Диссертация (Исследование эффективности использования энергетических комплексов на основе возобновляемых источников энергии для зарядки электротранспорта), страница 7

Так в [67, 68, 70] возможностьэнергоснабжения станций от ВИЭ объясняется простым сравнением годовойвыработкигенерирующихустановоксгодовымпотреблениемэлектромобилей. В [62-64] хоть и осуществляется моделирование заряднойстанции, не уделяется должного внимания поступлению электромобилей настанцию в течение суток, и уж тем более с учётом недельнойнеравномерности. И это что касается зарядных станций. В случае же состанциями замены методика расчёта их режимов работы будет существенноотличаться, так как на таких станциях практически всегда должен бытьрезервный запас АКБ [69].1.4.Постановка задачи исследованияНасегодняшнийденьзарядныхстанцийистанцийзаменыаккумуляторных батарей, работающих от возобновляемых источниковэнергии, на территории России пока не существует.

Однако в будущем, помере увеличения числа электрических транспортных средств, ввод такихстанций в эксплуатацию позволит не только существенно улучшитьэкологическую обстановку, но также повысить энергобезопасность иэнергонезависимостьрегионовстраныиувеличитьдолюВИЭвэнергобалансе России. К тому же с ростом цен на электроэнергию и топливоэкономическаяэффективностьстанцийподзарядкинаосновевозобновляемых источников будет лишь возрастать, особенно это касается47станций, которые будут расположены удалённо от населённых пунктов илиний электропередачи.

Таким образом, такие станции и соответствующаяим инфраструктура являются актуальными не только для зарубежных стран,но и для России.Анализисследованийинаучныхработвобластизаряднойинфраструктуры, приведенный в п. 1.3, показал, что актуальным такжеявляется:созданиемоделигибридногоэнергетическогокомплекса,включающего в себя разные генерирующие установки возобновляемойэнергетики и зарядные станции или станции замены АКБ, которая быпозволяла осуществлять расчёт режимов работы таких ГЭК;проведение исследований в части эффективности использования такихкомплексов на территории России.В связи с этим целью данной работы является:исследование эффективности использования специализированных ГЭКна основе ВИЭ для питания зарядных станций или станций заменыАКБ средств электрического транспорта;разработка методики оптимизации структуры и параметров ГЭК дляэнергоснабжения зарядных станций или станций замены АКБ средствэлектрического транспорта и оценка эффективности их использованияв разных регионах России.Для достижения поставленной цели работы требовалось решитьследующие задачи:1.Проанализировать принципы работы зарядных станций и станцийзамены АКБ средств электрического транспорта и существующиеметодики их математического моделирования;2.Разработать математическую модель ГЭК, включающего в себягенерирующие электроустановки на основе солнечной и ветровой48энергии, работающие параллельно с электрической сетью и наавтономного электропотребителя, и зарядные станции или станциизамены АКБ средств электрического 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 основеВИЭ для подзарядки средств электрического транспорта;5.Оценить эффективность использования генерирующих установок наоснове ВИЭ для энергоснабжения станций подзарядки средствэлектрического транспорта для различных потребителей в различныхрегионах России и разработать рекомендации по определениюоптимальной структуры типовых энергетических комплексов на основестанций подзарядки и ВИЭ.При разработке математической модели ГЭК и методики ихобоснования делаются следующие основные допущения:1.Моделируются только нормальные режимы работы (не учитываютсяаварийные режимы, переходные режимы и т.д.);2.Моделируются только режимы работы по активной мощности.Компенсация реактивной мощности [71-73] не рассматривается;3.Вработерассматриваютсяустановки,использующиеэнергиюнаиболее распространённых в России возобновляемых источников, аименно энергию солнца и энергию ветра.1.5.Выводы по главе1.На сегодняшний день, как в мире, так и в России довольно интенсивноразвивается инфраструктура станций подзарядки аккумуляторныхбатарей электрических транспортных средств, а количество проданных49электромобилей и гибридных автомобилей с каждым годом толькорастёт;2.Увеличение доли электромобилей и гибридных автомобилей от общегоколичества авто позволит снизить уровень шума и содержаниетоксичных веществ в атмосфере крупных городов.

В свою очередь, длятого, чтобы эффект от их использования был ощутимым, дляподзарядкиаккумуляторовцелесообразноэлектрическихиспользоватьтранспортныхэлектроэнергию,средствпроизводимуювозобновляемыми источниками энергии;3.Увеличение доли электрических транспортных средств также позволитсэкономить жидкое топливо, которое используется на обычныхавтомобилях,аиспользованиеВИЭдляподзарядкиАКБэлектромобилей будет способствовать экономии таких видов топливакак уголь и газ (используются на тепловых электростанциях), которыеиначе пришлось бы расходовать на выработку электроэнергии дляэнергоснабжения сетевых станций подзарядки;4.Согласно Энергетической стратегии-2030 развитие возобновляемойэнергетики в России является актуальным как для локальныхэлектроэнергетических систем, так и для районов, охваченных сетьюцентрализованного электроснабжения;5.Использование на территории России гибридных энергетическихкомплексовнаосновевозобновляемыхисточниковэнергии,включающих в себя станции подзарядки аккумуляторных батарейэлектромобилей,позволитповыситьэнергобезопасностьиэнергонезависимость регионов страны, а также увеличить долю ВИЭ вэнергобалансе России;6.Из распространённых на сегодняшний день в мире типов станцийподзарядки наиболее перспективными являются зарядные станциибыстрой зарядки и станции замены аккумуляторных батарей.

Зарядкаэлектромобиля на станциях первого типа занимает около 15-40 мин., а50замена аккумуляторной батареи электромобиля на станциях второготипа – около 5 мин.;7.В главе проанализированы существующие научные исследования иработы в области зарядной инфраструктуры для электротранспорта,сделаны выводы относительно дальнейших исследований в этой сфере,сформулирована цель диссертационной работы и поставлены задачи,требующие решения.512.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЭК2.1.Общие положенияОбычно разработка проектов проходит в несколько этапов, первые изкоторыхсвязаныпланированиемпривлекательностисиразработкойидеи,получениемэтихпроектовоценкойеёреализуемости,технико-экономической[74].Проектированиеоценкигибридныхэнергетических комплексов также осуществляется в несколько этапов, в ходекоторых может потребоваться разработка математических моделей какэлементов ГЭК, так и самих ГЭК в целом.Для достижения цели, сформулированной в п.

1.4, в данной работе какраз необходимо разработать ряд математических моделей, а именно:виртуальную модель – структурно-функциональную модель комплекса,включающую в себя все возможные элементы ГЭК, а также переченьзадач, которые должны быть решены для удовлетворения главной целипроекта;ресурсную модель, которая представляет собой динамическую модельпоступления энергоресурсов;техническуюмодель–конкретныетехническиерешения,позволяющие реализовать функцию, определённую в структурнофункциональной модели;экономическую модель, которая позволит оценить экономическуюреализуемость проекта [74].В дальнейшем с использованием этих математических моделейразрабатывается общая модель гибридного энергетического комплекса, а наёё основе – программа, позволяющая производить автоматизированныерасчёты. Эта программа в свою очередь должна иметь модульный принциппостроения для того, чтобы отдельные его элементы (математические52модели) можно было изменять, модернизировать, а при отсутствиинеобходимости не использовать.2.2.Построение структурно-функциональной модели ГЭКВработеструктурно-функциональнаямодельгибридногоэнергетического комплекса представлена соответствующей схемой (см.рисунок 2.1).

Данная схема была получена в результате анализа структуры ипринципов работы существующих на сегодняшний день зарядных станций истанций замены АКБ (как сетевых, так и работающих от возобновляемыхисточников энергии), и актуальна для ГЭК, включающих один из этих типовстанций подзарядки.Рисунок 2.1 – Структурно-функциональная схема ГЭК:ВЭУ – ветроэлектрическая установка, ГЭУ – гидроэлектрическая установка,ДЭУ – дизельная электрическая установка, ФЭУ – фотоэлектрическая установка,ММ – устройство отбора максимальной мощности, АКБ – аккумуляторная батарея,СН – собственные нужды ГЭК, ЗУ – зарядное устройство, ЭМ – электромобиль.В структурно-функциональной схеме основными генерирующимиэлементами ГЭК являются установки, работающие от ВИЭ.

Так какиспользование таких установок затруднено отсутствием у них возможностиобеспечения гарантированного энергоснабжения, то для преодоления этого53затруднения в схеме присутствуют аккумуляторы энергии, а именно типовыеаккумуляторные батареи для зарядных станций и аккумуляторные батареиэлектромобилей для станций замены АКБ. Помимо этого надёжностьэлектроснабжения также обеспечивается за счёт наличия резервныхисточниковпитания:электрическойсетииотдельныхдизельныхэлектроустановок.

Что же касается самих станций подзарядки, то здесь они необозначены, а показаны лишь их основные элементы, а именно: зарядныеустройства, с помощью которых осуществляется подзарядка аккумуляторовэлектрических транспортных средств, и, в случае со станциями замены,некоторый запас аккумуляторных батарей электромобилей, который необходимдля нормальной работы станций.Особенностью схемы, представленной на рисунке 2.1, является то, чтоона учитывает все возможные элементы, параметры которых могут изменятьсяот 0 до заданного ненулевого значения. Таким образом, если, к примеру, всоставе энергокомплекса из генерирующих установок присутствуют толькоВЭУ и ФЭУ, то это говорит, что их мощность отлична от нуля.