A vidéki területeken tapasztalható alacsony terhelés és a nehézkes töltés problémáira összpontosítva ez a tanulmány egy integrált optikai tároló- és töltőállomás-építési stratégiát javasol vidéki területeken, és bemutatja a stratégia konkrét alkalmazási módszereit.
Az eredmények azt mutatják, hogy az optikai tároló és a töltésbe integrált töltőállomások városokban történő kiépítése jelentősen javíthatja az áramfogyasztás hatékonyságát, és csökkentheti a beruházási és üzemeltetési költségeket.
Az integrált optikai tároló és töltőállomás kiépítésének fontossága
Az elektromos járművek számának növekedésével a töltés iránti igény is növekszik. Ha nem megfelelően kezelik, az elektromos járművek töltési folyamata során nagy mennyiségű elektromos energia pazarlásához vezet, és ezáltal nagy nyomást gyakorol az energiarendszerünkre. Az optikai tároló és az integrált töltőállomás kiépítése hatékonyan megoldhatja a fenti problémákat.
Az integrált töltőállomás egy új töltőállomás-mód, amely fotovoltaikus energiatermelési és energiatárolási technológiát alkalmaz a töltőállomáson, hogy jó megoldást kínáljon az elektromos járművek töltésére.
Ebben az üzemmódban a fotovoltaikus energiatermelés közvetlenül a hálózatra csatlakoztatva továbbítható a töltőállomásra, majd az akkumulátor töltésével elektromos áramot lehet biztosítani az elektromos járművek számára; az energiatárolási technológia az energiatároló berendezések hálózatban történő szétszórását jelenti, amikor a felhasználónak áramot kell biztosítania a hálózatra. A hagyományos töltőállomással összehasonlítva az optikai tároló és töltő integrált töltőállomás hatékonyan javíthatja az energiarendszer működési hatékonyságát.
Az optikai tároló és töltő integrált töltőállomása hatékonyan csökkentheti az elektromos töltési és üzemeltetési költségeket az elektromos járművek töltési folyamata során.
Ebben a modellben a fotovoltaikus és energiatároló rendszerek addig működnek, amíg a hálózat ki nem fogy az áram, az elektromos járművek töltési folyamata során keletkező töltést pedig integrált töltőállomások fedezik.
A felhasználók számára ez a modell nemcsak költségeket takaríthat meg, hanem hatékonyan csökkentheti az energiapazarlást is. A tényleges működési folyamatban az optikai tároló és töltőállomás maximális gazdasági és társadalmi előnyöket érhet el a konfiguráció és az ütemezés optimalizálásával.
Ezért elmondható, hogy az optikai tároló és töltő integrált töltőállomás egy új típusú töltőállomás, jó fejlődési kilátásokkal.
A vidéki területek villamosenergia-hálózat-építésének jelenlegi helyzetének elemzése
Villamoshálózat kiépítése a településeken
Jelenleg hazánk vidéki térségeinek villamosenergia-hálózata még a hagyományos, főként szabadvezetékekre, elosztóhálózati automatizálásra, digitalizációra és egyéb modern technológiai alkalmazásokra épülő villamosenergia-hálózati struktúrák szakaszában van, a legtöbb város és falu továbbra is áram nélkül van. Öt probléma van az elektromos hálózat kiépítésével országunk vidéki területein.
1). Az elosztóhálózat automatizálásának alacsony szintje egyes falvakban és városokban, a tökéletlen elosztóhálózati automatizálási rendszer, valamint az elosztóhálózat működésének valós idejű felügyeletének és korai figyelmeztetésének hiánya komolyan befolyásolja az elosztóhálózati automatizálási rendszer normál működését falvakban és városokban.
2). Az elosztóvezeték betáplálási sugara egyes vidéki területeken nagyobb, ami miatt az elosztóvezeték nem képes hatékonyan lerövidíteni a betáplálási sugarat.
3). Egyes vidéki területeken az elosztóhálózat szerkezete komoly öregedési jelenséggel rendelkezik, egyes elosztóvezetékeknél pedig olyan problémák is jelentkeznek, mint a kis vezetőkeresztmetszet, a kis vezetékátmérő és a berendezések öregedése.
4). Egyes vidéki területeken problémák vannak a reaktív teljesítmény kompenzációjának konfigurációjával, például elégtelen berendezéskapacitás és reaktív teljesítmény kompenzációs kapacitás.
5). Egyes falvakban és városokban az energiaellátó vállalkozásoknak hiányzik a tudományos és ésszerű irányítási mechanizmus, a tervezési és kivitelezési ötlet, valamint a felhasználói oldal energiafogyasztásának elemzése és előrejelzése.
A település energetikai szerkezete
A vidéki területek energiaszerkezetét magas szennyezés, magas energiafogyasztás és alacsony hatásfok jellemzi.
A kínai gazdaság gyors fejlődésével az emberek életszínvonala folyamatosan javul, az energia iránti kereslet is növekszik, a fosszilis energiahordozók fogyasztása is növekszik, ami a környezetszennyezés növekedéséhez vezet.
Az elmúlt években optimalizálták és korszerűsítették a vidéki területek energiaszerkezetét, és a tiszta energia felhasználási szintje és mennyisége nyilvánvalóan megnőtt.
1). A vidéki területek teherbírása kicsi, a vidéki területeken élők energiafogyasztása alacsony, és főként kis fogyasztású elektromos készülékeket használnak.
2). Az elektromos járművek (EVS) száma a vidéki területeken növekszik. Az EVS-eket főként elektromos energia hajtja, és az elektromos energiarendszert használják kiegészítő energia előállítására. Az EVS-ek számának növekedése elkerülhetetlenül az elektromos terhelés növekedését eredményezi.
3). A vidéki területek energiaellátásának szerkezete ésszerűtlen. Az alacsony villamosenergia-fogyasztás, az egységes energiaellátási struktúra, valamint a tudományos és ésszerű tervezés hiánya miatt nehéz kielégíteni a vidéki területek villamosenergia-igényét.
4). A vidéki területeken komoly túlterhelés tapasztalható, némelyik helyen alacsony feszültség és elöregedő vezetékek okoznak problémákat, amelyek komolyan befolyásolják az energiarendszer biztonságos és stabil működését.
Az elosztóhálózat energiaminősége a településen
Az energiaminőség az egyik fontos tényező, amely befolyásolja a vidéki lakosok életminőségét, és egyben az egyik fő probléma, amelyet az áramszolgáltató vállalatoknak meg kell oldaniuk. Jelenleg a vidéki elosztóhálózat energiaminősége elsősorban a probléma következő három aspektusával néz szembe.
1). A vidéki villamosenergia-hálózat feszültségkülönbsége nagy, és egyes felhasználók feszültsége negatív eltérést mutat.
2). Egyes falvakban és városokban az elosztóhálózat háromfázisú feszültségének aszimmetriája meghaladja a nemzeti szabvány tartományát.
3). A vidéki területek elosztóhálózatában komoly háromfázisú aszimmetria jelenség tapasztalható, ami a felhasználói oldalon a villamosenergia-minőség problémájához vezet.
Esettanulmány az integrált optikai tároló és töltőállomás építéséről
A vidéki területek gazdasági fejlődésének jobb előmozdítása érdekében az állam erőteljesen támogatja új energiatöltő állomások építését. Jelenleg még mindig vannak problémák az új energiatöltő állomások építésével hazánkban, például a töltőállomások nehézkes elhelyezése, a töltőlétesítmények alacsony kihasználtsága, az alacsony töltési hatékonyság.
Ennek érdekében hazánk felgyorsította az elektromos járművek töltőállomásainak építését. A vidéki területeken az elektromos járművek töltésének problémájának megoldása érdekében integrált optikai tároló és töltő töltőállomás építhető a vidéki területeken.
Az integrált töltőállomás három részből áll: fotovoltaikus energiatermelő rendszerből, energiatároló rendszerből és töltőállomásból. Az építési folyamat során először a fotovoltaikus energiatermelő rendszert kell megépíteni, majd az energiatároló rendszert az elektromos járművek töltésének kezelésére kell használni.
Ezenkívül a töltőállomáson váltakozó áramú és egyenáramú töltőpontokat is fel kell szerelni az elektromos járművek kényelmes töltéséhez.
Összességében a vidéki területek gazdasági fejlettségi szintje viszonylag alacsony, így az optikai tároló és töltőállomások építésének költsége is viszonylag alacsony. Egy település gazdasági szintje például az ország középső szintjén van, és az integrált optikai tároló és töltőállomások építése jó gazdasági előnyökkel járhat.
1). A város maga elegendő fény- és földterülettel rendelkezik, amelyeket teljes mértékben ki lehet használni egy integrált töltőállomás megépítéséhez, amely fénytárolást és töltést biztosít.
Az integrált optikai tároló és töltőállomás tervezésekor először a megfelelő építőanyagokat és szerkezeti formát kell kiválasztani, majd ezeket a helyi földrajzi elhelyezkedéssel és éghajlati viszonyokkal kombinálva kell megtervezni.
Például a városban a hideg éghajlat, a megfelelő fény és a viszonylag nagyobb földterület miatt választhat fotovoltaikus paneleket az integrált tároló- és töltőállomások kiépítéséhez.
2). A fotovoltaikus rendszer elsősorban az elektromos járművek töltéséért felelős, míg az energiatároló rendszer az áram tárolásáért. A fotovoltaikus rendszert és az energiatároló rendszert az építés során ésszerű módon kell kombinálni.
Ezenkívül ésszerűen kell beállítani az energiatároló akkumulátor és az energiatároló rendszerben lévő akkumulátor kapacitását és mennyiségét. Az akkumulátor kapacitását az elektromos jármű töltési igénye szerint kell beállítani. Általánosságban elmondható, hogy az akkumulátor kapacitása az elektromos jármű használati helyzete, helye és piaci igénye alapján határozható meg. Ennek alapján az elektromos jármű töltési idejét és töltési hatékonyságát ésszerűen kell megtervezni.
3). Az optikai tároló és töltő integrált töltőállomásnak a töltőállomás különböző berendezéseit is ésszerűen kell konfigurálnia.
Az integrált töltőállomás tervezésekor törekedni kell a jó minőségű, stabil teljesítményű berendezések kiválasztására, hogy elkerüljük a berendezés meghibásodását és a töltőállomás normál működésének befolyásolását.
Ezenkívül az optikai tároló és a töltő integrált töltőállomásának intelligens kezelése a töltőállomás intelligens fokozatának javításával valósítható meg.
4). Az integrált töltőállomás megépítése után el kell végezni az állomás átvételét és próbaüzemét:
① Meg kell felelnie a nemzeti és az ipari szabványoknak az elfogadáshoz;
② Megfelel-e a konstrukciója a helyi irányelveknek és az elfogadáshoz szükséges felhasználói követelményeknek;
③ El kell fogadni a normál üzemet. A próbaüzem főként a következő két szempontot foglalja magában: ① Vizsgálni kell, hogy a töltőállomás megfelel-e a töltési szabványoknak és a vonatkozó normáknak; ② Vizsgálni kell, hogy a töltőállomás megfelel-e a biztonsági előírásoknak és a vonatkozó szabványoknak.
Optikai tároló és töltés integrált töltőoszlop kapacitáskonfiguráció
Az elektromos jármű töltési idejét elsősorban az elektromos jármű teljesítménye és töltési ideje befolyásolja, azaz az akkumulátor töltési ideje és az elektromos mennyiség töltési ideje.
Ezért szükséges a töltési időt az elektromos jármű teljesítménye alapján becsülni. Jelenleg hazánkban nincs egységes szabvány a töltőoszlopokra vonatkozóan, és a különböző márkájú töltőoszlopok töltési ideje meglehetősen eltérő, ezért néhány módszert használhatunk a töltőoszlopok töltési idejének becslésére. A töltőoszlopokat 4H, 12h és 16h szerint osztályoztuk.
A fenti módszer szerint megbecsülhető a töltőoszlop töltési ideje, és meghatározható a különböző kapacitáskonfigurációjú töltőoszlopok töltési ideje. A töltőoszlopok kapacitásának elosztásánál teljes mértékben figyelembe kell venni a vidéki lakosok sajátosságait és az elektromos járművek töltési igényeit is.
Az elektromos járművek különböző feszültségszintjei eltérő teljesítményt igényelnek, ezért a töltőállomás berendezéseinek konfigurációját is az igényeknek megfelelően kell kiválasztani.
Normál körülmények között a vidéki lakosok 220V és 110V feszültségszinttel rendelkeznek, ezért a töltőállomások építése során a megfelelő feszültségszintű töltőoszlopokat kell felszerelni.
Vegyük például Anhui tartományt, ahol normál körülmények között a vidéki lakossági feszültségszint 10 kV és 35 kV között van. Az elektromos járművek teljesítményének növekedésével és a töltési idő csökkenésével az átlagos töltési idő fokozatosan csökkenni fog.
Integrált optikai tároló és töltőállomás projekt
Gazdasági haszonelemzés
A négyféle teljesítményű integrált töltőállomás 120 kW, 250 kW, 400 kW és 600 kW teljesítménnyel rendelkezik. A belső megtérülési ráta 10,24%, a megtérülési idő pedig 3,65 év 120 kW teljesítmény esetén.
Az elektromos járművek kis száma és az alacsony töltési igény miatt hazánkban a kis kapacitású projektet választhatjuk az integrált töltőállomások építésére, hogy kielégítsük az elektromos járművek jelenlegi vidéki töltési igényeit.
Integrált optikai tároló és töltőállomás építése
Technikai nehézségek és megoldások
A vidéki területeken az integrált optikai tároló- és töltőállomások további fejlesztéséhez a következő technikai nehézségeket kell megoldani.
1). Felhasználói oldali energiatároló rendszer tervezése és kivitelezése. A felhasználói oldali energiatároló rendszer tervezése és kivitelezése kulcsfontosságú az integrált optikai tároló és töltőállomás vidéki területeken történő kiépítéséhez.
2). A fotovoltaikus energiatermelő rendszer és a töltőrendszer összehangolt vezérlése. Vidéki területeken integrált töltőállomások építésekor teljes mértékben figyelembe kell venni a fotovoltaikus energiatermelő rendszer és a töltőrendszer közötti koordinációt és vezérlést. A fotovoltaikus energiatermelő rendszer és a töltőrendszer közötti koordináció és vezérlés főként két szempontot foglal magában:
Egyrészt a fotovoltaikus energiatermelő rendszer és az energiatároló rendszer közötti összehangolt vezérlésről, másrészt a fotovoltaikus energiatermelő rendszer és a töltőrendszer közötti összehangolt vezérlésről van szó.
A töltés- és kisütésvezérlő, a teljesítményszabályozó és más eszközök felhasználhatók a fotovoltaikus energiatermelő rendszer és az energiatároló rendszer közötti vezérlés összehangolására.
Amikor a fotovoltaikus energiatermelő rendszer kimeneti teljesítménye nem elegendő, a felesleges energiát a töltés- és kisütésvezérlő időben feltöltheti a töltőállomásra, a teljesítményszabályozó pedig a fotovoltaikus energiatermelő kapacitás csökkentésére használható, ezáltal elkerülve a túltöltést.
Ezenkívül a szuperkondenzátor felhasználható a fotovoltaikus energiatermelő berendezések töltési funkciójának elérésére.
3). Töltőállomás hálózatra kapcsolt vezérlési stratégiája. Normál körülmények között a vidéki területeken található kisméretű villamosenergia-hálózatok a hálózathoz kapcsolt instabilitáshoz vezetnek. A vidéki területeken az energiafogyasztás biztonságának garantálása érdekében a hálózatban található elosztott energiaellátás nagy részét hálózatra kapcsolt vezérlővel kell vezérelni és kezelni.
Ugyanakkor az elosztott tápegység a hálózatoldali átalakítón keresztül csatlakoztatható a hálózathoz.
Ezenkívül akkumulátort, szuperkondenzátort és egyéb eszközöket kell használni az elosztott tápegység összehangolt vezérléséhez.
4). A töltőállomás energiaelosztási vezérlésének kialakítása. Általánosságban elmondható, hogy ha a felhasználói oldali energiatároló kapacitás nem elegendő, a felesleges teljesítmény kétirányú konverteren keresztül adagolható a töltőállomáshoz, és ha a felhasználói oldali energiatároló kapacitás elegendő, szuperkondenzátorok segítségével lehet tölteni és kisütni a fotovoltaikus energiatermelő berendezést.
5). Az optikai tároló és a töltés integrált töltőállomásának üzemeltetése, karbantartása és irányítása. Konkrétan a következő hét szempontot foglalja magában: ① Megfelelő munkaterv kidolgozása; ② Az illetékes személyzet képzésének megerősítése; ③ A berendezések rendszeres ellenőrzése és karbantartása; ④ A töltőállomás üzemeltetési irányítási rendszerének létrehozása és fejlesztése; ⑤ Különböző képzési tevékenységek rendszeres szervezése és lebonyolítása; ⑥ A töltőállomás üzemeltetési és karbantartási mechanizmusának létrehozása és fejlesztése; ⑦ A berendezés meghibásodásainak időben történő kezelése stb.
Ez a tanulmány a fotovoltaikus energiatermelési és energiatárolási projektek technológiáját és gazdaságosságát elemzi, és arra a következtetésre jut, hogy megvalósítható az integrált töltőállomások kiépítése vidéki területeken.
A rendszer jó gazdasági és társadalmi előnyökkel jár, és megfelel az új energiatermelő ipar fejlesztésének követelményeinek a kínai „dupla szén” célkitűzés keretében. Az új energiatermelő technológiák folyamatos fejlődésével a fotovoltaikus energiatermelő technológia egyre szélesebb körben fog elterjedni, az energiatárolási technológia pedig szintén szélesebb körben fog elterjedni.
Ezért országunknak fokoznia kell a fejlett új energiatermelő technológiák, például az új energiatárolási technológia és a fotovoltaikus energiatermelő technológia kutatását, hogy nagyobb támogatást nyújtson az új energiatermelő ipar fejlesztéséhez.
