Strategic planning of charging infrastructure for battery electric vehicles considering interactions with the energy sector

Scheiper, Barbara; Walther, Grit (Thesis advisor); Praktiknjo, Aaron Jonathan (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Gegenstand dieser Dissertation ist die Entwicklung eines integrierten Modellierungsansatzes für die strategische Planung einer Ladeinfrastruktur für Elektroautos. In diesem wird sowohl der Transport- als auch Energiesektor berücksichtigt, um den größtmöglichen Nutzen aus der Interaktion beider Sektoren zu ziehen. Die Dissertation gliedert sich in eine Einleitung, einen kumulativen Teil bestehend aus drei Fachaufsätzen und ein Fazit. In der Einleitung werden aktuelle Maßnahmen zur Emissionsreduzierung im Transport- und Energiesektor dargestellt, wobei der Fokus auf der Einführung von Elektroautos und dem Ausbau erneuerbarer Energien liegt. Aufbauend darauf werden die resultierenden Interaktionen zwischen den beiden Technologien und somit zwischen den beiden Sektoren erläutert. Vor diesem Hintergrund wird die Notwendigkeit eines integrierten Ansatzes für die strategische Planung einer Ladeinfrastruktur für Elektroautos deutlich, in dem sowohl der Transportsektor als auch die Interaktion mit dem Energiesektor berücksichtigt wird. Der kumulative Teil der Dissertation besteht aus drei Fachaufsätzen. Im ersten Aufsatz wird ein umfassender Überblick über bestehende Publikationen zur strategischen Planung einer Ladeinfrastruktur für Elektroautos gegeben. Hierbei werden sowohl der Privat- als auch der Gütertransport berücksichtigt. Die Publikationen werden hinsichtlich ihres Anwendungsbereichs (methodischer Beitrag oder Fallstudie), der Art der berücksichtigten Daten (deterministische oder unsichere Daten), der angewendeten Lösungsverfahren (exakte oder heuristische Verfahren) und der gewählten Zielfunktion (z. B. Kosten- oder Distanzminimierung) analysiert. Aufbauend darauf werden bestehende Forschungslücken aufgezeigt und ein Ausblick auf weiteren Forschungsbedarf gegeben. Im zweiten Aufsatz wird ein integrierter Modellierungsansatz für die strategische Planung einer Ladeinfrastruktur für Elektroautos entwickelt, in welchem die Interaktion zwischen dem Transport- und dem Energiesektor berücksichtigt wird. Dazu wird ein Charging Station Location Model mit einem Lastflussmodell kombiniert. Zusätzlich werden Energiespeicher zur zeitlichen Entkopplung von Ladebedarf und Erzeugung erneuerbarer Energien berücksichtigt. Zielsetzung des entwickelten Modellierungsansatzes ist es, den Nutzen, der sich aus der Interaktion zwischen dem Transport- und dem Energiesektor ergibt, zu maximieren und gleichzeitig die resultierenden Herausforderungen zu minimieren, z. B. Minimierung der Treibhausgasemissionen bei gleichzeitiger Minimierung der zusätzlichen Belastung des Stromnetzes. Im dritten Artikel wird die Anwendbarkeit und praktische Relevanz des integrierten Modellierungsansatzes anhand einer Fallstudie für Deutschland verdeutlicht. In dieser wird das entwickelte Modell zur Planung einer Schnellladeinfrastruktur mit integrierten Energiespeichern entlang des deutschen Autobahnnetzes verwendet. Basierend auf den Ergebnissen der Fallstudie werden Empfehlungen für die optimale Konfiguration der Schnellladeinfrastruktur, d.h. Anzahl und Standorte der Schnellladestationen sowie Kapazität der integrierten Energiespeicher, abgeleitet. Abschließend werden im Fazit die Ergebnisse der Dissertation zusammengefasst und kritisch gewürdigt. Zudem wird ein Ausblick auf weiteren Forschungsbedarf gegeben.

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