A Method for Planning a Fast Charging Station
Master thesis

View/ Open
Date
2019Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for elkraftteknikk [2591]
Abstract
Denne masteroppgaven foreslår en ny planleggingsmetodikk for hurtigladestasjoner. Nytenking når man skal planlegge nye, store laster i nettet vil være nødvendig for at framtidensdistribusjonsnett skal være samfunnsøkonmisk lønnsomt. Samarbeid mellom nettselskapog den som skal eie ladestasjonen vil være avgjørende for å utnytte strømnettet på enbest mulig måte. Det er et behov for nye lastporfiler, spesielt for en hurtigladestasjon, dadet ble funnet at topplasten for en hurtigladestasjon inntreffer om sommeren, i motsetningtil om vinteren som er standard i dagens lastprofiler. I tillegg ble det funnet nødvendig åha en finere oppløsning på lastvariasjonene i nettsimuleringsprogram enn det som finnesi dag. Basert på data fra trafikktelling er det stor forksjell på trafikken en mandag ettermiddagog en fredag ettermiddag. Det samme gjelder for helgen, da det er mye mertrafikk på veien søndag kveld enn lørdag kveld. Man kan ikke alltid velge lokasjon basertpå tilgjengelig kapasitet i nettet, da lokasjonen må være et logisk sted å stoppe, samt hanoen grunnleggende fasiliteter og nok plass til å etablere ladestasjonen. Det bør fastsettesen standard for kravene til leveringspålitelighet, noe som vil fjerne denne vurderingen fraplanlegginsprosessen samt gjøre ladestasjonen mer forutsigbar for sluttbrukerne. Det ble idenne oppgaven sett på ulike alternativer i tillegg til tradisjonell reinvestering i nettet for ådekke det økte kapasitetsbehoved fra en hurtigladestasjon. En løsning med batteri i nettetuten andre oppgraderinger vil være lønnsom så lenge totalprisen for batterisystemet er lavnok. Det kan også være en bra midlertidig løsning dersom det er forventet en lastøkningi de kommende årene. En løsning som kombinerer oppgradering av nettet med et mindrebatteri vil ikke være like lønnsomt, da prisforskjellen mellom ulike ledningstverrsnitt ikkeer så stor i forhold til installasjonskostnaden. Begge løsningene med batterier i nettet vilkreve mye fra batteriet, noe som blir veldig kostbart siden det vil være mange ladesykluseri løpet av et år for dette bruksområdet. Batteriet må ha stor nok lagringskapasitet tilå dekke forbruket i de timene det skal brukes, samt stor nok effektkapasitet til å ladesopp igjen i de timene det er mulig. Det andre alternativet til tradisjonell reinvestering ersmart effektstyring der det eksisterende nettet blir maksimalt utnyttet. Denne løsningenvil redusere effekten til ladestasjonen i de travleste timene i året, ifølge simuleringer gjorti denne oppgaven. Det kan være unntak for visse lokasjoner i nettet, noe som gjør dettealternativet verdt å undersøke, siden det vil være det mest samfunnsøkonomisk lønnsommealternativet så lenge den leverte effekten er akseptabel. Det har blitt utført tekniske ogøkonomiske analyser for ulike alternativer og lokasjoner i denne oppgaven, der alternativetmed tradisjonell reinvestering var det beste alterativet for alle lokasjonene, så lengetotalprisen for batterisystemet er høyere enn 1030 kr/kW. This master thesis presents a suggestion for a planning method for fast charging stations.A new way of thinking when planning new, large connections in the grid will be necessaryfor the future distribution grid to be socioeconomic beneficial. Cooperation between theowner of the charging station and the distribution system operator will be crucial to obtaina better utilization of the existing power grid. The need for establishing new load profiles,especially one for fast charging stations was found to be important, as the peak load of a fastcharging station occurs during the summer while the existing load profiles are calculatedwith a peak load in the winter. Besides, a large load such as a fast charging station willrequire a finer resolution in the load variation in the grid simulation software than it istoday. Based on traffic counting, one can see that there is a significant difference betweenthe traffic on a Monday evening compared to a Friday evening. The same applies for theweekends, when there is a lot more traffic on the road on Sunday evenings than Saturdayevenings. One cannot always select a location based on the available capacity in the grid,since the location does also need to be a logical place to stop, have some necessary facilitiesand enough space to establish a charging station.There is a need for a standard for the requirements of the security of supply, removingthat question from the planning process and making the charging stations more predictablefor the end-users. This thesis has looked at different alternatives in addition to traditionalreinforcements of the grid to cover the increased power demand from a fast charging station.A solution with a battery without any grid upgrades can be beneficial if the total priceof the battery system is low enough, it can also be a good temporal solution if the powerdemand is expected to increase further in the following years. A solution that combinesreinforcements of the grid and a smaller battery will probably not be that beneficial, as theprice difference between upgrading two different cross-sections is not very large comparedto the installation cost. Both the solutions with a battery in the grid will require a lotfrom the battery, which will be very costly with many charging cycles during the yearfor this application. The batteries need to have enough storage capacity to cover thedemand in all the hours it shall be used, and it requires large enough power capacity torecharge in the possible hours. The second alternative to traditional reinforcement is smartpower management which utilizes the existing grid to the maximum. Such a solution willreduce the power to the charging station in the busiest hours of the year, according to thesimulation done in this thesis. There may be exceptions somewhere in the grid, making thatalternative worth to consider, as it will be the most economically beneficial alternative if thesupplied power can be tolerable. Technical and economic analysis for different alternativesand locations have been performed in this thesis, where the alternative with traditionalreinforcement was the best alternative for all locations, given that the total price of abattery system is higher than 1030 kr/kW.