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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen in einem Gebiet und ein Verfahren zur Planung eines Energienetzes.
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Zur Planung von Energienetzen werden regelmäßig bekannte, typische Lastprofile von an das Netz anzuschließenden Verbrauchern herangezogen. Insbesondere ist es für die Planung des Energienetzes relevant, ob Leistungsspitzen einer Klasse von Verbrauchern, beispielsweise von Einfamilienhäusern, mit der Leistungsspitze anderer Verbraucher, etwa kommerzieller Gebäude, zeitlich zusammenfallen oder aber zeitlich getrennt auftreten. Ferner ist es relevant, ob solche Leistungsspitzen in denselben oder in räumlich getrennten Bereichen des Energienetzes auftreten.
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Betrachtet man allerdings Elektrofahrzeuge als solche Verbraucher, so sind derzeit keine Lastprofile für eine größere Zahl von Elektrofahrzeugen bekannt. Historische Verbrauchsdaten fehlen. Der Energiebedarf einer größeren Zahl von Elektrofahrzeugen lässt sich folglich nicht anhand von Erfahrungswerten festlegen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein vor dem Hintergrund des Standes der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen in einem Gebiet anzugeben. Vorzugsweise soll dieses Verfahren ohne historische Lastprofile, insbesondere einer Vielzahl, von Elektrofahrzeugen auskommen können. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Planung eines Energienetzes anzugeben, bei welchem der Energiebedarf von Elektrofahrzeugen berücksichtigt wird.
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Auch dieses Verfahren zur Planung eines Energienetzes soll keine Erfahrungswerte für den Energiebedarf, insbesondere einer Vielzahl, von Elektrofahrzeugen, insbesondere keine historischen Lastprofile von Elektrofahrzeugen, voraussetzen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Bestimmung des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen in einem Gebiet mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zur Planung eines Energienetzes zumindest innerhalb eines Gebiets mit den in Anspruch 15 angegeben Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen in einem Gebiet werden Verkehrsnetzdaten und globale statistische Daten sowie auch räumlich aufgelöste statistische Daten einer das Gebiet enthaltenden Region herangezogen. Erfindungsgemäß werden mittels der globalen und der räumlich aufgelösten statistischen Daten Verkehrsmuster ermittelt und mittels der Verkehrsmuster räumlich lokale Ladeprofile der Elektrofahrzeuge bestimmt. Auf diese Weise werden aufgrund von Verkehrsnetzdaten sowie auf der Grundlage statistischer Daten zu erwartende Ladeprofile von Elektrofahrzeugen bestimmt. Diese Ladeprofile resultieren folglich aus einem statistischen Modell, so dass historische Ladeprofile, welche im Falle von Elektrofahrzeugen nicht oder derzeit noch nicht verfügbar sind, nicht vorausgesetzt werden müssen. Vorteilhafter Weise stehen die erfindungsgemäß vorausgesetzten Verkehrsnetzdaten sowie die genannten statistischen Daten für eine Vielzahl von Regionen zur Verfügung, so dass das erfindungsgemäße Verfahren universell einsetzbar ist.
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Bevorzugt umfassen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verkehrsdaten zumindest Straßen und/oder Kreuzungen und/oder Fahrspuren und/oder Verbindungen von Fahrspuren und/oder Geschwindigkeitsbegrenzungen und/oder Orte und/oder Schaltzeiten von Verkehrsampeln. Gerade die vorgenannten Verkehrsnetzdaten sind für eine Modellierung von Verkehrsmustern besonders relevant, sodass das Vorliegen vorgenannter Verkehrsnetzdaten die Qualität des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Energiebedarfs weiter erhöht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die globalen statistischen Daten zumindest eine Einwohnerzahl und/oder eine Anzahl der Haushalte und/oder eine Arbeitslosenquote und/oder Arbeitszeiten und insbesondere deren zeitliche Lage und/oder eine Altersstruktur. Auch die vorgenannten statistischen Daten haben einen hohen Einfluss auf die in der Region auftretenden Verkehrsmuster. Beispielsweise bestimmt die zeitliche Lage von Arbeitszeiten die Zeitpunkte von Fahrten zur und von dem Arbeitsplatz. Ferner bestimmt/bestimmen die Einwohnerzahl und/oder die Anzahl der Haushalte die Fahrzeugdichte. Die Altersstruktur etwa lässt Rückschlüsse auf berufsbedingt unternommene Fahrten, Fahrten zur Schule, Begleitfahrten, familienbedingte Fahrten sowie Fahrten, welche durch Freizeitaktivitäten bestimmt sind, zu.
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Geeigneterweise umfassen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die räumlich aufgelösten statistischen Daten des Gebiets zumindest eine räumliche Arbeitsplatzverteilung und/oder eine räumliche Haushaltsverteilung und/oder Orte und/oder Daten, insbesondere Zählraten, von Verkehrsflussmessungen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Verkehrswegedaten zu den jeweils tatsächlich gefahrenen Verkehrswegen eines Anteils der Verkehrsteilnehmer zumindest des oder zumindest innerhalb des Gebiets herangezogen. D.h. tatsächlich gefahrene Verkehrswege jeweils derjenigen Verkehrsteilnehmer, welchen diesen Anteil bilden, werden bei dem Verfahren herangezogen.
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Vorzugsweise ist ein Anteil, insbesondere mehr als 5%, der Verkehrsteilnehmer zumindest des Gebiets jeweils mit einem Mittel versehen, seine Verkehrswege aufzuzeichnen., Vorzugsweise ist dieses Mittel ein mobiles Endgerät, idealerweise ein Mobiltelefon mit einer Mobiltelefonanwendung und/oder ein Navigationsgerät. Zweckmäßig werden diese Daten zu den aufgezeichneten Verkehrswegen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren herangezogen. In dieser Weiterbildung der Erfindung können diese Daten vorteilhaft zur Erhöhung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.
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Mittels dieser Daten lassen sich Verkehrsmuster präzise zeitlich und räumlich auflösen.
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Besonders bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zudem eine Anzahl und/oder Verteilung von in der Region verkehrenden Elektrofahrzeugen und/oder deren Eigenschaften und/oder in der Region vorhandenen Ladestationen für Elektrofahrzeuge und/oder deren Eigenschaften herangezogen. Auf diese Weise lässt sich ein auf Elektrofahrzeuge entfallender Teil der Verkehrsmuster bestimmen. Ferner kann die räumliche Dichte von Ladestationen für Elektrofahrzeuge genutzt werden, um bereits vorhandene Kapazitäten für Elektrofahrzeuge zu berücksichtigen, als auch ladebedingte Fahrten von Elektrofahrzeugen einzubeziehen.
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Geeigneterweise werden bei den Verkehrsnetzdaten zeitoptimierte Routen zwischen Knoten des zugrundeliegenden Verkehrsnetzes ermittelt und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren herangezogen. Auf diese Weise lassen sich von in der Region verkehrenden Fahrzeugen, insbesondere von in der Region verkehrenden Elektrofahrzeugen, unternommene Routen vorhersagen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Verkehrsmuster zumindest Abfahrtsorte und/oder Abfahrtszeiten und/oder Zielorte von in der Region verkehrenden Fahrzeugen. Auf diese Weise lässt sich der Verkehr detailliert simulieren.
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Insbesondere umfassen die Verkehrsmuster zumindest eine Herkunfts-Ziel-Matrix (Origin/Destination-Matrix, kurz O/D-Matrix). Auf diese Weise liegt eine geeignete Datenstruktur von Abfahrtsorten, Zielorten, gegebenenfalls auch Abfahrtszeiten und Zielzeiten, vor. Zweckmäßig werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der Verkehrsmuster Verkehrszustände innerhalb des Gebietes bestimmt.
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Insbesondere umfassen diese Verkehrszustände zumindest Abfahrtszeiten und/oder Zielzeiten und/oder Abfahrtsorte und/oder Zielorte und/oder zurückgelegte Fahrtstrecken fahrender Verkehrsteilnehmer. Insbesondere die zurückgelegten Fahrstrecken lassen im Falle von Elektrofahrzeugen Rückschlüsse über die Ladezustände der Elektrofahrzeuge zu.
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Idealerweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verkehrszustände herangezogen, um Abfahrtszeiten und/oder Ankunftszeiten und/oder zurückgelegte Fahrtstrecken und/oder Ladezustände von Elektrofahrzeugen zu bestimmen. In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen bereits wesentliche Einflussgrößen auf den Energiebedarf von Elektrofahrzeugen fest. Besonders zweckmäßig werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verbreitung von Elektrofahrzeugen und/oder die Reichweiten von Elektrofahrzeugen und/oder die Energiekapazitäten von Elektrofahrzeugen, insbesondere typenabhängig, berücksichtigt.
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Geeigneterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ladeinfrastruktur innerhalb der Region, zumindest innerhalb des Gebiets, berücksichtigt. Mittels der vorgenannten Einflussgrößen lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die voraussichtlichen Ladeprofile von Elektrofahrzeugen zuverlässig vorhersagen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können aber auch zukünftige, zum Zeitpunkt der Netzplanung noch nicht installierte Ladeinfrastruktur und deren Ladeprofile aus dem berechneten Ladebedarf ermittelt und bei der Netzplanung mit berücksichtigt werden.
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Bevorzugt umfassen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ladeprofile Wirkleistungs-Ladeprofile. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ladeprofile zeitaufgelöst. Gerade zeitaufgelöste Ladeprofile, insbesondere Wirkleistungs-Ladeprofile, sind für eine zu unternehmende Planung eines Energienetzes bedeutsame Größen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Planung eines Energienetzes zumindest innerhalb eines Gebiets wird der Energiebedarf zumindest in dem Gebiet von Elektrofahrzeugen nach einem Verfahren wie zuvor beschrieben bestimmt. Erfindungsgemäß wird dieser Energiebedarf bei der Planung berücksichtigt.
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Damit ist es möglich, insbesondere durch das Laden von Elektrofahrzeugen bedingte, Leistungsspitzen zu bestimmten Zeiten und/oder in bestimmten Bereichen des Energienetzes zuverlässig vorherzusagen. Entsprechend lassen sich diese Bereiche für zeitgleich auftretende Netzleistungen auslegen. Auch die gleichzeitig auftretenden Leistungen, für welche das Netz insgesamt ausgelegt sein muss, lassen sich somit zuverlässig bestimmen. Auf diese Weise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Planung eines Energienetzes der für das Energienetz erforderliche Ressourceneinsatz passgenau auf das zu erwartende Lastprofil maßgeschneidert werden.
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Nachfolgend wir die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ablaufdiagramm für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Planung eines Energienetzes innerhalb eines Gebiets, bei welchem der Energiebedarf mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen ermittelt wird, in einer schematischen Prinzipskizze sowie
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2 ein zeitliches Ladeprofil von Elektrofahrzeugen an einem Knotenpunkt des Energienetzes in schematischer diagrammatischer Darstellung.
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Bei dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren zur Planung eines Energienetzes in einem Gebiet wird zunächst der Energiebedarf von Elektrofahrzeugen in diesem Gebiet mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen bestimmt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen in dem Gebiet werden Verkehrsnetzdaten RND herangezogen, welche Straßen und Kreuzungen und Fahrspuren und Verbindungen von Fahrspuren und Geschwindigkeitsbegrenzungen sowie die Orte und Schaltzeiten von Verkehrsampeln in einer Region, welche das Gebiet enthält, umfassen.
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Ferner werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren makroskopische, statistische Daten GSD herangezogen, welche die Einwohnerzahl und die Anzahl der Haushalte und die Arbeitslosenquote und die zeitliche Lage und die Länge von Arbeitszeiten sowie die Altersstruktur in der Region umfassen.
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Zusätzlich werden bei dem Verfahren lokale statistische Daten LSD herangezogen, welche räumlich aufgelöst die Arbeitsplatzverteilung und die Haushaltsverteilung sowie Orte und Zählraten von Verkehrsflussmessungen umfassen.
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Die Verkehrsnetzdaten RND, die makroskopischen statistischen Daten GSD sowie die lokalen statistischen Daten LSD werden nunmehr herangezogen, um eine Herkunfts-Ziel-Matrix (O/D-Table – Origin/Destination Table) ODT zu ermitteln, welche die Abfahrtsorte sowie die Abfahrtszeiten und die Zielorte von in der Region verkehrenden Verkehrsteilnehmern in tabellarischer Form umfasst. Die Verkehrsnetzdaten RND werden ferner hinsichtlich ihrer zeitoptimierten Verbindungen von Verkehrsknotenpunkten analysiert, so dass eine Tabelle von zeitoptimierten Routen TOR bereitgestellt wird.
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Mittels der Herkunfts-Ziel-Matrix ODT und der Tabelle zeitoptimierter Routen TOR kann der Verkehr innerhalb des Gebiets als zeitaufgelöste Simulation TS abgebildet werden.
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Mittels dieser Simulation TS können zeitlich aufgelöst Verkehrszustände TST innerhalb des Gebiets bestimmt werden in Gestalt einer Liste LATT von Ziel- und Abfahrtszeiten sowie der jeweils zurückgelegten Entfernungen.
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Optional ist in diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Anteil, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 5%, der zumindest teilweise innerhalb des Gebiets verkehrenden Verkehrsteilnehmer des Gebiets jeweils mit einem Mobiltelefon mit einer Mobiltelefonanwendung und/oder einem Navigationsgerät ausgestattet, welches die Verkehrswege des jeweiligen Verkehrsteilnehmers aufzeichnet.
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Auch diese Daten zu den aufgezeichneten Verkehrswegen werden bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen: So werden die Daten herangezogen, um die mittels der Simulation TS vorhergesagten Verkehrszustände TST des zuvor erwähnten Anteils von Verkehrsteilnehmern mit der Realität zu vergleichen. Werden größere Abweichungen zu den vorhergesagten Verkehrszuständen festgestellt, werden die Verkehrsnetzdaten RND und/oder die makroskopischen statistischen Daten GSD und/oder die lokalen statistischen Daten LSD ggf. aktualisiert und/oder räumlich und/oder zeitlich feiner aufgelöste lokale statistische Daten LSD herangezogen.
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Die Daten der Tabelle der Ziel- und Abfahrtszeiten LATT werden zur Ermittlung des Ladeprofils in dem Gebiet LPIRI herangezogen. Ferner gehen in das Ladeprofil die Eigenschaften der Ladeinfrastruktur PEVSE, beispielsweise die Verteilung der maximalen Leistung (Schnelllader, Level-1-Lader) ein. Ferner gehen in das Ladeprofil LPIRI die Eigenschaften der Elektrofahrzeuge PEV selbst ein, etwa der Anteil der Elektrofahrzeuge an allen in der Region oder dem Gebiet verkehrenden Fahrzeugen sowie die Reichweiten der Elektrofahrzeuge und deren Speicherkapazität sowie sonstige weitere verkehrsflussrelevante Eigenschaften der Elektrofahrzeuge.
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Somit ist das Ladeprofil in dem Gebiet LPIRI bestimmbar. Mittels des Ladeprofils lässt sich folglich auch das Energienetz zumindest hinsichtlich des Energiebedarfs von Elektrofahrzeugen zumindest in dem Bereich des Gebiets auslegen, da zumindest der auf Elektrofahrzeuge entfallende Anteil des Lastprofils folglich zeitaufgelöst bekannt ist.
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Wie in 1 dargestellt erfolgt mittels des bestimmten Ladeprofils in dem Gebiet LPIRI eine entsprechende Planung des Energienetzes SPGP. In die Planung des Energienetzes SPGP gehen ferner die harmonischen Eigenschaften der Ladegeräte und Ladestationen HC ein. Auch diese werden für die Planung SPGP des Energienetzes herangezogen. Wie in 1 dargestellt gliedert sich das erfindungsgemäße Verfahren folglich in statistische Eingangsdaten SI, in eine Ermittlung von Verkehrsmustern TP und Verkehrszuständen TST, eine Bestimmung des Ladeprofils CP und eine Planung des Energienetzes GP.
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Wie in 2 dargestellt ergibt sich das Ladeprofil LPIRI als zeitabhängige Kurve P der zum Laden angeforderten Leistung D über die Zeit t für je einen Knoten des Energienetzes. Das in 2 (lineare Darstellung) dargestellte Ladeprofil eines Knotens weist zwei Leistungsspitzen von bis zu 180 kW zu den Uhrzeigen 7.45 und 8.45 morgens auf, welche jeweils eine Halbwertsbreite von etwa 15 Minuten aufweisen. Der Knoten ist infolge der erfindungsgemäßen Planung des Energienetzes auf eine Maximallast von 200 kW ausgelegt.
