Will the electrical grid sustain the change towards an electrified freight truck fleet?

Abstract

The transport sector is facing major challenges to reduce the greenhouse gas emissions. The electrification of the freight fleet, which is an important step towards emission reduction, will result in capacity challenges in the grid. The aim of this thesis is to evaluate how the existing grid is affected by the electrification of heavy trucks and what solutions or reinforcements needs to be implemented to enable this. A case study is performed on two different logistics centres in Sk ̊ane. Charging profiles with different charging techniques are created in Matlab based on interviews with the logistics centres. Simple charging resulted in a power peak of 19.5 MW and 5.0 MW for the respective fleets in the case of a total electrification. Planned charging resulted in power peaks of 13.0 MW and 2.9 MW, respectively. Aggregated with the existing baseload the created charging profiles are simulated on grid models in PowerFactory to observe overloading in components. The existing grid allows only 4 % and 7 % electrification, respectively. Different solutions to allow further electrification are evaluated and batteries is considered to be the most suitable option. This thesis concludes that planned charging reduces the load with approximately 35 % compared to simple charging and that truck charging increases the load on the grid considerably compared to the baseload. Batteries are evaluated based on dimensioned size and cost and are considered to be a viable solution to alleviate the grid in some cases until grid reinforcement is possible. As the electrification of the society proceeds, it is important to evaluate the prerequisites of the existing grid. Implementations of further solutions such
as flexibility, energy production and energy efficient vehicles are necessary to maintain a sustainable electrical network.

Popular Abstract (Swedish)

Med en elektrifiering av tunga lastbilar kommer elbehovet att ̈oka kraftigt och elnätet ̈ar inte förberedd p ̊a utmaningen. Det rader kapacitetsbrist i nätet och det behöver utredas hur den kan undvikas. Transportsektorn star infor stora förändringar för att minska sitt klimatavtyck. Elnätet ̈ar en kritisk infrastruktur för att möjliggöra denna omställning. Förutom att bygga ut finns det m ̈ojligheter f ̈or tekniska eller affärsmässiga lösningar som kan bistå nätet i den stundande förändringen.

Det ̈ar ingen som kan ha missat att världen står inför en stor utmaning vad gäller klimatförändringen. Den sektor som ̈ar den största boven i Sverige ̈ar transportsektorn. Den bidrar med en tredjedel av alla växthusgasutsläpp i Sverige. De har alltså fortfarande en lång väg kvar för att uppnå nettonollutsläpp. Elektriska personbilar ̈ar en vanlig företeelse på de flesta vägar, men nu ̈ar även elektriska lastbilar på väg att rulla ut. En allt mer elektrifierad fordonsflotta kommer leda till ett ̈okat elbehov, framförallt från laddningen av tunga lastbilar. Den allmänna uppfattningen ̈ar att elen inte kommer att räcka till. Men det stämmer inte riktigt. I Sverige produceras mer el ̈an vad som förbrukas, däremot ̈ar framkomligheten på nätet en svårighet.

I Sverige råder det kapacitetsbrist på många håll i elnätet. Föreställ er ett timglas, all sand kan inte rinna igenom den lilla ̈oppningen på en och samma gång. På samma sätt fungerar kapacitetsbristen i elnätet, det ̈ar inte byggt för att transportera den mängd el som behövs. Elnätet skulle därför behöva utvecklas för att kunna tillhandahålla samhället den el som en elektrifiering av tunga lastbilar kräver. Denna uppsats har utrett hur dagens lokalnät kan stå sig vid den stundande elektrifieringen. Uppsatsen utfördes genom en fallstudie av två logistikcentraler på den lokala nätägaren Kraftringens nät i norra Skane. Det visade sig att elnätet inte klarar av en särskilt stor ̈okning av efterfrågan på el, så som det ser ut idag. På de två centralerna kunde 26 av 650 och 3 av 50 lastbilar förses med el av dagens nät innan kapaciteten inte räckte till. En total elektrifiering av båda fordonsflottorna skulle innebära en ̈okning med 66 respektive 30 gånger jämfört med dagens topplaster. Detta leder till stora ̈overlaster i nätet.

När elbehovet ̈okar ̈ar den traditionella ̊atgärden nätutbyggnad. Aven i denna rapport ansågs det nödvändigt. Eftersom utbyggnad av näten ̈ar kostsamt och kan ta lång tid utreddes lösningar i denna uppsats för att undvika nätutbyggnad till viss del. Det finns ett flertal lösningar som kan underlätta för nätet och möjliggöra snabbare elektrifiering, till exempel energilagring, lokal elproduktion och efterfrågeflexibilitet. Efter en kortare utvärdering av ett antal lösningar ansågs batterier vara det bästa alternativet. Med hjälp av batterier kan laster flyttas och jämnas ut, vilket avlastar nätet. För att uppnå samma last jämfördes viss nätutbyggnad kostnadsmässigt mot ett batteri. Batterier visade sig kunna användas för att skjuta upp nätutbyggnad i ett av två fall. Alltså kunde inga generella slutsatser dras angående alternativa lösningar till nätutbyggnad.

Elektrifiering av lastbilar ̈ar en viktig del i att minska utsläppen från transportsektorn. För att möjliggöra elektrifieringen räcker det inte att produktionen av el ̈ar tillräckligt hög, elnätet måste också kunna transportera elen dit den behövs. Detta arbete har visat att det krävs stora ̊atgärder för att undvika kapacitetsbrist, men det ̈ar möjligt. Nätbolagen behöver utföra individuell kartläggning för att möjliggöra laddning vid alla typer av logistikcentraler. Prognosen säger att 50 % av tunga lastbilar kommer vara elektrifierade till 2035, därför behöver planeringen komma igång nu. Aven andra aktörer i kedjan står inför utmaningar, ellastbilarna måste ut på marknaden och laddinfrastrukturen behöver byggas ut. Samordning krävs både nationellt och internationellt för att möliggöra storskalig elektrifiering av tunga lastbilar. Därför bör planeringen och koordineringen börja redan nu.

• author: Salvin, Lisa and Bobeck, Kristin
• supervisor: Olof Samuelsson
• organization: Industrial Electrical Engineering and Automation
• course: EIEM01 20221
• year: 2022
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• publication/series: CODEN:LUTEDX/TEIE
• report number: 5475
• language: English
• id: 9094295
• date added to LUP: 2022-07-05 10:28:37
• date last changed: 2022-10-19 14:20:07