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Bewertung von Ladeszenarien batterieelektrischer Nutzfahrzeuge nach ihrer Netzdienlichkeit für Anwendungsfälle bis 200 km Reichweite

Evaluation of charging scenarios of battery-electric commercial vehicles according to their grid efficiency for use cases up to 200 km range

  • Der Klimawandel macht sich global durch extreme Wetterbedingungen, Dürren, dem Artenschwund oder auch durch Überschwemmungen bemerkbar. Grund für die Zunahme dieser Phänomene ist der Anstieg der mittleren globalen Temperatur bedingt durch die Zunahme an erzeugten Treibhausgasen. Um dem Klimawandel entgegenzuwirken und einen weiteren globalen Anstieg der mittleren Temperatur zu verhindern wurden sektorenübergreifende nationale und internationale klimapolitische Ziele von den Vereinten Nationen und der Bundesrepublik Deutschland definiert. Diese wirken sich ebenfalls auf die einzelnen Sektoren Energie und Verkehr aus. Für die Dekarbonisierung dieser Sektoren eignet sich die Elektrifizierung des Verkehrs besonders gut, da der Verkehrssektor für einen Großteil der jährlich erzeugten Treibhausgase verantwortlich ist. Dabei ist die Dekarbonisierung des Nutzfahrzeugverkehrs wegen des erhöhten Verkehrsaufkommens im Gegensatz zum Personenfahrzeugverkehr gesondert zu betrachten. Zudem sind die Sektoren Energie und Verkehr als zukünftig verflochtene Sektoren zu sehen. Dies bedeutet, dass elektrifizierte Fahrzeuge in das Energienetz integriert werden. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Nutzfahrzeugbereichs hinsichtlich des Potenzials zur Elektrifizierung als auch zur möglichen Integration in das Energienetz. Dabei lag der Fokus auf Anwendungsfälle mit einer Reichweite bis 200 km und für die Untersuchungen wurde der Anwendungsfall der letzten Meile gewählt. Zur Beantwortung der Forschungsfrage wurde zunächst ein Verbrauchsmodell eines batterieelektrischen Lieferfahrzeugs in Excel erzeugt. Durch die Ergebnisse der Simulation für drei konkrete Szenarien, welche auf Auslieferungsfahrten im urbanen, suburbanen und ländlichen Raum basieren, konnten Standzeiten sowie verfügbare Flexibilitäten für netzdienliche Use Cases ermittelt werden. Spezifisch wurden zwei Ladeszenarien, welche für Lieferdienste am wahrscheinlichsten sind, betrachtet. Zum einen das Laden im Depot und zum anderen das Laden an öffentlichen Ladepunkten. Durch diese Paramater entstanden 18 Kombinationen, welche in einer Bewertungsmatrix zusammengefasst und anschließend auf ihre Eignung für netzdienliche Use Cases untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nutzung der Flexibilitäten für den eigenen Bedarf der Lieferdienste als auch für die Bereitstellung netzdienlicher Leistungen für beide Ladeszenarien möglich ist. Aufgrund der längeren Standzeiten beim Laden im Depot ist dieses Ladeszenarium dem öffentlichen Laden zur Nutzung der Flexibilitäten vorzuziehen. Auf Basis der Ergebnisse wurden vier Handlungsempfehlungen zur erfolgreichen Elektrifizierung der Flotte von Lieferdiensten formuliert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der betrachtete Anwendungsfall der letzten Meile für eine Elektrifizierung und Netzintegration der Flexibilitäten geeignet ist.
  • Climate change is making itself felt globally through extreme weather conditions, droughts, the loss of species and flooding. The reason for the increase in these phenomena is the rise in the average global temperature due to the increase in greenhouse gases produced. In order to counteract climate change and prevent a further global increase in the average temperature, cross-sectoral national and international climate policy goals have been defined by the United Nations and the Federal Republic of Germany. These also have an impact on the individual energy and transport sectors. The electrification of transport is particularly suitable for decarbonizing these sectors, as the transport sector is responsible for a large proportion of the greenhouse gases generated each year. The decarbonization of commercial vehicle traffic must be considered separately due to the increased volume of traffic in contrast to passenger vehicle traffic. In addition, the energy and transport sectors must be seen as interlinked in the future. This means that electrified vehicles will be integrated into the energy grid. The aim of this work was to investigate the commercial vehicle sector with regard to the potential for electrification and possible integration into the energy grid. The focus was on applications with a range of up to 200 km and the last-mile application was chosen for the investigations. To answer the research question, a consumption model of a battery-electric delivery vehicle was first created in Excel. The results of the simulation for three specific scenarios, which are based on delivery trips in urban, suburban and rural areas, were used to determine idle times and available flexibilities for grid-supporting use cases. Specifically, two charging scenarios that are most likely for delivery services were considered. On the one hand, charging at the depot and on the other, charging at public charging points. These parameters resulted in 18 combinations, which were summarized in an evaluation matrix and then examined for their suitability for grid-supportive use cases. The results show that the use of flexibility for the delivery services' own requirements and for the provision of grid-supporting services is possible for both charging scenarios. Due to the longer standing times when charging in the depot, this charging scenario is prefer-able to public charging for the use of flexibility. Based on the results, four recommendations for action were worded for the successful electrification of the delivery service fleet. The results of this work show that the last mile use case under consideration is suitable for the electrification and grid integration of flexibilities.

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Metadaten
Author:Timon Kiriazis
URN:urn:nbn:de:bsz:mit1-opus4-158613
Advisor:Lutz Rauchfuß, Lars Ostendorf
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2025/01/13
Year of first Publication:2025
Publishing Institution:Hochschule Mittweida
Granting Institution:Hochschule Mittweida
Date of final exam:2023/12/06
Release Date:2025/01/13
GND Keyword:Nutzfahrzeug; Elektroantrieb; Stromtankstelle; Elektromobilität
Page Number:93
Institutes:Ingenieurwissenschaften
DDC classes:388.34 Elektromobilität
Open Access:Frei zugänglich
Licence (German):License LogoUrheberrechtlich geschützt