuudessa korkeatehoisen lataamisen yleistyessä. Samanaikainen lataaminen aiheuttaa suuria piikkitehoja sähköverkossa varsinkin kuluttajan sähköliittymän takana, jolloin sähköverkon kulutuksen ja tuotannon tasapainon ylläpitäminen on haastavaa. Työssä tarkastellaan akkuenergiavaraston (engl. Battery Energy Storage System, BESS) yhdistämistä sähköautonlatausjärjestelmään. Työssä käsitellään julkisia suuren teholuokan tasavirtapikalatausasemia (engl. Direct Current Fast Charging, DCFC). Suurten piikkitehojen aiheuttamaan ongelmaan eli sähköverkon tasapainon ylläpitämiseen ratkaisuna pohditaan BESSiä, jonka avulla voidaan suorittaa tehorajaus. Se tarkoittaa käytännössä sitä, että latausasemalla tietyn tehorajan ylittyessä sähköautoja ladataan BESSistä saatavalla energialla eikä suoraan sähköverkosta. BESSiä ladataan silloin, kun kulutus on matalalla. Työhön liittyvät tutkimuskysymykset ovat seuraavat: mitä hyötyjä ja lisäarvoa BESS tuo autonlatausjärjestelmään verrattuna tilanteeseen, jossa sitä ei olisi, ja mitä vaikutuksia BESSin liittämisellä autonlatausjärjestelmään on lataajan, latausaseman omistajan ja sähköverkon näkökulmasta. Työn tavoitteena on selvittää tarvittavat määreet kolmelle eri skenaariolle, joissa BESS on mukana. Ensimmäisessä skenaariossa tutkitaan ruuhkaisen latausaseman tehorajausta lataajan hyödyn näkökulmasta. Tavoitteena on määrittää BESSin koko, tehoraja sekä maksimoida latauspaikkojen lukumäärä. Toisessa skenaariossa tutkitaan ensimmäisen skenaarion latausasemaan verrattuna hieman vähemmän ruuhkaista kohdetta latausaseman omistajan hyödyn näkökulmasta. Tavoitteena on määrittää BESSin koko ja tehoraja. Kolmannessa skenaariossa tutkitaan vähiten ruuhkaista latausasemaa sähköverkon hyödyn kannalta. Tavoitteena on selvittää pienin mahdollinen liittymätehon suuruus sekä BESSin koko ja tehoraja. Työn kaikissa skenaarioissa latausteho on 150 kW ja ensimmäisessä skenaariossa liittymätehon suuruus on 1 MW, kun taas kahdessa jälkimmäisessä se on 500 kW. Tulokset muodostettiin Excel-laskentana latausasemien käyttöprofiilien avulla. Tulokseksi ensimmäiselle skenaariolle saatiin latauspaikkojen lukumääräksi 10, BESSin kapasiteetiksi 700 kWh ja tehorajaksi 1 000 kW. Toiselle skenaariolle tulokseksi saatiin BESSin kapasiteetiksi 500 kWh ja tehorajaksi 400 kW. Kolmannelle skenaariolle tulokseksi saatiin BESSin kapasiteetiksi 1 000 kWh ja tehorajaksi 350 kW. Johtopäätökseksi saatiin, että BESSin liittäminen sähköautonlatausjärjestelmään on kannattavaa, koska hyödyt lataajalle, latausaseman omistajalle ja sähköverkolle ovat mittavat verrattuna tilanteeseen, jossa sitä ei olisi. Työssä käsiteltiin mahdollisia muutoksia latausasemalla tulevaisuudessa, sillä aurinkovoiman suosion kasvaessa aurinkopaneelit voisi liittää latausjärjestelmään helposti BESSin avulla. BESSiin varastoitu energia voitaisiin silloin saada suoraan auringosta eikä sitä tarvitsisi ladata sähköverkosta.