INNLEIÐING RAFBÍLA. Vannýtt straumgeta í rafdreifikerfi Orkuveitu Reykjavíkur

Transcription

1 P qxp :33 Page 253 INNLEIÐING RAFBÍLA 51 Vannýtt straumgeta í rafdreifikerfi Orkuveitu Reykjavíkur Guðleifur M. Kristmundsson lauk prófi í rafmagnsverkfræði frá Háskóla Íslands Hann stundaði framhaldsnám við Lunds Tekniska Högskola , lauk meistaraprófi í raforkuverkfræði frá University of Florida 1984 og doktorsprófi frá sama skóla Guðleifur var verkfræðingur hjá Landsvirkjun og , dósent við verkfræðideild Háskóla Íslands Hann starfaði sem verkfræðingur hjá Rafmagnsveitu Reykjavíkur og hefur verið sérfræðingur á raforkusviði hjá Orkuveitu Reykjavíkur frá Valgerður Einarsdóttir lauk stúdentsprófi frá Fjölbrautaskólanum í Breiðholti 23. Hún lauk B.Sc.-prófi í heilbrigðisverkfræði frá Háskólanum í Reykjavík 29. Valgerður stundar nú mastersnám við Politecnico di Milano í Management Engineering. Vaxandi kröfur eru hér á landi um aukna nýtingu vistvænna orkugjafa. Það er talið mikilvægt til að sporna við auknum útblæstri koltvísýrings, m.a. vegna mengunar frá bílaflota landsmanna. Því hafa í vaxandi mæli verið uppi háværar raddir um rafvæðingu íslenska bílaflotans. Til þess að unnt verði að þjóna því álagi sem innleiðing rafbíla mun óhjákvæmilega hafa í för með sér er mikilvægt að gera sér grein fyrir getu núverandi rafdreifikerfis til að bæta við sig þessu nýja álagi. Í þessari grein er fjallað um áætlaða orku- og aflþörf tiltekins fjölda rafbíla og lagt mat á vannýtta straumgetu í lágspennuhluta rafdreifikerfisins til að þjóna þessu álagi. Inngangur Fram að þessu hafa bæði vatnsafls- og jarðvarmavirkjanir verið undanþegnar kolefnissköttum. Vatnsaflsvirkjanir valda ekki gróðurhúsaáhrifum nema að óverulegu leyti í þeim tilvikum þar sem gróðurlendi fer undir vatn í miðlunarlónum. Jarðvarmavirkjanir eru á háhitasvæðum þar sem fyrir hefur verið náttúruleg losun gróðurhúsalofttegunda og hafa þær því verið taldar umhverfisvænar og undanþegnar kolefnissköttum. Bæði vatnsafls- og jarðvarmavirkjanir á Íslandi hafa til þessa verið undanþegnar því að afla sér Tækni- og vísindagreinar 253

2 P qxp :33 Page 254 heimilda vegna losunar koltvísýrings samkvæmt Kyoto-bókuninni. Þetta kann að breytast árið 212 þegar nýtt skuldbindingartímabil Kyoto-bókunarinnar hefst og að þá muni losun koltvísýrings frá jarðvarmavirkjunum verða talin með í heildarlosunarheimildum Íslendinga á koltvísýringi og öðrum gróðurhúsalofttegundum. Áætlað er að samgöngur muni framleiða um helming þeirrar aukningar í losun koltvísýrings sem verða muni í heiminum á næstu áratugum [1]. Með víðtækri rafbílavæðingu hér á landi og nýtingu innlendra orkugjafa væri hægt að minnka losun koltvísýrings verulega. Þannig mætti bæta stöðu Íslands í umhverfislegu tilliti og styrkja stöðu þjóðarinnar gangvart umhverfisskuldbindingum á alþjóðavettvangi. Áætlað er að með því að rafvæða allan bílaflota landsmanna megi minnka koltvísýringslosun um 891. tonn eða um 2% [2]. Því getur rafbílavæðing verið mikilvæg þegar kemur að stöðu Íslands á þessu sviði. Í þessari grein er reynt að áætla það magn raforku sem þarf til að unnt sé að reka allstóran rafbílaflota hér á landi. Hér verður miðað við 5 þúsund bíla á næstu 2 árum eða u.þ.b. fjórðunginn af núverandi bílafjölda í landinu. Einnig eru færð rök fyrir því hver mesta aflþörf þessa rafbílaflota verður vegna hleðslustrauma og á hvern hátt verði unnt að koma þessari aflþörf fyrir miðað við dreifikerfið eins og það nú er og m.t.t. núverandi álags. Vegna dægursveiflu í forgangsorkuálaginu er í kerfinu vannýtt straumgeta sem gefur færi á töluverðu svigrúmi til álagsaukningar, einkum á sumrin og á næturnar. Fjallað verður um viðamikla rannsókn á lágspennuhluta dreifikerfisins, þar sem leitast var við að kortleggja vannýtta straumgetu kerfisins [3]. Þessi rannsókn er framhald af prófverkefni Elísabetar Björneyjar Lárusdóttur til B.Sc.-prófs í rafmagnstæknifræði við Háskólann í Reykjavík vorið 27 sem unnið var í samráði við Orkuveitu Reykjavíkur [4]. Orkugjafar fyrir bíla Samanburður á bensíni og rafmagni Orkuinnihald í hverjum bensínlítra er um 32 megajúl eða tæpar 9 kwh. Bensíntankur í meðalstórum fjölskyldubíl tekur 6 l af bensíni. Gerum ráð fyrir að það taki um tvær mínútur að dæla þessum 6 l á tankinn (í flestum tilvikum mun það taka styttri tíma). Þetta jafngildir um 54 kwh af orku og rúmum 16. kw í afli miðað við tveggja mínútna ádælingartíma. Við þetta hleðsluafl mun rafgeymahleðsla líklega aldrei geta keppt. Gjarna er miðað við 4 kw afl við venjulega hleðslu á rafbílum. Við hraðhleðslu má reikna með 16 kw. Þetta sýnir vel yfirburði bensíns að þessu leyti. Eina sýnilega leiðin til að ná sambærilegum afköstum við endurhleðslu rafbíla eins og næst við bensínáfyllingu virðist því vera sú leið sem fyrirtækið Better Place talar fyrir, þ.e. að nota rafgeymaskipti [5] Þrátt fyrir mun betri orkunýtingu í rafmótorum en í bensínhreyflum nær það engan veginn að vega upp á móti gífurlegum yfirburðum bensíns í hleðsluafli. Fjöldi ra íla Ár Fram ðarsýn 1 Fram ðarsýn 2 Orkuþörf 5. rafbíla Í dag eru um 2. fólksbílar í landinu. Ef gert er ráð fyrir þeirri framtíðarsýn að innan 2 ára verði um 5. rafbílar í notkun á veitusvæði Orkuveitu Reykjavíkur, hvers er þá að vænta varðandi orkuog aflþörf þessa rafbílaflota? Á mynd 1 eru sýndar tvær mismunandi hugmyndir um hvernig fjölgun rafbíla gæti hugsanlega orðið á næstu 2 árum. Fyrri hugmyndin (blá lína) gerir ráð fyrir nokkuð hraðri og stöðugri aukningu. Hér er miðað við að endurnýjunarþörf fólksbíla sé um 1. bílar á ári og að hlutdeild rafbíla í endurnýjun bílaflotans sé stigvaxandi, 2% fyrsta árið, Mynd Árbók VFÍ/TFÍ 21

3 P qxp :33 Page 255 4% það næsta o.s.frv. Að 2 árum liðnum yrði hlutdeild rafbíla um 4% af endurnýjuninni samkvæmt þessari framtíðarsýn. Síðari hugmyndin (rauð lína) gerir ráð fyrir mun hægari fjölgun í fyrstu en síðan stigvaxandi. Hér er miðað við tæplega 5% árlega fjölgun rafbíla. Í báðum tilvikum er miðað við upphafsgildið 1, þ.e. að nú, á árinu 21, séu alls 1 rafbílar í landinu. Í sjálfu sér er látið liggja milli hluta hversu raunsæ þessi áætlun er um fjölda rafbíla í náinni framtíð enda ekki aðalatriðið hér. Markmiðið er að meta getu rafdreifikerfisins til að þjóna rafbílaflota af tiltekinni stærð. Þegar aðferðafræðin við að framkvæma þetta mat hefur verið þróuð og reynd er tiltölulega fljótlegt að skipta úr einni framtíðarsýn í aðra hvað fjölda rafbíla varðar og meta að nýju áraunina á dreifikerfið. Til eru gögn um áætlaðan meðalakstur fólksbíla á dag, m.a. hjá Umferðarstofu. Þannig áætlar Umferðarstofa að meðalakstur bensínknúinna fólksbíla hafi verið um 32 km á dag árið 28 og dísilknúinna um 45 km á dag. Umferðarstofa áætlar að sama ár hafi meðalakstur bensínknúinna fólksbíla verið um 11.6 km á ári og dísilbíla um 16.4 km á ári. Til þess að hafa vaðið fyrir neðan sig verður hér miðað við 15. km ársakstur eða um 41 km akstur á dag að jafnaði. Upplýsingar um orkuþörf á ekinn km frá þremur rafbílaframleiðendum fyrir tegundirnar Mitsubishi imiev, Nissan Leaf og Tesla Roadster sýna að gera má ráð fyrir að orkunotkun sé um 15 Wh á hvern ekinn km að jafnaði fyrir lítinn til meðalstóran rafbíl [6,7,8]. Miðað við 15. km meðalakstur á ári er orkuþörf hvers bíls því að jafnaði um 2.2 kwh. Það jafngildir ríflega 112 GWh á ári af raforku fyrir þessa 5. bíla. Þetta svarar til um 1% af öllu forgangsorkurafmagni sem dreift var í kerfi Orkuveitu Reykjavíkur árið 29. Sé gert ráð fyrir að þessi aukna orkuþörf dreifist yfir 2 ára tímabil jafngildir það innan við,5% árlegri orkuaukningu. Þetta er m.ö.o. það lítið orkumagn að það mun ekki valda neinum erfiðleikum. Til samanburðar jókst forgangsorkuþörfin á markaðssvæði Orkuveitu Reykjavíkur á þriggja ára tímabili, frá 25 til 28, að jafnaði um 4,5% á ári. Á sama árabili jókst aflþörfin um 2,4% á ári. Aflþörf 5. rafbíla Töluvert flóknara er að átta sig á nauðsynlegri aflþörf. Til þess þarf m.a. að áætla meðalakstur hvers bíls á dag, hleðsluafl og hleðslumynstur, þ.e. hversu oft er hlaðið og hve lengi hverju sinni. Þá þarf að taka með í reikninginn áætlaðan samtímastuðul hleðsluálagsins þegar margir rafbílar eru hlaðnir samtímis. Eins og áður segir er gert ráð fyrir að orkuþörf meðalrafbíls á hvern ekinn km sé 15 Wh. Miðað við áðurnefndar forsendur um 41 km akstur á dag að jafnaði, svarar þetta til þess að orkuþörf hvers rafbíls á dag sé um 6 kwh. Á mynd 2 er sýndur einn hugsanlegur hleðsluferill fyrir hverja einstaka hleðslu rafbíls. Í greiningunni hér á eftir er gert ráð fyrir að hver rafbíll sé hlaðinn daglega og að orkumagn hverrar rafhleðslu miðist við að rafgeymar bílsins anni dagsþörfinni, þ.e. 6 kwh. Hleðsluferillinn sem hér er valinn er langt frá því að vera sá eini mögulegi. Prófaðir voru ýmsir aðrir möguleikar, t.d. fast álag allan hleðslutímann og línulega fallandi álag og ýmsir fleiri möguleikar voru skoðaðir. Niðurstaðan varð í öllum tilvikum svipuð í grundallaratriðum. Það sýnir að lögun ferilsins skiptir ekki máli í sjálfu sér heldur eru það aðrir þættir sem vega þyngra eins og nánar mun koma í ljós hér á eftir. 4,5 4, 3,5 3, kw 2,5 2, 1,5 1,,5, Mesta afl: 4 kw Orkumagn: 6 kwh Hleðslu mi: 2 klst Hleðsluálag : :3 1: 1:3 2: Tími Mynd 2. Tækni- og vísindagreinar 255

4 P qxp :33 Page MW Sá hleðsluferill sem valinn er hér er þannig lagaður að hleðslutíminn er alls tvær klukkustundir og mesta hleðsluafl er í upphafi um 4 kw. Þegar um 6% hleðslutímans er liðinn lækkar aflið í þriðjung af upphaflegu afli þ.e. í 1,3 kw og helst þannig til loka. Meðalaflið er því um 2,9 kw en það samsvarar tæplega 13 A hleðslustraumi við 23 V spennu frá tengli. Til þess að áætla heildaraflþörfina frá rafdreifikerfinu þarf að gefa sér forsendur um samtímaálag þess rafbílaflota sem hlaða þarf á hverjum sólarhring. Hér er komið að einum vandasamasta þætti greiningarinnar. Við alversta hugsanlega tilvik, sem er að allir 5. rafbílarnir yrðu tengdir kerfinu á sama augnabliki, mun raforkukerfið verða fyrir 2 MW höggi. Það er á við allan forgangsorkumarkað Orkuveitu Reykjavíkur á háálagstíma. Svipað högg hlytist einnig af því ef allstórum kerskála álvers væri skellt inn á raforkukerfið í heilu lagi. Enda þótt hverfandi líkur séu á slíkum atburði, þ.e. að hver einasti bíll yrði tengdur kerfinu á sama augnabliki, er þó ljóst að töluverður hluti flotans verður í hleðslu á sama tíma. Spurningin er aðeins hve stór hluti og hvernig tengingu einstakra bíla verður háttað. Til þess að leita svara við þessu vandamáli var farin sú leið að setja upp slembihermun. Það var gert þannig að upphaf hleðslutíma hvers rafbíls var ákvarðað út frá Rayleighlíkindadreifingu. Reyleigh-dreifingin er skyld Gauss-dreifingu (normaldreifingu) en er frábrugðin að því leyti að hún er ósamhverf, rís tiltölulega bratt en fellur aftur meira aflíðandi. kx f ( x; σ ) = e 2 σ k = 3 σ = 2,6 15: 17: 19: 21: 23: 1: 3: 5: 7: Mynd 3, Tími x 2 / 2σ 2 Fjöldi bíla: 5. Orkumagn: 3 MWh Mesta afl: 7 MW Sam mastuðull:,35 Niðurstöðu þessarar hermunar má sjá á mynd 3. Forsendur eru þær að hver einstakur hleðsluferill hefur það form sem áður var lýst, upphaf hleðslutímabils miðast við kl. 17: og hver einstakur rafbíll fer í hleðslu samkvæmt því sem slembidreifingin segir fyrir um. Eins og við er að búast bera niðurstöðurnar svip Rayleigh-dreifingarinnar. Álagið vex tiltölulega hratt og nær hámarki, 7 MW, um kl. 19:3. Síðan fjarar álagið út og er að mestu afstaðið um kl. 3:. Síðasti bíllinn fer í hleðslu kl. 6:25 og er hleðslu allra bílanna því lokið kl. 8:25. Heildarhleðslutíminn stendur því yfir í um 15 klst, þ.e. frá kl. 17: til kl. 8:. Eins og sést á niðurstöðunum er heildarorkumagnið sem fer í að hlaða alla bílana 3 MWh og mesta hleðsluálag er um 7 MW. Samkvæmt því reiknast nýtingartíminn 4,3 klst. og samtímastuðullinn er,35. Álag [MW] Vetrarálag _ _ _ _ _ _ _1 Dags Hleðsluálag Heildarálag Núverandi álag Mynd 4, Áhrif á heildarálagið Hér á undan var sýnt fram á að líklegt hámarksálag vegna hleðslu 5. rafbíla gæti verið nálægt 7 MW. Þá er um að ræða reglubundið álag vegna hleðslu rafbíla innan hvers sólarhrings. Miklu máli skiptir hvenær sólarhringsins þetta hleðsluálag fellur til og hvernig samlögun þess við annað álag verður háttað. Mynd 4 sýnir núverandi dægurálag (rauður ferill), þ.e. heildarálag vegna forgangsorkumarkaðar Orkuveitu Reykjavíkur. Ferillinn sýnir álagið eins og það mældist vikuna til , frá laugardegi til föstudags. 256 Árbók VFÍ/TFÍ 21

5 P qxp :4 Page 257 Sé gert ráð fyrir því að hleðsluálagið (ljósblár ferill), Vetrarálag 28 bætist við forgangsorkuálagið eins og það var þessa 26 tilteknu viku, þ.e. að hleðsluálagið hefjist um kl. 17: og að því sé að mestu lokið kl. 3:, þá 2 verður niðurstaðan eins og dökkblái ferillinn sýnir Hámark hleðsluálagsins fellur á sama tíma og hefðbundinn kvöldálagstoppur stendur yfir og leggst því með fullum þunga á kerfið. Við þetta myndi 8 hæsta álag vikunnar hækka úr 2 MW í tæplega MW. 2 Ef á hinn bóginn væri hægt að hafa nokkra stjórn á Dags því, t.d. með gjaldskrárívilnunum, að færa hleðsluálagið til innan sólarhringsins, þannig að það félli að mestu til þegar hefðbundinn kvöldtoppur er afstaðinn, yrðu áhrifin á heildarálagið gjörólík. Þetta Mynd 5. er sýnt á mynd 5. Í þessu tilviki er gert ráð fyrir að lögun hleðsluálagsins fylgi normaldreifingu og að hámarkið sé á milli kl. 3: og 4:. Eins og sjá má lendir hleðslutoppurinn nú í öldudal í núverandi dægurálagi og mesta álag helst óbreytt. Vannýtt straumgeta í rafdreifikerfinu Svigrúm til álagsaukningar er að jafnaði meira í 11 kv hluta rafdreifikerfisins en í lágspennuhlutanum. Skýringin á þessu liggur í uppbyggingu og eðli kerfisins. Í því skyni að meta getu kerfisins í heild til að taka við nýju álagi, sem óhjákvæmilega mun fylgja innleiðingu rafbíla á markaðinn, er því eðlilegt að beina sjónum fyrst og fremst að lágspennukerfinu. Það er sá hluti kerfisins sem snýr að almennum raforkunotendum, svokölluðum forgangsorkumarkaði. Lágspennukerfið er spennufallshannað, það er m.ö.o. hannað þannig að tryggt sé eins og við verður ráðið að rétt spenna sé á tenglum notenda, hvorki of há né of lág. Við aukið álag lækkar spennan, einkum á jöðrum þjónustusvæða, og er við það miðað að þetta spennufall verði ekki meira en sem nemur 5% af málspennu sem er 23 V. Í viðamikilli rannsókn sem framkvæmd var af verkfræðideild Orkuveitu Reykjavíkur á árunum 29 til 21 var stærstur hluti austursvæða Reykjavíkur rannsakaður, ásamt Kópavogi og Seltjarnarnesi og þeim hluta Garðabæjar sem tilheyrir dreifisvæði Orkuveitu Reykjavíkur. Rannsóknin takmarkaðist þó við þá hluta dreifikerfisins sem eingöngu þjóna íbúðaálagi. Stuðst var við svipaða aðferðafræði og lýst er í fyrrnefndri rannsókn Elísabetar Björneyjar Lárusdóttur. Notuð var endurbætt útgáfa af reiknilíkani sem þróað hefur verið hjá Orkuveitu Reykjavíkur til hönnunar í rafdreifikerfinu. Á mynd 6 eru sýnd þau svæði sem rannsökuð voru. Tvenns konar álagsforsendur voru notaðar. Annars vegar er háálag, sem skilgreint er á þeim tíma ársins þegar álag er hæst. Þetta er einkum síðdegisálag Mynd 6. virka daga í desember og janúar. Hins vegar er lágálag skilgreint fyrir þau álagstilvik sem gera má ráð fyrir að séu ríkjandi stóran hluta ársins, svo sem alla sumarmánuðina og nokkurn hluta af nætur- Álag [MW] Núverandi álag Hleðsluálag Heildarálag Tækni- og vísindagreinar 257

6 P qxp :34 Page 258 Hlu all af mesta álagi ársins 27 [%] álagi vor og haust. Þessi tvö álagstilvik ná ekki að þekja allt ársálagið enda er tilgangurinn frekar að rannsaka getu kerfisins nálægt útgildum álagskúrfunnar. Niðurstöðurnar eru þess vegna nálægt því að vera umlykjandi og þ.a.l. marktækar fyrir hvaða álagstilvik sem vera skal. Hönnunarforsendur vegna uppbyggingar rafdreifikerfisins gera ekki ráð fyrir álagi vegna hleðslu rafbíla. Fari svo að þær framtíðarspár um fjölgun rafbíla sem settar voru fram hér á undan, þ.e. að notkun rafbíla verði almenn í náinni framtíð og að umtalsverður fjöldi þeirra verði tengdur við rafdreifikerfið til reglulegrar endurhleðslu innan nokkurra ára, þarf að sjálfsögðu að endurskoða hönnunarforsendur til framtíðar. Gagnvart núverandi kerfi er líklegast að fjölgun rafbíla verði ekki örari en svo að eðlileg styrking kerfisins, sem í mörgum tilvikum mun hvort eð er þurfa Langæislína forgangsorkuálags að ráðast í, haldi vel í við þróunina. Raforkudreifikerfið er hannað þannig að það ráði á hverjum tíma við hæsta álagstopp jafnframt því sem spennufalli á jöðrum kerfisins er haldið innan viðunandi marka. Einkenni álagsins má lesa út úr svokölluðum langæislínum eins og þeim sem sýndar eru á mynd 7 fyrir forgangsorkuálagið árin Þessi tegund kennilínu sýnir hve stóran hluta ársins álagið er yfir tilteknu marki. Þannig má sjá að forgangsorkuálagið þessi ár var að jafnaði meira en Hlu all ma innan ársins [%] sem nemur 9% af mesta álagi ársins 27 einungis Álag 27 Álag 28 Álag 29 um eða innan við 2,5% tímans eða sem nemur rúmum 2 klst. Hér á eftir er gerð grein fyrir Mynd 7, niðurstöðum þessarar rannsóknar eftir hverfum og bæjarfélögum Niðurstöður fyrir einstök álagssvæði Fjöldi ra íla í hleðslu Hér verður látið nægja að tilfæra eitt stakt dæmi um niðurstöður í tilteknu hverfi Reykjavíkur, þar sem vísað er til vannýttrar straumgetu einstakra dreifistöðva. Aðrar niðurstöður hér á eftir eru með vísun til stærri svæða, heilla hverfa eða bæjarfélaga. Árbæjarhverfi Fjöldi ra íla sem hægt er að hlaða frá hverri dreifistöð D22 D428 D438 D439 D67 D68 D617 D629 Mynd 8, Háálag Dreifistöð 4 71 Lágálag Í Árbæjarhverfi var rannsökuð vannýtt straumgeta alls átta dreifistöðva. Niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 8 þar sem tilgreindur er fjöldi rafbíla sem hver dreifistöð getur þjónað samtímis við tvenns konar álagsforsendur eins og skilgreint var hér á undan. Niðurstöðurnar sýna greinilega mismikla getu stöðvanna til að taka við aukni álagi. Þetta á almennt við um dreifistöðvar í öllu kerfinu. Þrátt fyrir einsleitar hönnunarforsendur kemur í ljós að dreifistöðvar eru mjög misvel nýttar. Þetta getur átt sér ýmsar skýringar, m.a. þær að uppbygging og þróun hverfa hefur verið með öðrum hætti en upphaflega var gert ráð fyrir. Að sjálfsögðu á þetta einkum við um stöðvar sem sýna mesta frávik frá meðallagi, hvort heldur er til hækkunar eða lækkunar. Frávik frá hönnunarálagi má einnig skýra að nokkru leyti með því að stærðir dreifispenna eru staðlaðar. Þróun álagsins í tímans rás á þjónustusvæði viðkomandi dreifistöðvar leiðir á endanum í ljós hvernig spennarnir nýtast í raun. 258 Árbók VFÍ/TFÍ 21

7 P qxp :34 Page 259 Þegar litið er á niðurstöður fyrir stærri svæði, eins og á mynd 9, sem sýnir öll hverfin í Reykjavík sem rannsökuð voru, kemur í ljós að vegna meðaltalsáhrifa jafnast niðurstöðurnar töluvert á milli svæða. Hér eru niðurstöðurnar túlkaðar sem líkindi, þ.e. hversu líklegt má telja að við núverandi aðstæður í dreifikerfinu verði unnt að hlaða rafbíl í viðkomandi hverfi Reykjavíkur við mismunandi álagsforsendur. Sem dæmi eru helmingslíkur á því að íbúi í Fossvogshverfi geti tengt sinn rafbíl til hleðslu við kerfið á lágálagstíma. Þetta má einnig orða þannig að við lágálag megi búast við að annar hver íbúi í hverfinu geti hlaðið sinn rafbíl samtímis. Hér er það haft að viðmiði eins og áður segir að spenna út af tengli sé viðunandi, þ.e. að enginn notandi fái afhenta spennu sem er lægri en sem nemur 5% spennufallsmörkum. Við lágálag eru líkurnar heldur betri í Réttarholtshverfi en í Fossvogshverfi en á hinn bóginn heldur verri í Seljahverfi. Við háálag eru einungis um fjórðungslíkur á að íbúi í Fossvogshverfi geti tengt sinn bíl eða m.ö.o. fjórði hver íbúi getur hlaðið samtímis, í Seljahverfi sjöundi hver. Á mynd 1 eru sýndar hliðstæðar niðurstöður fyrir tvö svæði í Kópavogi, sem skiptast eftir póstnúmerum eins og sýnt er. Tiltölulega lítill munur er á svæðunum, þó er svigrúmið öllu meira í eldri hverfum bæjarins, þ.e. í póstnúmeri 2. Að lokum er á mynd 11 sýndur samanburður á milli allra bæjarfélaganna sem rannsökuð voru. Niðurstöður fyrir Reykjavík og Kópavog eru svipaðar og jafnframt nálægt meðaltali allra bæjarfélaganna. Þannig eru um helmingslíkur á að rafbílaeigandi í Reykjavík og Kópavogi geti hlaðið bíl sinn á lágálagstíma en fjórðungslíkur á háálagstíma. Þetta jafngildir því að rafbílaeigandi í annarri hverri íbúð geti hlaðið samtímis á lágálagstíma en fjórði hver á háálagstíma. Svigrúmið er nokkru meira á Seltjarnarnesi og enn frekar í Garðabæ. Þó vantar nokkuð á að allir íbúðaeigendur geti tengt bíla sína til hleðslu samtímis í Garðabæ á lágálgstíma. 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % 23,7% 26,4% 47,9% Reykjavík Hlu all íbúða í lteknum hverfum sem geta hlaðið a.m.k. einn ra íl við tvenns konar álags lvik Kópavogur Hlu all íbúða í lteknum hverfum sem geta hlaðið a.m.k. einn ra íl við tvenns konar álags lvik 3,2% 26,2% 54,6% 23,3% 2 Kóp Kóp 51,9% 53,2% 5,5% 88,4% Háálag 26,8% Lágálag Mynd 1. Hlu all íbúða e ir bæjarfélögum sem geta hlaðið a.m.k. einn ra íl við tvenns konar álags lvik 49,2% 35,2% 67,8% 43,6% 26,4% Reykjavík Garðabær Kópavogur Seltjarnarnes Heild Háálag 29,5% 53,7% Láálag 3,7% Mynd ,3% 13,8% Árbær Fossvogur Grafarvogur Ré arholtshverfi Seljahverfi Háálag Lágálag Mynd 9. 38,6% 51,9% Lokaorð Raforkudreifikerfi Orkuveitu Reykjavíkur er hannað eftir ströngustu kröfum um spennugæði og afhendingaröryggi orku. Ávallt er nokkuð borð fyrir báru að því er varðar sveigjanleika og getu kerfisins til að taka við nýju álagi. Nýting innlendra orkugjafa til stórfelldrar rafvæðingar á bílaflota landsmanna virðist fýsilegur kostur og jafnvel líklegur á næstu áratugum en slík rafvæðing krefst endurskoðunar á hönnunarforsendum rafdreifikerfisins. Tækni- og vísindagreinar 259

8 P qxp :34 Page 26 Ítarleg rannsókn var gerð á lágspennuhluta dreifikerfisins víða á þjónustusvæði Orkuveitu Reykjavíkur í þeim tilgangi að meta svigrúmið í kerfinu fyrir nýtt álag eða það sem nefnt hefur verið vannýtt straumgeta kerfisins. Niðurstöðurnar eru að stærstum hluta jákvæðar. Þar sem núverandi forsendur gera ekki ráð fyrir rafbílaálagi er þó ljóst að víða í rafdreifikerfinu þyrfti að leggja í töluverðar fjárfestingar til að styrkja kerfið ef af stórfelldri rafbílavæðingu yrði á næstu árum. Þó eru á því þó nokkrar undantekningar þar sem rafdreifikerfið í núverandi mynd gæti þjónað 1% rafbílavæðingu á afmörkuðum svæðum. Rannsókn var gerð á því sérstaklega hver líkleg orkuþörf rafbílaflota væri og einnig við hverju mætti búast varðandi aflúttekt úr kerfinu. Ákveðið var að miða við 5 þúsund rafbíla á næstu 2 árum. Niðurstöðurnar benda til að orkuþörfin sé um 112 GWh. Þessi orkuþörf kæmi inn í áföngum en gera þarf ráð fyrir þessu í virkjunaráætlunum. Líkleg aflúttekt er um 7 MW og miklu skiptir hvenær sólarhringsins þetta álag kemur inn á kerfið. Óæskilegt væri að fá hleðsluálagið inn á kvöldtopp dægursveiflunnar og raunar myndi dreifikerfið ekki ráða við það án verulegra spennuvandræða. Það þarf því að líta til einhverra aðferða til að koma megninu af þessu álagi yfir á lágálagstímann sem er á nóttunni. Ný vandamál kunna að skjóta upp kollinum samfara rafbílavæðingu sem tengjast einmitt því að færa megnið af hleðsluálaginu yfir á nóttina. Nánar tiltekið er hér um að ræða vandamál sem snúa að varmamyndun sem verður vegna tapa í jarðstrengjakerfinu. Þessum varma þarf að koma út úr kerfinu aftur til þess að ekki verði hætta á ofhitnun og skemmdum á strengjum. Verði umtalsverð aukning á næturálagi fá strengirnir ekki lengur þá reglubundnu hvíld sem nú fylgir lágálaginu á nóttunni. Þetta þarf að skoða sérstaklega ef til endurskoðunar kæmi að öðru leyti á hönnunarforsendum dreifikerfisins. Heimildir [1] IEA. Annual Energy Outlook 25. US Department of Energy (25). [2] Arnar Bragason. Rafvæðing bílaflotans á Íslandi. Háskólinn í Reykjavík (29). [3] Valgerður Einarsdóttir Rafbílavæðing höfuðborgarsvæðisins Mat á ónýttri straumgetu í rafdreifikerfi Orkuveitu Reykjavíkur. Orkuveita Reykjavíkur (21). [4] Elísabet Björney Lárusdóttir. Áhrif tengjanlegra tvinnbíla á spennufall og afgangsstraumgetu rafdreifikerfis Orkuveitu Reykjavíkur. Háskólinn í Reykjavík (27). [5] [6] [7] [8] 26 Árbók VFÍ/TFÍ 21