Автореферат (Исследование эффективности использования энергетических комплексов на основе возобновляемых источников энергии для зарядки электротранспорта)

На правах рукописиШуркалов Петр СергеевичИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА. ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЗАРЯДКИ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА05 Л 4.08 - Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква, 2014 г.Работа выполнена на кафедре «Гидроэнергетика и возобновляемыеисточникиэнергии»Федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегопрофессиональногообразована«Национальный исследовательский университет «МЭИ».Научный руководитель:Доктор технических наук, профессоркафедры«Гидроэнергетикаивозобновляемые источники энергии»ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»Тягунов Михаил ГеоргиевичОфициальные оппоненты:Доктор технических наук, профессор,заместительгенеральногодиректора«Института энергетической стратегии»Минэнерго РоссииБезруких Павел ПавловичКандидат технических наук, генеральныйдиректор ООО «СОЭНТЕ»Дорошин Александр НиколаевичВедущая организация:Государственное научное учреждение«Всероссийскийнаучноисследовательскийинститутэлектрификации сельского хозяйства»ФедеральногоагентстванаучныхорганизацийЗащита состоится «21» ноября 2014 г.

в аудитории Г-200 в 15 часов00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при Федеральномгосударственномбюджетномобразовательномучреждениивысшегопрофессионального образования «Национальный исследовательский университет«МЭИ» по адресу: Москва, ул. Красноказарменная, д. 17, 2 этаж, корпус «Г».Отзывы и замечания на автореферат в двух экземплярах, заверенныепечатью учреждения, просим присылать по адресу: 111250, Москва,ул.

Красноказарменная, д. 14, Учёный Совет «НИУ «МЭИ».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «НИУ «МЭИ».Автореферат разослан «__»Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.157.03кандидат технических наук2014 г.Дичина О.В.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертационной работыС каждым годом количество проданных в мире электромобилей и гибридныхэлектромобилей растёт. За 2012 год в мире было продано около 120 тысяч такихтранспортных средств, а к 2020 году прогнозируется, что доля электротранспортасоставит порядка 10% от общего количества автомобилей (на сегодняшний деньэта доля составляет менее 0,02%). В результате столь интенсивного внедренияэлектромобилей в повседневную жизнь возникает потребность в соответствующейзарядной инфраструктуре, а именно в сетях зарядных станций и/или станцийзамены аккумуляторных батарей (АКБ).Сегодня в мире развитие инфраструктуры станций подзарядкиэлектротранспорта, работающих от электрической сети, ведётся довольнобольшими темпами.

Из упомянутых выше двух типов станций наибольшеераспространение получили зарядные станции, количество которых уже превышает50 тысяч. Что касается станций замены АКБ, то их сейчас всего несколько, однакосо временем эта ситуация должна измениться. Кроме этого сравнительно недавново многих странах мира начали появляться зарядные станции, работающие отвозобновляемых источников энергии (ВИЭ), а именно – от энергии солнца и ветра.Общее количество таких станций в мире уже насчитывает несколько сотен штук.Энергоснабжение станций подзарядки электротранспорта от ВИЭ внастоящее время весьма актуально, в первую очередь при учёте экологическихфакторов. Так, при подзарядке на сетевых станциях, которых сейчас большинство,эффект от снижения уровня выбросов за счёт замещения автомобилейэлектромобилями частично компенсирует ростом выбросов тепловыхэлектростанций (ТЭС), обеспечивающих рост мощности этого нового типапотребителей. Таким образом получается, что электрические транспортныесредства способствуют улучшению экологической обстановки только в техрайонах, где они используются, тогда как в районах, где расположены ТЭС,напротив, наблюдается рост загрязнения атмосферы.

Станции, работающие отгенерирующих установок на основе ВИЭ, такого недостатка практически лишены,так как в этом случае электроэнергия, необходимая для их работы, вырабатываетсяс использованием местных экологически чистых энергоресурсов (энергии солнца,ветра и др.). Кроме этого энергетические комплексы, включающие в себяустановки на основе ВИЭ, зарядные станции и/или станции замены АКБ позволяютэффективно экономить ископаемое топливо за счёт замещения вырабатываемой наТЭС электроэнергии для зарядки электротранспорта.Помимо экологической и топливной составляющих использованиеэнергокомплексов на основе ВИЭ и станций подзарядки позволяет также повыситьэнергобезопасность и энергонезависимость энергорайонов страны. С точки зренияэнергобезопасности строительство таких комплексов привнесёт в энергобалансэтих районов и регионов ещё один или несколько новых объектов генерацииэлектроэнергии на основе ВИЭ.

В случае выхода из строя традиционных объектовгенерации (электростанций, дизельных электроустановок и др.) или объектовпередачи и распределения электроэнергии, комплексы на основе ВИЭ смогутснабжать электроэнергией не только станции подзарядки электромобилей, но идругие объекты. В свою очередь для районов, удалённых от линий4электропередачи (ЛЭП) комплексы на основе ВИЭ позволят снизить зависимостьот поставок ископаемых видов топлива.Следует отметить, что в мире данной теме посвящено значительноеколичество исследований. Более того, как уже было упомянуто, за рубёжом ужедействует значительное количество зарядных станций на основе ВИЭ.

В Россиитаких зарядных станций пока нет. Следовательно, проведение исследованийэффективности использования ВИЭ для энергоснабжения станций подзарядкиэлектротранспорта на территории России, а также создание методикипроектирования соответствующих комплексов в части обоснования их структуры ипараметров является актуальным.Цель диссертационной работы:−исследование эффективности использования специализированныхгибридных энергетических комплексов (ГЭК) на основе возобновляемыхисточников энергии для питания зарядных станций или станций заменыаккумуляторных батарей средств электрического транспорта;−разработка методики оптимизации структуры и параметров ГЭК дляэнергоснабжения зарядных станций или станций замены АКБ средствэлектрического транспорта и оценка эффективности их использования в разныхрегионах России.Основные задачи исследованийДля достижения поставленной цели в работе были сформулированы ирешены следующие задачи:1.Проанализировать принципы работы зарядных станций и станцийзамены АКБ средств электрического транспорта и существующие методики ихматематического моделирования;2.Разработать математическую модель ГЭК, включающего в себягенерирующие электроустановки на основе солнечной и ветровой энергии,работающие параллельно с электрической сетью и на автономногоэлектропотребителя, и зарядные станции или станции замены АКБ средствэлектрического транспорта;3.Исследовать влияние состава и параметров исследуемого ГЭК нарежимы его работы;4.Разработать методику и основанный на ней аппарат техникоэкономического обоснования структуры и параметров ГЭК на основе ВИЭ дляподзарядки средств электрического транспорта;5.Оценить эффективность использования генерирующих установок наоснове ВИЭ для энергоснабжения станций подзарядки средств электрическоготранспорта для различных потребителей в различных регионах России иразработать рекомендации по определению оптимальной структуры типовыхэнергетических комплексов на основе станций подзарядки и ВИЭ.Научная новизна работыНаучная новизна работы состоит в следующем:1.Разработаны математические модели зарядных станций и станцийзамены АКБ средств электрического транспорта, имитирующие работу этихстанций в разных условиях эксплуатации;52.Разработана математическая модель ГЭК, включающего в себягенерирующие электроустановки на основе солнечной и ветровой энергии,типовые аккумуляторы или аккумуляторные батареи электромобилей длянакопления избыточной электроэнергии и зарядные станции или станции заменыАКБ средств электрического транспорта с резервированием энергоснабжения отэлектрической сети или дизельных электроустановок (ДЭУ);3.Показано влияние состава и параметров исследуемого ГЭК на режимыего работы и эффективность его использования;4.Разработаны методика экономического обоснования структуры ипараметров ГЭК на основе ВИЭ для подзарядки средств электрического транспортаи рекомендации по использованию установок на основе ВИЭ для энергоснабженияразных типов зарядных станций и станций замены АКБ на территории России.Основные положения, выносимые на защитуНа защиту выносятся следующие положения:1.Математические модели зарядных станций и станций замены АКБсредств электрического транспорта;2.Математическая модель ГЭК, включающего в себя генерирующиеэлектроустановки на основе ВИЭ и зарядные станции или станции замены АКБсредств электрического транспорта;3.Методика экономического обоснования структуры и параметров ГЭКна основе ВИЭ для подзарядки средств электрического транспорта;4.Результаты исследования влияния состава и параметров ГЭК наоснове станций подзарядки и ВИЭ на режимы его работы;5.Результаты исследования эффективности и рекомендации поиспользованию установок на основе ВИЭ для энергоснабжения разных типовзарядных станций и станций замены АКБ средств электрического транспорта натерритории России.Достоверность полученных результатов основана на корректномиспользовании известных верифицированных методик и математических моделейотдельных элементов ГЭК, опубликованных в открытых отечественных изарубежных источниках.Личный вклад автора заключается в следующем:−разработаны математические модели зарядных станций и станцийзамены АКБ разных типов;−разработана математическая модель ГЭК на основе станцийподзарядки и ВИЭ, позволяющая производить расчёт режимов работы ГЭК сразным составом оборудования и расположенных в разных регионах России;−разработана методика обоснования состава и параметров ГЭК,предназначенного для зарядки средств электрического транспорта;−проведены численные эксперименты, обработаны и обобщены ихрезультаты, позволившие сформулировать выводы и разработать рекомендации поопределению структуры ГЭК с использованием установок на основе ВИЭ дляэнергоснабжения зарядных станций и станций замены АКБ разных типов дляразличных регионов России.6Практическая ценность работы состоит в возможности использованияразработанной методики и рекомендаций для определения параметров ГЭК наранних стадиях проектирования, а также для оценки размещения ГЭК состанциями подзарядки средств электрического транспорта в разных регионахРоссии.Апробация работыРезультаты выполненной работы докладывались и обсуждались наВсероссийских и международных конференциях: Восьмая научная молодежнаяшкола с международным участием «Возобновляемые источники энергии» (ФГБОУВПО «МГУ имени М.В.