Power System Impacts in the Transition to Electric HDV Fleets and Flexibility Options for Stable Grid Operation

Kurzfassung

Der rasche Übergang zu batterieelektrischen schweren Nutzfahrzeugen (HDV) erfordert den Ausbau einer leistungsfähigen öffentlichen Ladeinfrastruktur, während die Erweiterung des Stromnetzes mit deutlich längeren Planungs- und Realisierungszeiträumen verbunden sein kann. Diese Arbeit untersucht, wie sich eine zunehmende öffentliche HDVLadenachfrage auf das Stromnetz auswirkt und ob stationäre Batteriespeichersysteme (BESS) entstehende Netzengpässe vorübergehend mindern können. Die Analyse kombiniert räumlich aufgelöste Prognosen zur Ladeinfrastruktur aus dem deutschen StandortTOOL für das Jahr 2035, die überwiegend auf anonymisierten realen Mautdaten des Autobahnverkehrs basieren, mit gemessenen stündlichen HDVVerkehrsdaten der BASt, zusätzlichen regionalen Netzdaten aus eGon sowie dem Energiesystemoptimierungsmodell REMix. Es wird ein schrittweise verfeinerter, szenariobasierter Ansatz angewendet. Dieser beginnt mit Untersuchungen des Höchstspannungsnetzes in Niedersachsen und Baden-Württemberg und wird anschließend für vier Laderegionen in BadenWürttemberg durch die explizite Abbildung von 110-kV-Hochspannungsverbindungen verfeinert. Die Ladenachfrage wird zunächst als konstante Last und anschließend durch stündliche, verkehrsbasierte Lastprofile dargestellt. Zunehmende Nachfrageniveaus werden als Netz-Stresstests untersucht und anschließend mit ansonsten identischen Szenarien mit stationären BESS verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass das abgebildete Höchstspannungsnetz auch bei deutlich erhöhter HDV-Ladenachfrage vergleichsweise robust bleibt, während regionale 110-kVVerbindungen wesentlich früher kritisch werden. In den dynamischen Szenarien überschreitet bei der zweifachen Referenzladenachfrage keine der untersuchten regionalen Verbindungen den Auslastungsschwellenwert von 70%. Bei der vierfachen Referenznachfrage erreichen dagegen alle vier Verbindungen Spitzenauslastungen von über 90%, wobei der Schwellenwert während bis zu 13,8% des Jahres überschritten wird. Eine weitere Erhöhung auf das Fünffache der Referenznachfrage führt zu einer nicht lösbaren Modellkonfiguration. Der Übergang von ausreichender verbleibender Netzkapazität zu stark eingeschränktem Betrieb erfolgt somit innerhalb eines vergleichsweise engen Nachfragebereichs. Stationäre BESS bewirken nur eine begrenzte Netzentlastung. Bei stark ausgelasteten Netzzuständen wird die maximale Leitungsauslastung um weniger als einen Prozentpunkt reduziert, und auch mit Speicher bleibt das nächsthöhere Nachfrageniveau nicht lösbar. Die Analyse der Dauer kritischer Zustände zeigt zudem, dass mehrere regionale Netzengpässe über fünf bis zehn aufeinanderfolgende Stunden bestehen. Dadurch ist die Wirksamkeit sowohl kurzzeitiger Batteriespeicher als auch kleiner zeitlicher Verschiebungen der Ladenachfrage begrenzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die zentrale Herausforderung einer großflächigen öffentlichen HDV-Ladeinfrastruktur nicht zwangsläufig in der Verfügbarkeit elektrischer Energie auf Übertragungsnetzebene liegt, sondern in der Bereitstellung ausreichender regionaler Netzkapazität an Standorten, die an das Verteilnetz angebunden sind und an denen sich die Ladenachfrage räumlich konzentriert. Eine frühzeitige Abstimmung zwischen Ladeinfrastrukturplanung, regionalem Netzausbau und gezielten Flexibilitätsmaßnahmen ist daher entscheidend, um eine schnelle Elektrifizierung des schweren Straßengüterverkehrs zu ermöglichen.