Dziś jest środa, 16 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8934 -0.05% 1EUR 4.297 +0.05% 1GBP 4.961 +0.67%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
17 październik 2019
72 edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu 
więcej
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
14 lipiec 2014.

Infrastruktura ładowania pojazdów elektrycznych część 1

Infrastruktura ładowania pojazdów elektrycznych część 1

W artykule przedstawiono przegląd zagadnień z zakresu infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych. Przeanalizowano wpływ dużej liczby pojazdów EV na system elektroenergetyczny. W analizie uwzględniono zarówno wzrastające zapotrzebowanie na moc jak też na zapewnienie wysokiej jakości energii elektrycznej. Pokazano ideę wykorzystania pojazdów EV jako magazynów energii w systemie elektroenergetycznym. Zaprezentowano podstawowe topologie przekształtników energoelektronicznych układów ładowania oraz bardziej zaawansowane struktury do dwukierunkowego przesyłu energii a ponadto struktury układów do ładowania bezprzewodowego.

dr inż. Jarosław Guziński
dr inż. Marek Adamowicz
mgr inż. Jan Kamiński
Politechnika Gdańska

1. WSTĘP

Coraz większa uwaga zwrócona jest na rozwój komunikacji samochodowej wykorzystującej pojazdy elektryczne o zasilaniu bateryjnym (ang. electric vehicle EV) oraz pojazdy hybrydowe ze zwiększonym zasięgiem jazdy z bateria (ang. plug-in hybryd electric vehicle PHEV). każdy z tych pojazdów wymaga dostępu do sieci elektrycznej, niezbędnego do ładowania baterii. Zapewnienie dostępności do stacji ładowania jest niezbędne do upowszechnienia pojazdów elektrycznych. Stacje ładowania powinny być dostępne na miejscach parkingowych w domu i pracy, przy centrach handlowych, urzędach, parkach, ośrodkach rekreacyjnych i innych miejscach, z których korzystają kierowcy. We wszystkich tych miejscach lub ich pobliżu jest siec elektryczna lecz brakuje odpowiednich stanowisk do podłączenia ładowarek pojazdu.

Zwiększone zapotrzebowanie na energie do ładowania EV stanowi wyzwanie dla systemu elektroenergetycznego. Jednak EV mogą tez wspomagać sieć
w warunkach zaniku lokalnego zasilania lub obecności dużej ilości odnawialnych źródeł energii elektrycznej.

W referacie przedstawiono zagadnienia związane z problemami infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych, ładowarek, oraz współpracy z siecią elektroenergetyczną. Pokazano stosowane i przyszłościowe rozwiązania. Omówiono problem obciążenia systemu elektroenergetycznego wskazując że już obecna sieć może pozwolić na budowę całych sieci stanowisk ładowania. Konieczne jest jednak przeprowadzenie pierwszych inwestycji pozwalających uwierzyć kierowcom, że po zakupie pojazdu nie będą ograniczeni niewielką ilością i dostępnością sieci ładowania.

2. WPŁYW POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH NA PRACĘ SYSTEMU ELEKTROENERGETYCZNEGO

Zgodnie z danymi Instytutu Badań Rynku Motoryzacji SAMAR [1] ilość samochodów osobowych zarejestrowanych w Polsce przekracza 17 mln sztuk. Według przewidywań w roku 2020 co 10 samochód będzie EV [2]. Ponieważ energia baterii EV wynosi obecnie średnio ok. 20 kWh to w trybie ładowania 10 godzinnego pojazd EV stanowi dla SEE obciążenie 2kW. Przy 1,7 mln pojazdów i ekstremalnym współczynniku jednoczesności ładowania będzie to stanowić obciążenie dla SEE o mocy 3,4 GW.

Podstawowym pytaniem jest czy, przy przewidywanym wzroście ilości EV, obecny system elektroenergetyczny podoła zwiększonemu zapotrzebowaniu na moc.

W Polsce, według stanu z października 2010, sumaryczna moc zainstalowana w elektrowniach wynosi 35,9 GW. Z zestawienia tych danych wynika, że w przyszłości EV mogą mieć istotny wpływ na pracę SEE.

W rzeczywistości obciążenie systemu będzie mniejsze, gdyż jedynie część pojazdów będzie równocześnie ładowana. Pozytywnym jest to, że główny proces ładowania EV przypada na godziny noce. W tych czasie w SEE jest nadmiar mocy. W godzinach obciążeń szczytowych SEE większość użytkowników EV jest w drodze dom-praca - jedynie mała liczba EV będzie ładowana w tym okresie (rys. 1).


Rys. 1. Dobowy rozkład obciążeń systemu elektroenergetycznego [3].

Ładowanie pojazdów eV w okresach zmniejszonego obciążenia seeumożliwia stabilizację seeprzez zmniejszenie nierównomierności obciążenia.

Czynnikiem sprzyjającym ładowaniu większości pojazdów w okresach zmniejszonego zapotrzebowania na energię elektryczną jest istotne zróżnicowanie taryf energii. Możliwe są scenariusze, że przy zastosowaniu układów inteligentnych ładowania eV, wybierane będą automatycznie momenty pracy układu ładującego aby zapewnić minimalizację kosztów energii - kosztów "tankowania" pojazdów.

Osobnym zagadnieniem z wiązanym z wpływem eV na system eejest wzrost ilości przekształtników energoelektronicznych ładowarek. typowa struktura takiego układu wykorzystuje przetwarzanie pośrednie ac/dc/dc/actransformator wysokiej częstotliwości i prostowanie końcowe ac/dc(rys. 2)


Rys. 2. Typowa struktura przekształtnika do ładowania baterii akumulatorów

Zastosowanie na wejściu ładowarki prostownika diodowego powoduje, że prąd pobierany z sieci jest silnie odkształcony (rys. 3).


Rys. 3. Kształt prądu wejściowego - pobieranego z sieci EE - dla ładowarki z rys. 2.

Przy dużej ilości układów ładujących o strukturze z rys. 10 nastąpi niedopuszczalny wzrost wyższych harmonicznych w napięciu zasilającym. dlatego, układy ładowarek eV muzą mieć bardziej rozbudowana strukturę zapewniająca pobór prądu sinusoidalnego z sieci przy jednostkowym współczynniku mocy. jest to możliwe do uzyskania przez zastąpienie wejściowego prostownika diodowego prostownikiem sterowanym tranzystorowym.
taki układ pozwala dodatkowo na zwrot energii do sieci co jest podstawą koncepcji V2G.
układy ładowarek dużych mocy sięgają po bardziej złożone przekształtniki - np. wielopoziomowe. próbuje się również wykorzystać tranzystorowe przekształtniki prądu [4].

3. POJAZDY ELEKTRYCZNE JAKO MAGAZYNY ENERGII - PROPOZYCJA SYSTEMU V2G (VEHICLE-TO-GRID

Pojazdy z napędem elektrycznym można traktować jako ruchome, rozproszone źródła zasilania. wyposażenie pojazdu w przetwornicę energoelektroniczną o dwukierunkowym przepływie energii (rys. 4) umożliwia przetworzenie energii akumulatorów na energię prądu zmiennego, którą można przekazać do sieci elektroenergetycznej.


Rys. 4. Układ przekształtnika dla V2G - przekształtnik o dwukierunkowym przepływie energii.

Ilość energii elektrycznej pojedynczego pojazdu zawiera się w granicach od paru kWh do ponad kilkudziesięciu kWh (tab. 1). Jest to ilość energii pomijalna dla systemu elektroenergetycznego. Jednak przewidywany znaczący wzrost liczby takich pojazdów, będzie umożliwiał realne wykorzystanie EV jako zasobników dla SEE.

Tab. 1. Zestawienie parametrów osobowych pojazdów elektrycznych [5, 6]

Przy wykorzystaniu zasobników EV trzeba pamiętać, że tylko część pojazdów jest jednocześnie ładowana, różny jest ich stopień naładowania baterii oraz zmienny rozkład umiejscowienia podłączenia do SEE. Ilość energii, którą można pobrać z baterii EV uzależniona jest też od zezwolenia użytkowników EV planujących najbliższe jazdy. Uwzględnienia wymaga też sprawność układów przetwarzania energii pomiędzy EV a SEE. Wydaje się więc, że bieżąca dostępność zasobników EV jest trudna do oszacowania. Jednak można to będzie ocenić z dużym prawdopodobieństwem - analogicznie jak ocenia się obecnie prawdopodobieństwo obciążenia SEE.

Koncepcja konwersji energii pojazdów EV do SEE jest podstawą technologii, określanej jako V2G (ang. Vehicle-to- Grid), która została po raz pierwszy przedstawiona w pracy [7-9]. Wykorzystanie technologii V2G w strukturze sieci EE pokazano na rys. 5.


Rys. 5. Koncepcja technologii V2G [7]: (1) elektrownie zawodowe, (2) rozproszone źródła energii odnawialnej, (3) linie przesyłowe wysokich i średnich napięć, (4) sieci dystrybucyjne niskiego napięcia, (5) indywidualne stacje ładowania - domy mieszkalne, (6) grupowe stacje ładowania - parkingi, zakłady pracy, centra handlowe, biura, urzędy, (7) centrala Operatora Systemu, (8) pojazdy EV z indywidualną łącznością z Operatorem Systemu, (9) pojazdy EV w grupowych stacjach ładowania - łączność z Operatorem Systemu realizowana przez centralny układ grupowej stacji ładowania.

Koncepcja V2G obejmuje zagadnienia zarówno techniczne jak i ekonomiczne. Energię z EV można użyć do stabilizacji SEE, podtrzymania zasilania w sieci lokalnej a nawet do kompensacji mocy biernej i harmonicznych w sieci ograniczonej czy też regulacji mocy w systemie [10]. Wykorzystanie EV z V2G we wtórnej regulacji SEE przez rozproszenie i niepewność umiejscowienia utrudnia użycie do procesów regulacji wtórnej SEE . Łatwiejsze będzie użycie do bilansowania energii pochodzącej z rozproszonych lokalnych odnawialnych źródeł energii, szczególnie charakteryzujących się duża zmiennością generowanej energii - np. elektrowni wiatrowych [11].

Wprowadzenie V2G wymaga specjalizowanych przetwornic ładowania i odpowiedniej infrastruktury. Niezbędna jest koordynacja rozproszonych magazynów energii przez łączność pomiędzy EV a centralą operatora systemu. Można tu użyć powszechne systemy GSM i GPS . Do komunikacji z grupowymi punktami ładowania EV komunikacja z EV odbywać mogła by się pomiędzy punktem nadzorującym ładowanie grupowe pojazdów a centrum operatora systemu. Istotnym elementem V2G jest układ pomiarowy do precyzyjnego pomiaru ilości energii pobranej i oddawanej do rozliczenia finansowego miedzy operatorem SEE a kierowcą EV.

System rozliczania finansowego w V2G można wyobrazić sobie jako odpowiednik obecnie działających systemów rozliczeń telefonów komórkowych. Ponieważ pojedynczy użytkownik EV nie jest raczej interesujący dla operatora SEE najprawdopodobniejszym rozwiązaniem jest wprowadzenie szeregu małych firm usługo dawczych pośredniczących pomiędzy użytkownikami EV a operatorem SEE. Być mogło by to być dodatkowym obszarem działalności operatorów sieci telefonii GSM, których infrastruktura pozwala już obecnie na realizację takich rozwiązań.

Podstawowym zastrzeżeniem w stosunku do V2G jest to że użytkownicy pojazdów nie będą chcieli aby baterie ich pojazdów były rozładowywane co uniemożliwiało by im późniejszą jazdę. Konieczne jest więc zapewnienie możliwości ograniczenia dopuszczalnego stopnia rozładowania baterii w zależności od czasu i zasięgu planowanej jazdy - np. przy użyciu panelu sterującego pokazanego na rysunku 6.


Rys. 6. Przykład panelu sterującego pojazdu EV pozwalający na ustawienie ograniczenia stopnia rozładowania baterii przez system V2G oraz monitorującego stan rozliczeniowy rachunku [7]

Dodatkowe układy nie są barierą ograniczająca V2G. Wzrost ceny pojazdu EV dostosowanego do V2G jest oceniany jako nieznaczny w porównaniu z ceną całego pojazdu [12]. Korzyści ekonomiczne kierowców - sprzedawców energii z magazynów EV będą przyczyniać się do rozwoju sieci V2G.

Źródło: Automatyka, elektryka, zakłócenia
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl