Hvordan kan elbiler styres effektivt i lokale energimarkeder uden at kompromittere netværkets stabilitet?

Styring af elbiler (EV’er) i lokale energimarkeder (LEM) kræver en kompleks balance mellem individuelle brugerbehov og kollektive netværkskrav. Det foreslåede rammeværk muliggør en dynamisk og koordineret tilgang til både opladning og afladning (V2G – vehicle-to-grid) ved at kontrollere spændinger i noderne på tværs af forskellige faser i distributionsnettet. Dette sikrer, at EV’er kan deltage i energimarkedet uden at overskride tilladte spændingsgrænser, samtidig med at bilernes batterier når deres ønskede opladningsniveauer ved afgangstidspunktet.

I et scenarie med storstilet integration af EV’er administreres aggregater af køretøjer parallelt og distribueret, hvilket tillader fleksibel opladning og afladning på tværs af netværket. Analysen af netværkets ydeevne over 24 timer viser, at spændingerne ved noderne forbliver inden for sikre intervaller, og at linjebelastningen ikke overskrider den maksimale kapacitet, selv ved fuld EV-penetration. Dette er essentielt for at opretholde både markedets og netværkets integritet i et miljø, hvor køretøjer agerer som både forbrugere og leverandører af elektricitet.

Resultaterne viser, at den foreslåede tilgang formår at håndtere de forskellige EV-aggregatorer, så hver enhed kan deltage i energimarkedet uden at skabe ubalancer i netværket. De observerede linjebelastninger forbliver konsekvent lavere under den foreslåede styring sammenlignet med scenarier uden kontrol. Dette understreger, at optimeret opladning og afladning ikke blot reducerer stress på infrastrukturen, men også sikrer højere systemeffektivitet og stabilitet.

I en videreudviklet model, hvor markedsstyring suppleres med DOEs (Dynamic Operating Envelopes), kan netværksoperatøren tildele sikre import- og eksportgrænser til prosumers udstyret med EV’er og solcellesystemer. Disse DOEs tager hensyn til spændings- og belastningsbegrænsninger og gør det muligt for EV’er at handle i det lokale energimarked inden for sikre operationelle intervaller. EV’er prioriteres til opladning fra overskydende solcelleproduktion, hvilket både fremmer lokal energiforbrug og minimerer nettab.

Vigtigt at forstå i denne sammenhæng er, at systemets effektivitet ikke kun afhænger af EV’ernes teknologiske kapacitet eller selve markedets design, men i høj grad af samspillet mellem aktørernes individuelle præferencer og netværkets fysiske begrænsninger. At opretholde spændingsstabilitet og begrænse linjebelastning i realtid kræver kontinuerlig og præcis koordinering. Det er ligeledes essentielt at anerkende, at den stigende andel af EV’er i nettet skaber behov for nye, distribuerede styringsparadigmer, hvor aggregatorkoncepter, V2G-funktioner og markedsbaserede styringsmetoder arbejder i synergi.

Hvordan V2G-teknologi kan transformere energinettet i fremtiden

For at opnå målene i Paris-aftalen om klimaændringer kræves der en hurtig omstilling i den globale energisektor. På konferencen i Glasgow den 13. november 2021 blev der opnået enighed om, hvordan Paris-aftalens ambitioner kan realiseres. De nødvendige tiltag omfatter blandt andet en accelereret udfasning af kul, en reduktion af afskovning, og en øget udrulning af elektriske køretøjer (EV’er) samt investeringer i vedvarende energi. I denne kontekst har opmærksomheden rettet sig mod ren energi, hvor især solenergi fremstår som en pålidelig og lovende løsning for at reducere afhængigheden af fossile brændstoffer. Men udfordringen ligger i den ustabilitet, der er forbundet med vedvarende energikilder som vind- og solenergi, hvilket komplicerer driften af mikronet.

Et af de mest lovende tiltag i denne udvikling er Vehicle-to-Grid (V2G) teknologi. V2G-teknologien muliggør en tovejskommunikation og energiflow mellem elektriske køretøjer og elnettet, hvilket gør det muligt at styre opladning og afladning af EV’er på en måde, der mindsker deres indvirkning på nettet. Dette skaber en fleksibel og stabil energiforvaltning, hvor EV’ernes batteriresurser kan udnyttes optimalt. V2G kan dermed bidrage til at integrere et øget antal elektriske køretøjer i energisystemet uden at forårsage destabilisering af nettet.

Selvom V2G-teknologien har et enormt udviklingspotentiale, står vi overfor flere udfordringer. For det første kræves der betydelige investeringer i infrastrukturen for at kunne understøtte V2G-systemer i eksisterende netværk. Derudover er der teknologiske og operationelle barrierer, der skal overvindes, herunder behovet for avanceret styring af netværksbelastning, samt optimering af batterilagring for at maksimere effektiviteten. Uden en omfattende tilpasning af de nuværende systemer og procedurer kan implementeringen af V2G risikere at forstyrre den eksisterende energiforsyning.

Den traditionelle elnetstruktur, der omfatter generation, transmission og distribution, er blevet udviklet i flere årtier og er primært baseret på centraliseret produktion. De fleste strømproduktioner, som hydroelektriske eller termiske kraftværker, ligger langt fra forbrugerne, hvilket kræver høj spænding for at transportere elektriciteten over lange afstande og derefter nedtrappes til lavere spænding tættere på forbrugerne. Denne struktur er designet til at have énvejskommunikation, hvor forbrugeren ikke har indflydelse på, hvornår og hvordan de modtager elektricitet.

Den traditionelle model har imidlertid flere svagheder, som bliver stadig mere synlige, efterhånden som nye energikilder som vind- og solenergi vinder frem. Et af de største problemer ved traditionelle elektricitetsmålere er deres mekaniske opbygning, som gør dem følsomme over for slid og fejl, hvilket kan resultere i unøjagtige målinger af forbrug. Samtidig kræver disse systemer manuel aflæsning, hvilket gør det svært at få præcise data om forbruget i realtid. Når et fejl opstår i nettet, kræver det manuel indgriben, og lokale fejl kan føre til store strømafbrydelser.

Når man ser på de vedvarende energikilder, er solenergi og vindenergi de mest udbredte. Vindkraft udnytter vindens kinetiske energi gennem store rotorblade på vindmøller, der driver en generator og omdanner den kinetiske energi til elektrisk energi. Solenergi udnyttes gennem solcellepaneler, hvor lys fra solen omdannes til elektrisk strøm gennem fotovoltaiske celler, som er sammensat af halvledende materialer, der skaber et elektrisk felt, når de bliver ramt af sollys. Effektiviteten af solceller afhænger dog af flere faktorer som temperatur, snavs og skyggeforhold.

Det er klart, at fremtidens energisystemer vil blive kendetegnet ved en større integration af vedvarende energikilder og en nødvendighed for mere avanceret teknologi til at styre og udveksle energi på tværs af netværk. V2G-teknologi er et vigtigt skridt i denne udvikling, men det kræver, at både infrastrukturen og energistyringsteknologier udvikles hurtigt for at sikre, at nye teknologier som EV’er kan indgå effektivt i energisystemet.

Samtidig er det vigtigt at forstå, at integrationen af vedvarende energikilder som sol og vind ikke alene vil kunne løse alle udfordringer i energisektoren. Det kræves en koordineret indsats på tværs af politik, teknologi og samfund for at sikre, at overgangen til et grønnere energisystem bliver bæredygtig og økonomisk levedygtig. Det er heller ikke kun et spørgsmål om at implementere teknologier som V2G, men også at forstå de komplekse samspil mellem forskellige energikilder og forbrugere, så vi kan udnytte den energi, vi genererer, på den mest effektive måde.