Mit Voranschreiten der Energiewende nimmt die Elektromobilität einen immer größer werdenden Stellenwert ein. Im Zuge dieser Arbeit wurde erörtert, inwiefern die Elektromobilität in ein Strom-Wärme-Verbundsystem integriert werden kann. Ziel war es, den stationären Batteriespeicher im Haushalt durch den mobilen Batteriespeicher des Elektrofahrzeuges zu ersetzen.
Ohne die Elektromobilität war eine Gesamtautarkie und Eigenverbrauchsquote des Strom-Wärme-Verbundsystems von je 90% möglich. Es wurde geprüft ob dies auch mit der Integration der Elektromobilität möglich ist. Im Verlauf dieser Arbeit wurde der temperaturabhängige Verbrauch eines Elektrofahrzeuges hergeleitet. Daraus resultierte ein zusätzlicher Jahresstromverbrauch pro Haushalt von 3762 kWh in 2014. Des Weiteren wurden verschiedene Ladelastgänge simuliert, um die verbrauchte Energie wieder aufzuladen.
Mithilfe eines Strom-Wärme-Analyse Tools wurde ein Strom-Wärme-Verbundsystem mit verschiedene Durchdringungsraten der Elektromobilität simuliert. 80% Gesamtautarkie und Eigenverbrauchsquote waren möglich. Bei einer verfügbaren Speicherkapazität von 10 kWh pro Fahrzeug genügt eine 20% Durchdringung, um weniger als 100 kWh Netzbezug pro Jahr zu realisieren. Ab 75% Durchdringung sinkt der Netzbezug auf unter 10 kWh. Später wurde erkannt, dass es sogar möglich ist, den stationären Batteriespeicher durch ein Elektrofahrzeug zu ersetzten und dabei eine Autarkie- und Eigenverbrauchsquote von je 85% zu erreichen. Bei einer Integration des Elektroautos wird die Batterie 8,4 Mal so stark belastet wie durch die normale Fahrleistung.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Aufgabenstellung
1.3 Vorgehensweise
2 Herleitung wichtiger Größen
2.1 Definitionen
2.2 Unterschied Verbrauch und Ladebedarf
2.3 Darstellung des Verbrauchs
2.3.1 ADAC Ecotest
2.3.2 Berücksichtigung der Temperatur
2.3.3 Verbrauch im Fahrbetrieb
2.3.4 Lade- und Entladeverluste
2.3.5 Gesamter Energiebedarf
3 Energiebedarf nach Fahrleistung
3.1 Fahrleistung laut Kraftfahrtbundesamt
3.2 Fahrleistung laut MiD2008
3.2.1 Energiebedarf nach Wegen
3.2.2 Verbrauch nach Kilometern
3.2.3 Verkehrsleistung vs. Verkehrsaufkommen
4 Ladelastgänge
4.1 Möglichkeit 1: Ladebedarf nach maximalem Verbrauchswert
4.2 Möglichkeit 2: Variable Ladedauer zeitversetzt
4.3 Jahresverlauf Energiebedarf
4.3.1 Jahresverlauf Lufttemperatur
4.3.2 Energiebedarf pro 100km
4.3.3 Energiebedarf pro 15min
4.3.4 Ladewert pro 15 min nach Möglichkeit 2
5 Einfluss von Elektromobilität bei der Strom-Wärme-Analyse
5.1 Strom-Wärme-Verbundsystem
5.2 Strom-Wärme-Analyse Tool
5.3 Eingliederung des Energiebedarfs
5.4 Ermittlung von Autarkiequoten und Batteriegröße
5.4.1 Berechnung Batteriekapazität
5.4.2 Autarkiequoten und Eigenverbrauchsquoten
5.5 Anforderungen an das Elektrofahrzeug
6 Zusammenfassung
6.1 Wesentliche Eigenleistung
6.2 Beantwortung der Forschungsfragen
7 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potenzial, Elektromobilität in ein Strom-Wärme-Verbundsystem zu integrieren, mit dem primären Ziel, den stationären Batteriespeicher eines Haushalts durch die mobile Batterie eines Elektrofahrzeugs zu ersetzen, ohne dabei die Gesamtautarkie und Eigenverbrauchsquote des Systems signifikant zu verschlechtern.
- Analyse des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen unter Berücksichtigung von Temperatur- und Ladeverlusten.
- Modellierung verschiedener Ladeszenarien für Elektrofahrzeuge zur Optimierung des Eigenverbrauchs.
- Einsatz von Analyse-Tools zur Simulation von Strom-Wärme-Verbundsystemen mit variablen Durchdringungsraten der Elektromobilität.
- Untersuchung der Autarkiepotenziale bei Ersetzung stationärer Speicher durch mobile Batteriespeicher.
- Ermittlung der Auswirkungen auf die Belastung der Fahrzeugbatterie durch bidirektionale Nutzung.
Auszug aus dem Buch
2.3.1 ADAC Ecotest
Um eine repräsentative Verbrauchsanalyse eines Durchschnittsfahrzeuges zu erhalten, wird angenommen, dass die Klassenverteilung von Elektrofahrzeugen analog zu der von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ist. Für die Simulationen wurden teilweise mehrere Fahrzeugklassen in einer zusammengeschlossen, sodass letzten Endes zwölf Unterklassen auf vier Klassen zusammengefasst wurden. Die Klassenverteilung sah am 01. Januar 2015 wie folgt aus: Kleinwagen (26,5%), Mittelklasse (42,7%), Oberklasse (7,2%) und Geländewagen/Vans (20,7%) [10].
Grund für die analoge Annahme bei Elektrofahrzeugen ist, dass es aufgrund der niedrigen Stückzahl bisher noch keine aussagekräftige Studie über ihre Klassenverteilung gibt. Da Elektroautos auch mittelfristig nur für Kurz- und Mittelstrecke im Stadtverkehr alltagstauglich sind, ist jedoch davon auszugehen, dass sich der Kauftrend weiter zu Kleinwagen bzw. Mittelklassewagen verschiebt.
Weiterhin wurden den verschiedenen Fahrzeugklassen Modelle von Elektrofahrzeugen zugewiesen, um eine Variation im Energieverbrauch zu simulieren. So wurde der BMWi3 als Kleinwagen, der Nissan Leaf in die Mittelklasse, der Tesla Model S in die Oberklasse und der Renault Kangoo Z.E. zu den Vans bzw. Nutzfahrzeugen eingeordnet.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Relevanz der Elektromobilität im Kontext der Energiewende ein und definiert die zentrale Forschungsfrage nach der Integration mobiler Batteriespeicher in Strom-Wärme-Verbundsysteme.
2 Herleitung wichtiger Größen: Hier werden grundlegende Kennzahlen wie Autarkiequote, Eigenverbrauchsquote und Energiebedarf definiert sowie Methoden zur vergleichenden Darstellung des Fahrzeugenergieverbrauchs unter Berücksichtigung realer Parameter erläutert.
3 Energiebedarf nach Fahrleistung: Dieses Kapitel verknüpft den fahrzeugspezifischen Energieverbrauch mit statistischen Daten zur Fahrleistung, um den täglichen und wöchentlichen Energiebedarf pro Fahrzeug zu bestimmen.
4 Ladelastgänge: Hier werden verschiedene Simulationsmodelle für das Ladeverhalten vorgestellt, um den Einfluss variabler Ladezeiten und unterschiedlicher Randbedingungen auf die Lastkurven zu untersuchen.
5 Einfluss von Elektromobilität bei der Strom-Wärme-Analyse: Dieser Teil befasst sich mit der konkreten Integration der Elektromobilität in das Verbundsystem mittels eines Analysetools und evaluiert die Auswirkungen auf Autarkiequoten und die Notwendigkeit stationärer Batteriespeicher.
6 Zusammenfassung: Die Zusammenfassung rekapituliert die methodische Herangehensweise und liefert eine strukturierte Beantwortung der in der Einleitung aufgeworfenen Forschungsfragen.
7 Fazit: Das Fazit bewertet die Ergebnisse der Untersuchung im Kontext der energiepolitischen Ziele und leitet Empfehlungen für die zukünftige Einbindung von Elektrofahrzeugen als flexible Speicher ab.
Schlüsselwörter
Elektromobilität, Strom-Wärme-Verbundsystem, Autarkiequote, Eigenverbrauchsquote, Batteriespeicher, Ladelastgang, Energiebedarf, Fahrleistung, Energiewende, Elektrofahrzeug, Fahrzeugflotte, Lastmanagement, Speichertechnologie, Durchdringungsrate, Netzintegration.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit im Wesentlichen?
Die Arbeit untersucht, ob die mobile Batterie von Elektrofahrzeugen als Ersatz für stationäre Batteriespeicher in einem Strom-Wärme-Verbundsystem fungieren kann, um die Autarkie des Systems zu erhalten.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Schwerpunkte liegen auf der Analyse des Energieverbrauchs von E-Autos unter Realbedingungen, der Modellierung von Ladekurven und der Untersuchung der Systemeffektivität in einem Verbundnetz.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Die Hauptfrage ist, inwieweit Elektromobilität in Strom-Wärme-Verbundsysteme integriert werden kann und welche Anforderungen dies an den regenerativen Strommix sowie die Ladeinfrastruktur stellt.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Es werden Literaturstudien mit empirischen Daten (z.B. MiD2008) kombiniert, in Microsoft Excel simulierte Ladekurven erstellt und die Systemintegration mittels MATLAB-Auswertungen grafisch analysiert.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Bestimmung des fahrzeugspezifischen Energiebedarfs (inkl. Verlusten), die Simulation von Ladelastgängen sowie die Analyse der Systemautarkie unter verschiedenen Durchdringungsszenarien.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Autarkiequote, Eigenverbrauchsquote, Ladelastgang, Vehicle-to-Grid (V2G) und Strom-Wärme-Verbundsystem.
Kann ein Elektroauto einen stationären Speicher im Haushalt vollständig ersetzen?
Ja, unter der Annahme, dass ca. 10 kWh Kapazität bidirektional nutzbar sind, ist dies ab einer Fahrzeugdurchdringung von etwa 20% möglich, um moderate Netzbezugsziele zu erreichen.
Welche Auswirkungen hat die Integration auf die Lebensdauer der Fahrzeugbatterie?
Die Batterie wird durch die Integration in das Verbundsystem deutlich stärker beansprucht, was im Vergleich zur reinen Fahrnutzung zu einer etwa 8,4-fach höheren Zyklenbelastung führt.
- Quote paper
- Daniel Hartig (Author), 2016, Der Einfluss der Elektromobilität auf die Autarkiepotentiale von Strom-Wärme-Verbundsystemen anhand verschiedener Ladeszenarien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/418386
