Integrate charging stations for electric vehicles on basis of specific scenarios

Abstract

Electric mobility (e-mobility) and renewable energy, gets more and more an important factor for the future. As it stands, the federal government claim greenhouse gas neutrality not later than 2045. In reverse conclusion this means that in the transport sector the CO2 emission has to be decreased significantly, because of its being one of the biggest sectors of producing greenhouse gas by 18 % in Germany. As a result the government expects 15 million electric vehicles (EV) on the streets till the end of 2030. The first projects done by Netze-BW investigated the efficiency of the actual grid by integrating several EV in different scenarios. They therefore applied various techniques, like intelligent charging management, central battery storage, and decentralized battery storage, which was directly integrated in the building. Furthermore, with the continuous development of electric cars, the infrastructure must also be examined in terms of charging stations. Many existing buildings or public charging stations were installed years ago based on the trend at the time. Since the market is booming in terms of EVs, a new concept must be considered here as well. The consideration here is now: I am constructing or planning a new building, for example a residential community of 30 apartments. How many charging points have to be installed here? How many charging points can the network handle without being overloaded? The goal should be to find the perfect number of charging points for an infrastructure to be developed. Several parameters have to be considered, such as the penetration of the grid, as well as the utilization by the users. As described above, there are currently already buildings that have installed charging points, but these are now insufficient as terms and development of EV progresses. It is now very difficult to charge one's electric car at work, for example, as there are simply no longer enough places to charge. The evaluation can be done, based on the data from the E-Mobility Carree. Here, 58 charging points for 45 electric cars were installed. From this, one can evaluate data such as: how many charging points were used at the same time during peak hours, for example in the evening hours? What was the penetration of the power grid here? On the basis of this, a model can be developed and evaluated that looks at this scenario in detail and can give an outlook as to what the necessary requirements for charging stations in new buildings or the expansion in existing buildings are. Database: - Inspection of group of people in the projects - Efficiency of the grid - Timestamps of loading processes - Loaded energy per month - Average count of loading processes Regarding the point of existing infrastructures, it might be necessary to investigate how they can be upgraded. Here, a comparison can be made with new structures, and an expansion can be planned accordingly. In addition to the current state of EV, more technologies have been developed, such as vehicle to grid (V2G). The V2G technology could help to further relieve the grid. The idea now is that the EV are available as additional external battery storage. On the aspect that we have different types of people (e.g. employees, pensioner), and in conclusion we have different charging scenarios, we could at any time charge the EV even if the State Of Charge (SOC) isn't that low. Charge the EV when the line voltage is low, and release the energy in peaks of the grid like in the evening hours by using the V2G technology. The efficiency of the grid builds on the V2G technology. If the current flow in the grid isn't used, we could store it temporarily in the EV and give it back if it's needed. The whole topic is worth mentioning, because regarding V2G technology, the EV must be connected to a charging station. This could influence the number of charging points to be deployed at a specific location.

Elektromobilität und erneuerbare Energien werden immer mehr zu einem wichtigen Faktor für die Zukunft. Die Bundesregierung fordert die Treibhausgasneutralität bis spätestens 2045. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass im Verkehrssektor der CO2-Ausstoß deutlich gesenkt werden muss, da er mit 18 Prozent einer der größten Treibhausgasproduzenten in Deutschland ist. Daher plant die Bundesregierung mit 15 Millionen Elektrofahrzeugen auf den Straßen bis Ende 2030. Erste Projekte welche von Netze-BW durchgeführt wurden, untersuchten die Effizienz des aktuellen Stromnetzes durch die Integration mehrerer Elektrofahrzeuge in verschiedenen Szenarien. Dabei kamen verschiedene Techniken zum Einsatz, wie intelligentes Lademanagement, zentrale Batteriespeicher und ein dezentraler Batteriespeicher welcher direkt im Wohnhaus der installierten Ladesäule integriert wurde. Darüber hinaus muss mit der kontinuierlichen Entwicklung von Elektroautos auch die Infrastruktur in Bezug auf Ladestationen untersucht werden. Viele bestehende Gebäude oder öffentliche Ladestationen wurden vor Jahren aufgrund des damaligen Trends installiert. Da der Markt für Elektroautos boomt, muss auch hier ein neues Konzept in Betracht gezogen werden. Die Überlegung dabei ist jetzt: Ich baue oder plane ein neues Gebäude, z.B. eine Wohnanlage mit 30 Wohnungen. Wie viele Ladepunkte müssen hier installiert werden? Wie viele Ladepunkte kann das Netz verkraften, ohne überlastet zu werden? Das Ziel sollte es sein, die perfekte Anzahl von Ladepunkten für eine zu entwickelnde Infrastruktur zu finden. Dabei sind mehrere Dinge zu berücksichtigen, wie z.B. die Durchdringung des Netzes, sowie die Nutzung durch die Nutzer. Wie oben beschrieben, gibt es derzeit bereits Gebäude, in denen Ladepunkte installiert sind, doch diese reichen mit fortschreitender Zeit und Entwicklung des Elektroautos nicht mehr aus. Es ist inzwischen sehr schwierig, sein Elektroauto beispielsweise am Arbeitsplatz aufzuladen, da es einfach nicht mehr genügend Ladepunkte gibt. Die Bewertung kann anhand der Daten der Projekte wie dem E-Mobility Carree vorgenommen werden. Hier wurden 58 Ladepunkte für 45 Elektroautos installiert. Daraus lassen sich Daten auswerten wie: Wie viele Ladepunkte wurden in Spitzenzeiten, wie zum Beispiel in den Abendstunden, gleichzeitig genutzt? Wie hoch war hier die Durchdringung des Stromnetzes? Darauf aufbauend kann ein Modell entwickelt und ausgewertet werden, das dieses Szenario detailliert betrachtet und einen Ausblick geben kann, wie hoch der notwendige Bedarf an Ladestationen in Neubauten oder der Ausbau in bestehenden Gebäuden ist. Datenbank: • Überprüfung des Personenkreises in den Projekten • Wirkungsgrad des Netzes • Zeitstempel der Ladevorgänge • Geladene Energie pro Monat • Durchschnittliche Anzahl von Ladevorgängen Im Hinblick auf die bestehenden Infrastrukturen sollte untersucht werden, wie diese aufgerüstet werden können. Hier kann ein Vergleich mit neuen Strukturen angestellt werden und ein Ausbau entsprechend geplant werden. Neben dem aktuellen Stand der Elektroautos wurden weitere Technologien wie V2G entwickelt. Die V2G-Technologie könnte dazu beitragen, die Entlastung des Stromnetzes weiter voranzutreiben. Die Idee könnte hierbei sein, dass die Elektroautos als zusätzliche externe Batteriespeicher zur Verfügung stehen. Unter dem Aspekt, dass wir unterschiedliche Personengruppen haben (z.B. Angestellte, Rentner) und somit unterschiedliche Ladeszenarien, könnten wir das Elektroauto jederzeit laden, auch wenn der SOC nicht so niedrig ist. Das Elektroauto soll demnach geladen werden wenn die Netzspannung niedrig ist und in Spitzenzeiten der Aulastung wieder Energie freigeben. Dies geschieht unter Betrachtung der V2G Technologie, mit welcher die Netzauslastung geglättet werden kann. Wenn der Stromfluss im Netz nicht genutzt wird, können wir ihn im Elektroauto zwischenlagern und bei Bedarf wieder abgeben. Das ganze Thema ist erwähnenswert, denn bei der V2G-Technologie muss das Elektroauto an eine Ladestation angeschlossen werden. Das würde auch das Modell dementsprechend beeinflussen in der Kalkulation der benötigten Ladesäulen.