Integratie van het laden van elektrische voertuigen in gebouwen: Lokalelaadcoördinatie en DC-netwerken

Name: Juan Van Roy

Prof. dr. ir. Johan Driesen

Het laden van elektrische voertuigen (EVs) in gebouwen heeft een nietverwaarloosbare impact op het elektriciteitsnet in het gebouw en het laagspanningsnet. Het wordt algemeen aangenomen dat de laadcoördinatie van EVs deze netimpact kan verlagen, hetgeen toelaat om meer elektrische voertuigen op te laden in hetzelfde net. De literatuur focust voornamelijk op (grootschalige) optimalisatietechnieken voor de coördinatie van het laden van EVs voor een bepaald objectief (technisch en/of economisch). Echter, om voordelen te kunnen bieden, is er een grote vloot van EVs noodzakelijk. Niettemin, verwacht wordt dat in de nabije toekomst reeds een lokale clustering van EVs in gebouwen of laagspanningsnetten kan optreden. Daarom zijn lokale laadoplossingen nodig. Dit proefschrift focust daarom op de volgende lokale laadoplossingen voor EVs: (a) lokale laadstrategieën (rule-based controle) voor EVs in grote gebouwen (waar meerdere EVs opladen). Deze vereisen een minimale kennis van andere lastprofielen, het mobiliteitsgedrag, en lokale of interne kennis van de EV. Er is een minimale tot geen communicatie in en buiten het gebouw, en (b) het gebruik van DC-netten voor het connecteren en laden van EVs in gebouwen.

Het doel van dit proefschrift is om na te gaan in hoeverre deze oplossingen de netimpact van EVs reeds kunnen minimaliseren, zodat een hogere penetratiegraad van EVs en andere systemen, zoals warmtepompen en PVsystemen, mogelijk wordt.

De volgende lokale laadstrategieën voor EVs worden besproken: (a) EV based peak shaving reduceert het laadvermogen, opdat de maximaal mogelijke laadtijd benut wordt (verschuiven en reduceren van de belasting), (b) delayed charging stelt het laden zolang mogelijk uit, (c) zelfconsumptie van hernieuwbare energie, oftewel het matchen van de lokale elektriciteitsvraag en -productie, (d) een voltage droop mechanisme past het laadvermogen aan in functie van de netspanning, en (e) een peak shaving mechanisme op gebouwniveau past het laadvermogen aan in functie van de totale gebouwbelasting.

Alle lokale laadstrategieën voor EVs slagen in hun objectieven, namelijk het reduceren van de vraag- en/of injectiepiekvermogens, het verhogen van de lokale zelfconsumptie, en/of het reduceren van spanningsafwijkingen. De resultaten tonen aan dat deze lokale laadstrategieën, die geen optimalisaties en communicatie buiten het gebouw vereisen, de netimpact verlagen. Dit laat toe om meer EVs op te laden in het gebouw, waardoor mogelijk vereiste versterkingen van de netinfrastructuur uitgesteld of vermeden kunnen worden.

Het gebruik van DC-netten reduceert eveneens de netimpact van het laden van EVs in gebouwen. De resultaten tonen met name aan dat de spanningsonbalans en spanningsafwijkingen in het AC-net gereduceerd worden. Voor de lokale laadstrategieën die anticiperen op de zelfconsumptie van lokale hernieuwbare elektriciteitsproductie, reduceert het gebruik van DC-netten de elektriciteitsuitwisselingen met het laagspanningsnet.

Om de impact van het laden van EVs te onderzoeken, zijn twee simulatietools ontwikkeld: (a) de simulatietool voor het mobiliteitsgedrag creëert realistische rijprofielen voor individuele voertuigen in de vloot. Deze tool is gebaseerd op beschikbare statistische data voor het mobiliteitsgedrag in Vlaanderen, en (b) de Modelica bibliotheek voor elektrische modellering kan gebruikt worden voor de integratie van verschillende multi-disciplinaire energiesystemen in gebouwen en wijken.

https://lirias.kuleuven.be/handle/123456789/485712

•   Prof. dr. ir. Johan Driesen (promotor)
•   Prof. dr. ir. Hugo Hens (voorzitter/chairman)
•   Prof. dr. ir. Dirk Saelens (secretaris/secretary)
•   Prof. dr. ir. Geert Deconinck
•   Prof. dr. ir. Lieve Helsen
•   De heer Gerrit Jan Schaeffer
•   Dr. Andrew Keane , University College Dublin