Sähköautojen latauskuormituksen muodostuminen sekä sähköliittymän elinkaarikustannukset kaupallisessa kiinteistössä
Kuusniemi, Ville (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022082656375
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022082656375
Tiivistelmä
Maailmanlaajuiset päästövähennystavoitteet sekä niiden myötä kehittynyt regulaatio ja erilaiset kannustimet ovat lisänneet sähköautojen suosiota. Erityisesti viimeisimpien muutaman vuoden aikana sähköautojen määrä on lisääntynyt hurjaa vauhtia ja kehitys näyttää jatkuvan samansuuntaisena. Tämä on avannut liiketoimintamahdollisuuksia sähköautojen latauksen tarjoamisessa aivan uudessa mittakaavassa. Yritykset voivat houkutella asiakkaita tarjoamalla latausmahdollisuutta. Toisaalta latausenergian myynnillä on mahdollista tehdä kannattavaa liiketoimintaa, erityisesti pikalatausasemilla. Tämä kuitenkin luo vaatimukset sähköliittymien ja kiinteistöverkkojen uudenlaisille mitoitusperiaatteille.
Diplomityössä selvitetään mitkä tekijät vaikuttavat kiinteistön taustakuormien ja sähköautojen latauskentän kuormituksen muodostumiseen. Latauskentän kuormituksen muodostumista kaupallisessa kiinteistössä mallinnetaan tilastomatemaattisen työkalun avulla. Latauskuormituksen simulointien perusteella latauskentän huipputehot jäävät 99 % luottamustasolla mallinnettuna yli kaksi kertaa pienemmiksi verrattuna latauslaitteiden nimellishuipputehoon. Epäsäännöllisen latauksen kohteissa latauskentän huipputehon mitoittaminen tulisi siis tehdä todennäköisyys pohjaisesti. Esimerkiksi 95 % luottamustasolla tehty latauskentän huipputehon mitoitus yhdessä järkevästi toteutetun kuormanhallinnan kanssa voi tarjota huomattavaa potentiaalia latauskentän huipputehon pienentämisessä kuitenkaan vaikuttamatta asiakaskokemukseen.
Lisäksi työssä tutkitaan erilaisten sähköliittymävaihtoehtojen elinkaarikustannuksia sekä niiden kehittymistä erilaisissa skenaarioissa case-esimerkkien avulla. Elinkaarikustannusvertailun perusteella ei ole annettavissa yleispätevää vastausta, minkälaisilla parametreilla tietynlainen sähköliittymävalinta olisi taloudellisesti perusteltua. Keskijänniteliittymän hankinta voi olla kuitenkin teknistaloudellisesti varteenotettava vaihtoehto, erityisesti suuremmilla kuormitustasoilla ja pidemmällä aikavälillä tarkasteltaessa. Global emission reduction targets have developed regulation and incentives which has increased the popularity of EVs. Especially the last few years the number of EVs has increased rapidly and the development seems to continue in the same direction. This has opened new business opportunities in providing EV charging on a whole new scale. Companies can attract customers to their stores by providing EV charging. On the other hand, it is possible to do profitable business with sale of charging energy, especially at fast charging stations. However, this creates requirements for new dimensioning principles in electrical connections and real estate electricity networks.
In this thesis, factors that affect the formation of background loads of the commercial property and EV charging station loads are defined. The formation of EV charging station loads in a commercial property is modeled using a statistical-mathematical tool. Based on the results of modeling, with 99 % confidence level power peaks of EV charging stations are over two times smaller compared to the nominal peak power of the chargers. Therefore, in cases of irregular charging, the peak power of the EV charging station should be dimensioned based on probability. For example, sizing the peak power of the EV charging station at a 95 % confidence level, together with a sensibly implemented load management, can offer considerable potential in reducing the peak power of the EV charging station without affecting the customer experience.
In addition, thesis studies the life cycle costs of different electricity connection options and their development in various scenarios through case examples. Based on the life cycle cost comparison, it is not possible to give universally valid answer to when a certain type of electricity connection choice can be financially justified. However, a medium-voltage connection can be economically viable option, especially at higher load levels and when viewed over a longer period.
Diplomityössä selvitetään mitkä tekijät vaikuttavat kiinteistön taustakuormien ja sähköautojen latauskentän kuormituksen muodostumiseen. Latauskentän kuormituksen muodostumista kaupallisessa kiinteistössä mallinnetaan tilastomatemaattisen työkalun avulla. Latauskuormituksen simulointien perusteella latauskentän huipputehot jäävät 99 % luottamustasolla mallinnettuna yli kaksi kertaa pienemmiksi verrattuna latauslaitteiden nimellishuipputehoon. Epäsäännöllisen latauksen kohteissa latauskentän huipputehon mitoittaminen tulisi siis tehdä todennäköisyys pohjaisesti. Esimerkiksi 95 % luottamustasolla tehty latauskentän huipputehon mitoitus yhdessä järkevästi toteutetun kuormanhallinnan kanssa voi tarjota huomattavaa potentiaalia latauskentän huipputehon pienentämisessä kuitenkaan vaikuttamatta asiakaskokemukseen.
Lisäksi työssä tutkitaan erilaisten sähköliittymävaihtoehtojen elinkaarikustannuksia sekä niiden kehittymistä erilaisissa skenaarioissa case-esimerkkien avulla. Elinkaarikustannusvertailun perusteella ei ole annettavissa yleispätevää vastausta, minkälaisilla parametreilla tietynlainen sähköliittymävalinta olisi taloudellisesti perusteltua. Keskijänniteliittymän hankinta voi olla kuitenkin teknistaloudellisesti varteenotettava vaihtoehto, erityisesti suuremmilla kuormitustasoilla ja pidemmällä aikavälillä tarkasteltaessa.
In this thesis, factors that affect the formation of background loads of the commercial property and EV charging station loads are defined. The formation of EV charging station loads in a commercial property is modeled using a statistical-mathematical tool. Based on the results of modeling, with 99 % confidence level power peaks of EV charging stations are over two times smaller compared to the nominal peak power of the chargers. Therefore, in cases of irregular charging, the peak power of the EV charging station should be dimensioned based on probability. For example, sizing the peak power of the EV charging station at a 95 % confidence level, together with a sensibly implemented load management, can offer considerable potential in reducing the peak power of the EV charging station without affecting the customer experience.
In addition, thesis studies the life cycle costs of different electricity connection options and their development in various scenarios through case examples. Based on the life cycle cost comparison, it is not possible to give universally valid answer to when a certain type of electricity connection choice can be financially justified. However, a medium-voltage connection can be economically viable option, especially at higher load levels and when viewed over a longer period.