Kırsal alanlardaki düşük güç yükü ve şarj zorluğu sorunlarını hedefleyen bu çalışma, kırsal alanlarda entegre optik depolama ve şarj istasyonu kurma stratejisini ortaya koymakta ve bu stratejinin somut uygulama yöntemlerini tanıtmaktadır.
Sonuçlar, şehirlerde optik depolama ve şarj entegre şarj istasyonlarının kurulmasının elektrik tüketim verimliliğini önemli ölçüde artırabileceğini ve yatırım maliyetlerini ve işletme maliyetlerini azaltabileceğini göstermektedir.
Entegre optik depolama ve şarj istasyonunun inşasının önemi
Elektrikli araç sayısının artmasıyla birlikte şarj ihtiyacı da artmaktadır. Bu durum doğru yönetilmezse, elektrikli araçların şarj sürecinde büyük miktarda elektrik enerjisi israfına yol açacak ve elektrik sistemimiz üzerinde büyük bir baskı oluşturacaktır. Optik depolama ve şarjı entegre eden şarj istasyonlarının inşası, yukarıdaki sorunları etkili bir şekilde çözebilir.
Entegre şarj istasyonu, elektrikli araç şarjı için iyi bir çözüm sunmak amacıyla fotovoltaik enerji üretimi ve enerji depolama teknolojisini şarj istasyonuna uygulayan yeni bir şarj istasyonu modelidir.
Bu modda, fotovoltaik enerji üretimi şebekeye bağlanarak doğrudan şarj istasyonuna iletilebilir ve ardından batarya şarj edilerek elektrikli araçlar için elektrik sağlanabilir; Enerji depolama teknolojisi ise, kullanıcının şebekeye elektrik sağlaması gerektiğinde şebekeye dağıtılmış enerji depolama ekipmanlarının kullanılmasıdır. Geleneksel şarj istasyonlarına kıyasla, optik depolama ve şarj entegre edilmiş şarj istasyonu, güç sisteminin işletme verimliliğini etkin bir şekilde artırabilir.
Optik depolama ve şarjı entegre eden şarj istasyonu, elektrikli araçların şarj işlemi sırasında elektrik şarj maliyetini ve işletme maliyetini etkili bir şekilde azaltabilir.
Bu modelde, güneş panelleri ve enerji depolama sistemleri şebeke elektriği tükenene kadar çalışmaya devam edecek ve elektrikli araçların şarj işlemi sırasında üretilen şarj, entegre şarj istasyonları tarafından karşılanacaktır.
Kullanıcılar için bu model, yalnızca maliyet tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda enerji israfını da etkili bir şekilde azaltır. Gerçek çalışma sürecinde, optik depolama ve şarj istasyonu, yapılandırma ve zamanlama yönetimini optimize ederek maksimum ekonomik ve sosyal fayda sağlayabilir.
Bu nedenle, optik depolama ve şarjı entegre eden şarj istasyonunun, gelişme potansiyeli yüksek yeni bir şarj istasyonu türü olduğu söylenebilir.
Kırsal alanlarda elektrik şebekesi yapımının mevcut durumunun analizi
Kasaba bölgelerinde elektrik şebekesi inşaatı
Şu anda ülkemizin kırsal kesimlerindeki elektrik şebekesi hala geleneksel elektrik şebekesi yapısına dayalı, ağırlıklı olarak havai hatlardan oluşan bir yapıda olup, dağıtım şebekesi otomasyonu, dijitalleşme ve diğer modern teknoloji uygulamaları yetersizdir; çoğu kasaba ve köy hala elektriksizdir. Ülkemizin kırsal kesimlerindeki elektrik şebekesi kurulumunda beş temel sorun bulunmaktadır.
1). Bazı köy ve kasabalarda dağıtım şebekesi otomasyonunun düşük seviyede olması, dağıtım şebekesi otomasyon sisteminin kusurlu olması ve dağıtım şebekesi işletiminin gerçek zamanlı izlenmesi ve erken uyarı sisteminin bulunmaması, köy ve kasabalardaki dağıtım şebekesi otomasyon sisteminin normal işleyişini ciddi şekilde etkilemektedir.
2). Bazı kırsal alanlarda dağıtım hattının kapsama yarıçapı daha geniştir, bu da dağıtım hattının kapsama yarıçapını etkili bir şekilde kısaltmasını imkansız hale getirir.
3). Bazı kırsal alanlardaki dağıtım şebekesinin yapısında ciddi bir eskime olgusu görülmekte olup, bazı dağıtım hatlarında iletken kesitinin küçük olması, tel çapının ince olması ve ekipmanların eskimesi gibi sorunlar da mevcuttur.
4). Bazı kırsal alanlarda reaktif güç kompanzasyon konfigürasyonunda, yetersiz ekipman kapasitesi ve reaktif güç kompanzasyon kapasitesi gibi bazı sorunlar bulunmaktadır.
5) Bazı köy ve kasabalardaki elektrik tedarik işletmelerinde bilimsel ve makul bir yönetim mekanizması, planlama ve tasarım fikri ile kullanıcı tarafındaki elektrik tüketiminin analizi ve tahmini eksikliği bulunmaktadır.
İlçe bölgesinin enerji yapısı
Kırsal alanlardaki enerji yapısı yüksek kirlilik, yüksek enerji tüketimi ve düşük verimlilik ile karakterize edilir.
Çin ekonomisinin hızlı gelişmesiyle birlikte, insanların yaşam standartları sürekli yükselmekte, enerji talebi de artmakta ve fosil yakıt tüketimi büyük ölçüde artarak çevre kirliliğine yol açmaktadır.
Son yıllarda kırsal alanlardaki enerji altyapısı optimize edilip iyileştirilmiş ve temiz enerjinin kullanım düzeyi ve miktarı belirgin şekilde artmıştır.
1). Kırsal alanların yük taşıma kapasitesi düşüktür ve kırsal kesimde yaşayanların elektrik tüketimi azdır; çoğunlukla düşük güçlü elektrikli ev aletleri kullanırlar.
2). Kırsal alanlarda elektrikli araç (EV) sayısı artmaktadır. EV'ler esas olarak elektrik enerjisiyle çalışır ve yardımcı enerji sağlamak için elektrik şebekesini kullanır. EV sayısındaki artış kaçınılmaz olarak elektrik yükünde de artışa yol açacaktır.
3) Kırsal alanlardaki elektrik tedarik yapısı mantıksızdır. Düşük elektrik tüketimi, tek yönlü elektrik tedarik yapısı ve bilimsel ve makul planlama ve tasarımın eksikliği nedeniyle, kırsal alanlardaki elektrik talebini karşılamak zordur.
4). Kırsal kesimde ciddi bir aşırı yüklenme söz konusu olup, bazı bölgelerde düşük voltaj ve eskiyen hat sorunları bulunmakta ve bu durum elektrik sisteminin güvenli ve istikrarlı çalışmasını ciddi şekilde etkilemektedir.
İlçe bölgesindeki dağıtım şebekesinin güç kalitesi
Elektrik kalitesi, kırsal kesim sakinlerinin yaşam kalitesini etkileyen önemli faktörlerden biridir ve aynı zamanda elektrik şirketlerinin çözmesi gereken başlıca sorunlardan biridir. Şu anda, kırsal alanlardaki dağıtım şebekesinin elektrik kalitesi esas olarak aşağıdaki üç sorunla karşı karşıyadır.
1). Kırsal elektrik şebekesinin gerilim sapması büyüktür ve bazı kullanıcıların gerilimlerinde negatif sapma görülmektedir.
2). Bazı köy ve kasabalardaki dağıtım şebekesinin üç fazlı gerilim dengesizliği derecesi, ulusal standartların sınırlarını aşmaktadır.
3). Kırsal alanlardaki dağıtım şebekesinde ciddi üç fazlı dengesizlik olayları yaşanmakta olup, bu durum kullanıcı tarafında güç kalitesi sorununa yol açmaktadır.
Entegre optik depolama ve şarj istasyonunun yapımına ilişkin vaka çalışması
Kırsal alanların ekonomik kalkınmasını daha iyi desteklemek amacıyla devlet, yeni enerji şarj istasyonlarının inşasını yoğun bir şekilde teşvik etmektedir. Şu anda ülkemizde yeni enerji şarj istasyonlarının inşasında bazı sorunlar hala mevcuttur; örneğin, şarj istasyonlarının yer seçimi zorluğu, şarj tesislerinin düşük kullanım oranı ve düşük şarj verimliliği.
Bu amaçla ülkemiz elektrikli araç şarj istasyonlarının inşasını hızlandırmaya başladı. Kırsal kesimlerdeki elektrikli araç şarj sorununu çözmek için, kırsal alanlarda optik depolama ve şarjı birleştiren entegre şarj istasyonları kurulabilir.
Entegre şarj istasyonu üç bölümden oluşmaktadır: fotovoltaik enerji üretim sistemi, enerji depolama sistemi ve şarj istasyonu. İnşaat sürecinde öncelikle fotovoltaik enerji üretim sisteminin kurulması, ardından da enerji depolama sistemi kullanılarak elektrikli araçların şarjının yönetilmesi gerekmektedir.
Ayrıca, elektrikli araçların şarj edilmesinde kolaylık sağlamak için şarj istasyonuna AC şarj direği ve DC şarj direği yerleştirilmesi gerekmektedir.
Genel olarak, kırsal alanların ekonomik kalkınma düzeyi nispeten düşüktür, bu nedenle optik depolama ve şarj entegre istasyonlarının inşa maliyeti de nispeten düşüktür. Bir kasabayı örnek alacak olursak, kasabanın ekonomik düzeyi ülke genelinde orta düzeydedir ve entegre optik depolama ve şarj istasyonunun inşası iyi ekonomik faydalar sağlayabilir.
1). Kasabanın kendisi, entegre ışık depolama ve şarj istasyonunun inşası için tam olarak kullanılabilecek yeterli ışık kaynağına ve arazi kaynağına sahiptir.
Entegre optik depolama ve şarj istasyonunun tasarımında öncelikle uygun yapı malzemeleri ve yapısal form seçilmeli, ardından yerel coğrafi konum ve iklim koşullarıyla birlikte tasarım yapılmalıdır.
Örneğin, soğuk iklimi, yeterli güneş ışığı ve nispeten daha fazla arazi kaynağı nedeniyle, entegre depolama ve şarj istasyonu kurmak için fotovoltaik panelleri tercih edebilirsiniz.
2). Fotovoltaik sistem esas olarak elektrikli araçların şarj edilmesinden, enerji depolama sistemi ise elektriğin depolanmasından sorumludur. Fotovoltaik sistem ve enerji depolama sistemi, inşaat sırasında makul bir şekilde birleştirilmelidir.
Ayrıca, enerji depolama sistemindeki enerji depolama bataryasının ve depolama bataryasının kapasitesi ve miktarı makul bir şekilde belirlenmelidir. Batarya kapasitesi, elektrikli aracın şarj ihtiyacına göre ayarlanmalıdır. Genel olarak, batarya kapasitesi elektrikli aracın kullanım durumuna, konumuna ve pazar talebine göre belirlenebilir. Bu temel üzerinde, elektrikli aracın şarj süresi ve şarj verimliliği makul bir şekilde tasarlanmalıdır.
3). Optik depolama ve şarjı entegre eden şarj istasyonunun, şarj istasyonunun çeşitli ekipmanlarını da makul bir şekilde yapılandırması gerekmektedir.
Entegre şarj istasyonunun kurulumunda, ekipman arızasını ve şarj istasyonunun normal çalışmasını etkilemesini önlemek için kaliteli ve istikrarlı performans gösteren ekipmanların seçilmesine özen gösterilmelidir.
Ek olarak, şarj istasyonunun akıllı seviyesinin iyileştirilmesiyle optik depolama ve şarjı entegre eden şarj istasyonunun akıllı yönetimi gerçekleştirilebilir.
4). Entegre şarj istasyonunun yapımından sonra, istasyonun kabul ve deneme işletiminin gerçekleştirilmesi gerekmektedir:
① Kabul edilebilmesi için ulusal standartlara ve sektör standartlarına uygun olmalıdır;
② Yapısının yerel politika gerekliliklerine ve kullanıcı kabul şartlarına uygun olup olmadığı;
③ Normal çalışması için kabul edilmelidir. Deneme çalışması esas olarak aşağıdaki iki hususu içerir: ① Şarj istasyonunun şarj standartlarına ve ilgili normlara uygun olup olmadığı test edilmelidir; ② Şarj istasyonunun güvenlik yönetmeliklerine ve ilgili standartlara uygun olup olmadığı test edilmelidir.
Optik depolama ve şarj entegre şarj istasyonu kapasite yapılandırması
Elektrikli araçların şarj süresi esas olarak aracın gücü ve şarj süresinden, yani bataryanın şarj süresinden ve elektrik miktarının şarj süresinden etkilenir.
Bu nedenle, elektrikli aracın gücüne göre şarj süresini tahmin etmek gereklidir. Şu anda ülkemizde şarj istasyonları için birleşik bir standart bulunmamaktadır ve farklı marka şarj istasyonlarının şarj süreleri oldukça farklıdır, bu nedenle şarj istasyonlarını tahmin etmek için bazı yöntemler kullanabiliriz. Şarj istasyonları sırasıyla 4 saat, 12 saat ve 16 saat olarak sınıflandırılmıştır.
Yukarıdaki yönteme göre, şarj istasyonunun şarj süresi tahmin edilebilir ve farklı kapasite konfigürasyonlarına sahip şarj istasyonlarının şarj süreleri elde edilebilir. Şarj istasyonlarının kapasite tahsisinde, kırsal kesim sakinlerinin özelliklerini ve elektrikli araç şarj ihtiyaçlarını da tam olarak dikkate almalıyız.
Elektrikli araçların farklı voltaj seviyeleri farklı güç gerektirir, bu nedenle şarj istasyonu ekipmanının konfigürasyonu ihtiyaçlara göre yapılmalıdır.
Normal şartlar altında kırsal kesimde yaşayanların elektrik voltaj seviyeleri 220V ve 110V'tur; bu nedenle şarj istasyonlarının inşasında ilgili voltaj seviyelerinde şarj direklerinin kullanılması gerekmektedir.
Anhui eyaletini örnek alacak olursak, normal şartlar altında kırsal kesimdeki yerleşim yerlerinde voltaj seviyeleri 10 kV ile 35 kV arasındadır. Elektrikli araçların gücünün artması ve şarj süresinin kısalmasıyla birlikte, ortalama şarj süresi de kademeli olarak azalacaktır.
Entegre Optik Depolama ve Şarj İstasyonu Projesi
Ekonomik fayda analizi
120kW, 250kW, 400kW ve 600kW olmak üzere 4 farklı güç seçeneği sunan entegre şarj istasyonunun iç getiri oranı %10,24 ve geri ödeme süresi 120kW güç seçeneğinde 3,65 yıldır.
Ülkemizdeki elektrikli araç sayısının azlığı ve şarj talebinin düşük olması nedeniyle, kırsal kesimlerdeki elektrikli araç şarj ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla entegre şarj istasyonu inşa etmek için küçük kapasiteli projeleri tercih edebiliriz.
Entegre optik depolama ve şarj istasyonunun yapımı
Teknik zorluklar ve çözümler
Kırsal alanlarda entegre optik depolama ve şarj istasyonlarının daha da geliştirilmesi için aşağıdaki teknik zorlukların çözülmesi gerekmektedir.
1). Kullanıcı tarafı enerji depolama sisteminin tasarımı ve yapımı. Kullanıcı tarafı enerji depolama sisteminin tasarımı ve yapımı, kırsal alanlarda entegre optik depolama ve şarj istasyonunun inşasının anahtarıdır.
2). Fotovoltaik enerji üretim sistemi ve şarj sisteminin koordineli kontrolü. Kırsal alanlarda entegre şarj istasyonu kurulurken, fotovoltaik enerji üretim sistemi ile şarj sistemi arasındaki koordinasyon ve kontrolün tam olarak dikkate alınması gerekmektedir. Fotovoltaik enerji üretim sistemi ile şarj sistemi arasındaki koordineli kontrol esas olarak iki yönü içermektedir:
Bir yandan fotovoltaik enerji üretim sistemi ile enerji depolama sistemi arasındaki koordineli kontrol, diğer yandan ise fotovoltaik enerji üretim sistemi ile şarj sistemi arasındaki koordineli kontrol söz konusudur.
Şarj ve deşarj kontrol cihazı, güç regülatörü ve diğer cihazlar, fotovoltaik enerji üretim sistemi ile enerji depolama sistemi arasındaki kontrolü koordine etmek için kullanılabilir.
Fotovoltaik enerji üretim sisteminin çıkış gücü yetersiz kaldığında, şarj ve deşarj kontrolörü aracılığıyla fazla güç zamanında şarj istasyonuna aktarılabilir; güç regülatörü kullanılarak fotovoltaik üretim kapasitesi azaltılabilir ve böylece aşırı şarj önlenebilir.
Ek olarak, süper kapasitör, fotovoltaik enerji üretim ekipmanlarının şarj fonksiyonunu gerçekleştirmek için de kullanılabilir.
3). Şarj istasyonu şebekeye bağlı kontrol stratejisi. Normal şartlar altında, kırsal alanlardaki küçük ölçekli elektrik şebekeleri şebekeye bağlı istikrarsızlığa yol açar. Kırsal alanlarda elektrik tüketiminin güvenliğini sağlamak için, elektrik şebekesindeki çok sayıda dağıtılmış güç kaynağının şebekeye bağlı kontrolör tarafından kontrol edilmesi ve yönetilmesi gerekmektedir.
Aynı zamanda, dağıtılmış güç kaynağı, şebeke tarafı dönüştürücü aracılığıyla elektrik şebekesine bağlanabilir.
Ayrıca, dağıtılmış güç kaynağının koordineli kontrolünü sağlamak için batarya, süper kapasitör ve diğer cihazlardan yararlanmak gereklidir.
4). Şarj istasyonunun güç dağıtım kontrol tasarımı. Genel olarak, kullanıcı tarafındaki enerji depolama kapasitesi yetersiz olduğunda, fazla güç çift yönlü bir dönüştürücü aracılığıyla şarj istasyonuna eklenebilir; kullanıcı tarafındaki enerji depolama kapasitesi yeterli olduğunda ise, fotovoltaik enerji üretim ekipmanının şarj ve deşarjı için süper kapasitörler kullanılabilir.
5). Optik depolama ve şarj entegre şarj istasyonunun işletme, bakım ve yönetimi. Özellikle, aşağıdaki yedi hususu içerir: ① Sağlam bir çalışma planı oluşturmak; ② İlgili personelin eğitimini güçlendirmek; ③ Ekipmanı düzenli olarak incelemek ve bakımını yapmak; ④ Şarj istasyonu İşletme Yönetim Sistemini kurmak ve geliştirmek; ⑤ Düzenli olarak çeşitli eğitim faaliyetleri düzenlemek ve yürütmek; ⑥ Şarj istasyonu işletme ve bakım mekanizmasını kurmak ve geliştirmek; ⑦ Ekipman arızalarına zamanında müdahale etmek, vb.
Bu makale, fotovoltaik enerji üretimi ve enerji depolama projelerinin teknolojisini ve ekonomisini analiz etmekte ve kırsal alanlarda entegre şarj istasyonu kurmanın mümkün olduğu sonucuna varmaktadır.
Bu proje, ekonomik ve sosyal açıdan önemli faydalar sağlamakta olup, Çin'in "Çift Karbon" hedefi kapsamında yeni enerji üretim sektörünün geliştirilmesi gereksinimlerini karşılamaktadır. Yeni enerji üretim teknolojisindeki sürekli ilerlemeyle birlikte, fotovoltaik enerji üretim teknolojisi ve enerji depolama teknolojisi daha yaygın olarak kullanılacaktır.
Bu nedenle, ülkemizin yeni enerji depolama teknolojisi ve fotovoltaik enerji üretim teknolojisi gibi gelişmiş yeni enerji üretim teknolojileri üzerine yaptığı araştırmaları artırması ve yeni enerji üretim sektörünün gelişimine daha fazla destek sağlaması gerekmektedir.
