Pienjänniteverkkoinfrastruktuurin kapasiteetin riittäminen sähköautoilun lisääntyessä

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tavoitteena on selvittää pienjänniteverkkoinfran kestävyys Suomessa, kun sähköautoilu lisääntyy sekä onko verkon tehonsiirtokapasiteettia kasvatettava tämän vuoksi. Sähköautojen määrän kasvusta syntyvä lataamistehon kasvu voi aiheuttaa ongelmia verkossa, joita ovat muun muassa jännitteen laadulliset ongelmat sekä verkkokomponenttien tehonsiirtokapasiteettien ylittyminen.

Sähköautojen lataamistehon verkkovaikutuksia tutkittiin kirjallisuuskatsauksella verkkosimulaatioihin. Verkkosimulaatiot olivat tutkimusryhmien suorittamia simulaatioita todellisille pienjännite- ja keskijännitejakeluverkoille eri sähköautojen levinneisyysasteilla. Verkkosimulaatioiden tarkastelu valittiin menetelmäksi, koska omien verkkosimulaatioiden suorittaminen on erittäin työläs prosessi sekä herkkä laskentaparametrien muutoksille.

Simulaatiotulokset osoittavat, että jo pienillä sähköautojen levinneisyysasteilla kontrolloimattomalla lataamisella verkossa esiintyy ongelmia kuten komponenttien ylikuormittumista sekä liiallista jännitteenalenemaa. Tämä tarkoittaa sitä, että verkkoa olisi vahvistettava. Verkon vahvistamistoimilta voitaisiin välttyä tai toimia voisi lieventää, jos sähköautojen omistajien lataamiskäyttäytymistä kyettäisiin muuttamaan. Monissa verkkosimulaatioissa tutkimusryhmä ehdotti ja simuloi keskitetyn älykkään lataamisen vaikutuksia verkoissa. Keskitetyn älykkään lataamisen huomattiin parantavan verkon käytettävyyttä merkittävästi.

Simulaatiotulosten perusteella voidaan sanoa, että sähköautojen määrän kasvulla tulee olemaan saneerausvaikutuksia verkossa, jos lataamista ei kyetä hallitsemaan älykkäästi. Kirjallisuuskatsauksen perusteella tällaista keskitettyä älykästä lataamista ei ole vielä sovellettu todellisissa verkoissa. Verkkoyhtiöiden tulisi simuloida verkkojaan sähköautojen lataamistehon kasvun vaikutuksien näkemiseksi, sillä simulaatiotuloksia on hankala yleistää verkkojen eroavaisuuksien vuoksi.

The objective of this bachelor’s thesis is to investigate the adequacy of low voltage infrastructure in Finland as EV-popularity increases and if upgrades to power transmission capacity are needed because of that. With the EV popularity increasing, also the power demand increases which can have such negative impacts on the grid as voltage quality problems and components’ power transmission capacity limits being exceeded.

The grid effects of EV charging were examined using a literature review into grid simulations. The grid simulations were carried out by research groups on real low and medium voltage distribution networks with varying levels of EV penetration. A literature review was chosen to be the method because carrying out own simulations is a tedious task which is very sensitive to changes in the calculation parameters.

The simulation results indicate that with low EV penetration levels uncontrolled charging proved to be problematic for the grid as components became overloaded and voltage drop exceeded acceptable limits. This indicates a need for network infrastructure reinforcement. The infrastructure reinforcement could be avoided or lessened if charging behavior of EV owner could be altered. In many simulations the research group proposed and simulated the effects of a centralized smart charging. Centralized smart charging was found to significantly improve network usability.

Based on the simulation results it can be said that the increase in the number of EVs will have network reinforcement effects if charging cannot be controlled in a smart way. Based on a literature review such centralized smart charging has not yet been applied in real networks. Distribution service operators should carry out simulations on their networks to see the effects of different EV penetration levels as it is hard to generalize and apply these simulation results due to network differences.