این مقاله با هدف بررسی مشکلات بار کم توان و شارژ دشوار در مناطق روستایی، استراتژی ساخت ایستگاه ذخیرهسازی و شارژ نوری یکپارچه در مناطق روستایی را مطرح کرده و روشهای کاربردی ملموس این استراتژی را معرفی میکند.
نتایج نشان میدهد که ساخت ایستگاههای شارژ یکپارچه با ذخیرهسازی نوری و شارژ در شهرها میتواند به طور قابل توجهی بهرهوری مصرف برق را بهبود بخشد و هزینههای سرمایهگذاری و عملیاتی را کاهش دهد.
اهمیت ساخت ایستگاه ذخیرهسازی نوری و شارژ یکپارچه
با افزایش تعداد خودروهای الکتریکی، تقاضا برای شارژ نیز رو به افزایش است. اگر این امر به درستی مدیریت نشود، منجر به اتلاف مقدار زیادی انرژی الکتریکی در فرآیند شارژ خودروهای الکتریکی شده و فشار زیادی را به سیستم برق ما وارد میکند. ساخت ایستگاه شارژ یکپارچه با ذخیرهسازی نوری و شارژ میتواند به طور مؤثر مشکلات فوق را حل کند.
ایستگاه شارژ یکپارچه یک حالت جدید ایستگاه شارژ است که از فناوری تولید برق فتوولتائیک و ذخیرهسازی انرژی در ایستگاه شارژ استفاده میکند تا راهحل مناسبی برای شارژ خودروهای برقی ارائه دهد.
در این حالت، تولید برق فتوولتائیک میتواند مستقیماً از طریق اتصال به شبکه به ایستگاه شارژ منتقل شود و سپس با شارژ باتری، برق مورد نیاز خودروهای برقی را تأمین کند. فناوری ذخیرهسازی انرژی، استفاده از تجهیزات ذخیرهسازی انرژی پراکنده در شبکه است، زمانی که کاربر نیاز به تأمین برق برای شبکه دارد. در مقایسه با ایستگاه شارژ سنتی، ایستگاه شارژ یکپارچه ذخیرهسازی نوری و شارژ میتواند به طور مؤثری راندمان عملیاتی سیستم برق را بهبود بخشد.
ایستگاه شارژ یکپارچه ذخیرهسازی نوری و شارژ میتواند به طور موثری هزینه شارژ الکتریکی و هزینه بهرهبرداری را در طول فرآیند شارژ خودروهای الکتریکی کاهش دهد.
تحت این مدل، سیستمهای فتوولتائیک و ذخیرهسازی انرژی تا زمانی که شبکه برق با کمبود برق مواجه شود، به کار خود ادامه خواهند داد و شارژ تولید شده در طول فرآیند شارژ خودروهای برقی توسط ایستگاههای شارژ یکپارچه پوشش داده خواهد شد.
برای کاربران، این مدل نه تنها میتواند در هزینهها صرفهجویی کند، بلکه به طور مؤثر اتلاف انرژی را نیز کاهش میدهد. در فرآیند عملیاتی واقعی، ایستگاه ذخیرهسازی و شارژ نوری میتواند با بهینهسازی پیکربندی و مدیریت زمانبندی، به حداکثر مزایای اقتصادی و اجتماعی دست یابد.
بنابراین، میتوان گفت که ایستگاه شارژ یکپارچه ذخیرهسازی و شارژ نوری، نوع جدیدی از ایستگاه شارژ با چشمانداز خوبی برای توسعه است.
تحلیل وضعیت فعلی احداث شبکه برق در مناطق روستایی
احداث شبکه برق در مناطق شهری
در حال حاضر، شبکه برق مناطق روستایی کشور ما هنوز در مرحله ساختار شبکه برق سنتی است، که عمدتاً با خطوط هوایی، اتوماسیون شبکه توزیع، دیجیتالی شدن و سایر کاربردهای فناوری مدرن ناکافی است، اکثر شهرها و روستاها هنوز بدون برق هستند. پنج مشکل در ساخت شبکه برق در مناطق روستایی کشور ما وجود دارد.
۱) سطح پایین اتوماسیون شبکه توزیع در برخی روستاها و شهرها، سیستم اتوماسیون ناقص شبکه توزیع و عدم نظارت بلادرنگ و هشدار زودهنگام از عملکرد شبکه توزیع، به طور جدی بر عملکرد عادی سیستم اتوماسیون شبکه توزیع در روستاها و شهرها تأثیر میگذارد.
۲) شعاع تأمین خط توزیع در برخی مناطق روستایی بزرگتر است، که باعث میشود خط توزیع نتواند شعاع تأمین را به طور مؤثر کوتاه کند.
۳) ساختار شبکه توزیع در برخی مناطق روستایی پدیده فرسودگی جدی دارد و برخی از خطوط توزیع حتی مشکلاتی مانند سطح مقطع کوچک هادی، قطر سیم کوچک و فرسودگی تجهیزات دارند.
۴) در برخی مناطق روستایی، مشکلاتی در پیکربندی جبران توان راکتیو وجود دارد، مانند ظرفیت ناکافی تجهیزات و ظرفیت جبران توان راکتیو.
۵) شرکتهای تأمین برق در برخی روستاها و شهرها فاقد سازوکار مدیریتی علمی و منطقی، برنامهریزی و ایده طراحی، و تحلیل و پیشبینی مصرف برق در سمت کاربر هستند.
ساختار انرژی منطقه شهری
ساختار انرژی در مناطق روستایی با آلودگی بالا، مصرف بالای انرژی و راندمان پایین مشخص میشود.
با توسعه سریع اقتصاد چین، استانداردهای زندگی مردم همچنان در حال بهبود است، تقاضا برای انرژی نیز در حال افزایش است، مصرف زیاد انرژی فسیلی منجر به افزایش آلودگی محیط زیست میشود.
در سالهای اخیر، ساختار انرژی در مناطق روستایی بهینه و ارتقا یافته است و سطح بهرهبرداری و کمیت انرژی پاک به طور قابل توجهی افزایش یافته است.
۱) ظرفیت بار مناطق روستایی کم است و ساکنان مناطق روستایی مصرف برق کمی دارند و عمدتاً از وسایل برقی کممصرف استفاده میکنند.
۲) تعداد وسایل نقلیه الکتریکی (EVS) در مناطق روستایی رو به افزایش است. EVSها عمدتاً با انرژی الکتریکی کار میکنند و از سیستم برق برای تأمین انرژی کمکی استفاده میکنند. افزایش تعداد EVSها ناگزیر منجر به افزایش بار الکتریکی خواهد شد.
۳) ساختار تأمین برق در مناطق روستایی غیرمنطقی است. به دلیل مصرف کم برق، ساختار تأمین برق تکگانه و فقدان برنامهریزی و طراحی علمی و منطقی، تأمین تقاضای برق در مناطق روستایی دشوار است.
۴) در مناطق روستایی اضافه بار جدی وجود دارد که برخی از آنها مشکلات ولتاژ پایین و فرسودگی خطوط برق را دارند که به طور جدی بر عملکرد ایمن و پایدار سیستم برق تأثیر میگذارد.
کیفیت توان شبکه توزیع در منطقه شهری
کیفیت برق یکی از عوامل مهمی است که بر کیفیت زندگی ساکنان روستایی تأثیر میگذارد و همچنین یکی از مشکلات اصلی است که شرکتهای برق باید آن را حل کنند. در حال حاضر، کیفیت برق شبکه توزیع در مناطق روستایی عمدتاً با سه جنبه زیر مواجه است.
۱) انحراف ولتاژ شبکه برق روستایی زیاد است و ولتاژ برخی از کاربران انحراف منفی به نظر میرسد.
۲) میزان نامتعادلی ولتاژ سه فاز شبکه توزیع در برخی روستاها و شهرها فراتر از محدوده استاندارد ملی است.
۳) پدیده عدم تعادل سه فاز جدی در شبکه توزیع مناطق روستایی وجود دارد که منجر به مشکل کیفیت توان در سمت کاربر میشود.
مطالعه موردی در مورد ساخت ایستگاه ذخیرهسازی نوری و شارژ یکپارچه
به منظور ارتقای بهتر توسعه اقتصادی مناطق روستایی، دولت به شدت ساخت ایستگاههای شارژ انرژیهای نو را ترویج میدهد. در حال حاضر، هنوز مشکلاتی در ساخت ایستگاههای شارژ انرژیهای نو در کشور ما وجود دارد، به عنوان مثال، مکانیابی دشوار ایستگاههای شارژ، استفاده کم از امکانات شارژ، راندمان پایین شارژ.
برای این منظور، کشور ما شروع به تسریع ساخت ایستگاههای شارژ خودروهای برقی کرده است. به منظور حل مشکل شارژ خودروهای برقی در مناطق روستایی، میتوان ایستگاه شارژ یکپارچه ذخیرهسازی نوری و شارژ را در مناطق روستایی ساخت.
ایستگاه شارژ یکپارچه از سه بخش تشکیل شده است: سیستم تولید برق فتوولتائیک، سیستم ذخیره انرژی و ایستگاه شارژ. در فرآیند ساخت، ابتدا لازم است سیستم تولید برق فتوولتائیک ساخته شود و سپس از سیستم ذخیره انرژی برای مدیریت شارژ خودروهای برقی استفاده شود.
علاوه بر این، لازم است که یک پست شارژ AC و یک پست شارژ DC در ایستگاه شارژ قرار گیرد تا امکان شارژ راحت خودروهای برقی فراهم شود.
در مجموع، سطح توسعه اقتصادی مناطق روستایی نسبتاً پایین است، بنابراین هزینه ساخت ایستگاههای شارژ یکپارچه ذخیرهسازی نوری و شارژ نسبتاً پایین است. به عنوان مثال، سطح اقتصادی یک شهر در سطح متوسط کشور قرار دارد و ساخت ایستگاه شارژ و ذخیرهسازی نوری یکپارچه میتواند مزایای اقتصادی خوبی را به همراه داشته باشد.
۱) خود شهر منابع نوری و زمینی کافی دارد که میتوان از آنها برای ساخت ایستگاه شارژ یکپارچه ذخیرهسازی و شارژ نور به طور کامل استفاده کرد.
در طراحی ایستگاه شارژ و ذخیرهسازی نوری یکپارچه، ابتدا باید مصالح ساختمانی و فرم سازهای مناسب انتخاب شود و سپس با توجه به موقعیت جغرافیایی محلی و شرایط آب و هوایی، طراحی انجام شود.
برای مثال، به دلیل آب و هوای سرد، نور کافی و منابع زمین نسبتاً بیشتر در این شهر، میتوانید پنلهای فتوولتائیک را برای ساخت انبار و ایستگاه شارژ یکپارچه انتخاب کنید.
۲) سیستم فتوولتائیک (PV) عمدتاً مسئول شارژ خودروهای الکتریکی است، در حالی که سیستم ذخیره انرژی مسئول ذخیره برق است. سیستم فتوولتائیک و سیستم ذخیره انرژی باید در طول ساخت و ساز به روشی معقول با هم ترکیب شوند.
علاوه بر این، لازم است ظرفیت و مقدار باتری ذخیره انرژی و باتری ذخیره در سیستم ذخیره انرژی به طور منطقی تنظیم شود. ظرفیت باتری باید بر اساس تقاضای شارژ خودروی الکتریکی تنظیم شود. به طور کلی، ظرفیت باتری را میتوان بر اساس وضعیت استفاده، مکان و تقاضای بازار خودروی الکتریکی تعیین کرد. بر این اساس، زمان شارژ و راندمان شارژ خودروی الکتریکی باید به طور منطقی طراحی شود.
۳) ایستگاه شارژ یکپارچه ذخیرهسازی نوری و شارژ نیز نیاز به پیکربندی منطقی تجهیزات مختلف ایستگاه شارژ دارد.
در ساخت ایستگاه شارژ یکپارچه، باید سعی شود تجهیزات با کیفیت خوب و عملکرد پایدار انتخاب شوند تا از خرابی تجهیزات جلوگیری شود و بر عملکرد عادی ایستگاه شارژ تأثیر نگذارد.
علاوه بر این، مدیریت هوشمند ذخیرهسازی نوری و ایستگاه شارژ یکپارچه را میتوان با بهبود درجه هوشمندی ایستگاه شارژ محقق کرد.
۴) پس از ساخت ایستگاه شارژ یکپارچه، لازم است عملیات پذیرش و آزمایشی ایستگاه انجام شود:
۱- باید مطابق با استانداردهای ملی و استانداردهای صنعتی برای پذیرش باشد؛
۲. آیا ساختار آن با الزامات سیاستهای محلی و الزامات کاربر برای پذیرش مطابقت دارد؟
③ باید برای عملکرد عادی خود پذیرفته شود. عملیات آزمایشی عمدتاً شامل دو جنبه زیر است: ① اینکه آیا ایستگاه شارژ با استانداردهای شارژ و هنجارهای مرتبط مطابقت دارد یا خیر، باید آزمایش شود؛ ② اینکه آیا ایستگاه شارژ با مقررات ایمنی و استانداردهای مرتبط مطابقت دارد یا خیر، باید آزمایش شود.
پیکربندی ظرفیت شمع شارژ یکپارچه با ذخیرهسازی نوری و شارژ
زمان شارژ وسیله نقلیه الکتریکی عمدتاً تحت تأثیر توان و زمان شارژ وسیله نقلیه الکتریکی، یعنی زمان شارژ باتری و زمان شارژ مقدار برق است.
بنابراین، لازم است زمان شارژ را بر اساس توان وسیله نقلیه الکتریکی تخمین زد. در حال حاضر، هیچ استاندارد واحدی برای شارژ شمعها در کشور ما وجود ندارد و زمان شارژ شمعهای شارژ برندهای مختلف کاملاً متفاوت است، بنابراین میتوانیم از برخی روشها برای تخمین زمان شارژ شمعهای شارژ استفاده کنیم. شمعهای شارژ به ترتیب بر اساس 4 ساعت، 12 ساعت و 16 ساعت طبقهبندی شدند.
طبق روش فوق، زمان شارژ شمع شارژ را میتوان تخمین زد و زمان شارژ شمع شارژ با پیکربندی ظرفیت مختلف را میتوان به دست آورد. در تخصیص ظرفیت شمعهای شارژ، باید ویژگیهای ساکنان روستایی و نیازهای شارژ خودروهای الکتریکی را نیز به طور کامل در نظر بگیریم.
سطوح ولتاژ مختلف وسایل نقلیه الکتریکی به توان متفاوتی نیاز دارند، بنابراین پیکربندی تجهیزات ایستگاه شارژ با توجه به نیاز انجام میشود.
در شرایط عادی، ساکنان روستایی با سطوح ولتاژ ۲۲۰ ولت و ۱۱۰ ولت زندگی میکنند، بنابراین در ساخت ایستگاههای شارژ باید به سطوح ولتاژ مربوط به شمعهای شارژ مجهز شوند.
به عنوان مثال، استان آنهویی را در نظر بگیرید، در شرایط عادی، سطح ولتاژ مسکونی روستایی ۱۰ کیلوولت و ۳۵ کیلوولت است. با افزایش قدرت خودروهای برقی و کاهش زمان شارژ، میانگین زمان شارژ به تدریج کاهش خواهد یافت.
پروژه ذخیرهسازی نوری یکپارچه و ایستگاه شارژ
تحلیل سود اقتصادی
ایستگاه شارژ یکپارچه با ۴ نوع توان ۱۲۰ کیلووات، ۲۵۰ کیلووات، ۴۰۰ کیلووات و ۶۰۰ کیلووات طراحی شده است. مشخص شده است که نرخ بازده داخلی ۱۰.۲۴٪ و دوره بازگشت سرمایه ۳.۶۵ سال است، زمانی که توان ۱۲۰ کیلووات باشد.
با توجه به تعداد کم خودروهای برقی و تقاضای کم برای شارژ در کشور ما، میتوانیم پروژهای با ظرفیت کم را برای ساخت ایستگاه شارژ یکپارچه انتخاب کنیم تا بتوانیم نیازهای فعلی مناطق روستایی به شارژ خودروهای برقی را برآورده کنیم.
ساخت ایستگاه ذخیرهسازی نوری و شارژ یکپارچه
مشکلات فنی و راه حل ها
برای توسعه بیشتر ایستگاههای ذخیرهسازی نوری و شارژ یکپارچه در مناطق روستایی، باید مشکلات فنی زیر حل شود.
۱) طراحی و ساخت سیستم ذخیره انرژی سمت کاربر. طراحی و ساخت سیستم ذخیره انرژی سمت کاربر، کلید ساخت ایستگاه ذخیرهسازی و شارژ نوری یکپارچه در مناطق روستایی است.
۲) کنترل هماهنگ سیستم تولید برق فتوولتائیک و سیستم شارژ. هنگام ساخت ایستگاه شارژ یکپارچه در مناطق روستایی، لازم است هماهنگی و کنترل بین سیستم تولید برق فتوولتائیک و سیستم شارژ به طور کامل در نظر گرفته شود. کنترل هماهنگی بین سیستم تولید برق فتوولتائیک و سیستم شارژ عمدتاً شامل دو جنبه است:
از یک طرف، این کنترل هماهنگ بین سیستم تولید برق فتوولتائیک و سیستم ذخیره انرژی است، از سوی دیگر، این کنترل هماهنگ بین سیستم تولید برق فتوولتائیک و سیستم شارژ است.
کنترلکننده شارژ و دشارژ، تنظیمکننده توان و سایر دستگاهها میتوانند برای هماهنگی کنترل بین سیستم تولید برق فتوولتائیک و سیستم ذخیره انرژی مورد استفاده قرار گیرند.
هنگامی که توان خروجی سیستم تولید برق فتوولتائیک کافی نباشد، میتوان توان اضافی را به موقع توسط کنترلکننده شارژ و دشارژ به ایستگاه شارژ بازگرداند، تنظیمکننده توان میتواند برای کاهش ظرفیت تولید فتوولتائیک استفاده شود و از این طریق از شارژ بیش از حد جلوگیری شود.
علاوه بر این، میتوان از ابرخازن برای دستیابی به عملکرد شارژ تجهیزات تولید برق فتوولتائیک استفاده کرد.
۳) استراتژی کنترل متصل به شبکه ایستگاههای شارژ. در شرایط عادی، شبکههای برق کوچک در مناطق روستایی منجر به بیثباتی متصل به شبکه میشوند. به منظور اطمینان از ایمنی مصرف برق در مناطق روستایی، تعداد زیادی از منابع تغذیه توزیعشده در شبکه برق باید توسط کنترلکننده متصل به شبکه کنترل و مدیریت شوند.
در عین حال، منبع تغذیه توزیعشده میتواند از طریق مبدل سمت شبکه به شبکه برق متصل شود.
علاوه بر این، برای دستیابی به کنترل هماهنگ منبع تغذیه توزیع شده، استفاده از باتری، ابرخازن و سایر دستگاهها ضروری است.
۴) طراحی کنترل توزیع توان ایستگاه شارژ. به طور کلی، هنگامی که ظرفیت ذخیره انرژی سمت کاربر کافی نیست، میتوان توان اضافی را از طریق یک مبدل دو جهته به ایستگاه شارژ اضافه کرد و هنگامی که ظرفیت ذخیره انرژی سمت کاربر کافی است، میتوان از ابرخازنها برای شارژ و دشارژ تجهیزات تولید برق فتوولتائیک استفاده کرد.
5). عملیات نگهداری و مدیریت ایستگاه شارژ یکپارچه ذخیرهسازی نوری و شارژ. به طور خاص، شامل هفت جنبه زیر است: ① تدوین یک برنامه کاری صحیح؛ ② تقویت آموزش پرسنل مربوطه؛ ③ بازرسی و نگهداری منظم تجهیزات؛ ④ ایجاد و بهبود سیستم مدیریت عملیات ایستگاه شارژ؛ ⑤ سازماندهی و انجام منظم فعالیتهای آموزشی مختلف؛ ⑥ ایجاد و بهبود مکانیسم بهرهبرداری و نگهداری ایستگاه شارژ؛ ⑦ رسیدگی به موقع به خرابی تجهیزات و غیره.
این مقاله، فناوری و اقتصاد پروژههای تولید برق فتوولتائیک و ذخیرهسازی انرژی را تجزیه و تحلیل میکند و نتیجه میگیرد که ساخت ایستگاه شارژ یکپارچه در مناطق روستایی امکانپذیر است.
این طرح مزایای اقتصادی و اجتماعی خوبی دارد و الزامات توسعه صنعت تولید برق از انرژیهای نو را تحت هدف «کربن دوگانه» در چین برآورده میکند. با پیشرفت مداوم فناوری تولید انرژیهای نو، فناوری تولید برق فتوولتائیک و فناوری ذخیرهسازی انرژی نیز به طور گستردهتری مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
بنابراین، کشور ما باید تحقیقات در مورد فناوریهای پیشرفته تولید انرژی جدید مانند فناوری ذخیرهسازی انرژی جدید و فناوری تولید برق فتوولتائیک را افزایش دهد تا حمایت بیشتری از توسعه صنعت تولید برق انرژی جدید فراهم کند.
