Автор: Андрей Чепига. Проблема развития альтернативной энергетики, которая основана на использовании энергии ветра, солнца и топливных элементов, во всем мире вызывает огромный интерес, и ученые стараются найти новые технологии, новые устройства, которые могли бы аккумулировать энергию, хранить ее и использовать при необходимости.

Одним из главных препятствий при создании накопителей электроэнергии является задача балансировки подачи в сеть энергии, которая получена от возобновляемых источников, в соответствии с потребностями потребителей. Одним из вариантов решения этой проблемы является концепция vehicle-to-grid (V2G), которая напрямую принимает участие в управлении спросом на электроэнергию и помогает избавиться от данной сложности.

Цель

Этот пост является анализом концепции двухстороннего использования электромобилей, подразумевающей подключение машины в общую электрическую сеть для подзарядки автомобиля с возможностью выдачи электроэнергии обратно в сеть для участия в управлении спросом на электроэнергию, а также выявление преимуществ и недостатков данной технологии.

Анализ

Для приведения в движение электромобилей (ЭМ) используются как синхронные, так и асинхронные двигатели. Электромобиль заряжается от источника электроэнергии, который находится вне транспортного средства, он может быть автономным – от солнечной батареи или водородного генератора, преобразующего топливо в электричество. Будущее транспорта – более эффективные системы электропривода. При рассмотрении большого количества современных электромобилей, а также мощности их систем хранения энергии были предложены дополнительные преимущества их применения как накопителей энергии. Однако есть много вопросов: какое дополнительное оборудование и программное обеспечение потребуется для доставки накопленной энергии; какие коммуникационные системы нужны; можно ли это сделать, не затрагивая потребности водителя; каково будет влияние на срок службы батареи; какие мотивы существуют для достижения этого и кто выигрывает от этой идеи.

Технология V2G подразумевает возможность организации контролируемого и двунаправленного потока электрической энергии между транспортным средством и электрической сетью. Электрическая энергия поступает от сети к автомобилю, для того чтобы зарядить батарею. Электрическая энергия отдается от транспортного средства в сеть, когда электроэнергетической компании необходима энергия, например, для обеспечения пиковой мощности. Исследования показывают, что транспортные средства не используются для активных перевозок более 90 % времени. Поэтому в это время батареи ЭМ могут использоваться для обслуживания рынков электроэнергии без ущерба для их основной транспортной функции. Технология V2G включает в себя концепции vehicle-to-home (когда электромобиль находится дома) или vehicle-to-building (когда электромобиль находится в коммерческом здании). В этих случаях батарея может использоваться для питания электрической нагрузки.

Электрическая энергия, которая хранится внутри батареи электромобилей, может быть использована для ограничения максимума нагрузки и повышения качества электрической энергии. Ограничения максимума нагрузки – это ограничение нагрузки в пиковое время. В концепции smart grid электромобиль может стать важной частью сети и действовать как распределенный источник электроэнергии. ЭМ обеспечит хранение и поддержит стабильность сети путем отдачи необходимого количества мощности с меньшим загрязнением окружающей среды.

Прежде чем интегрировать ЭМ в сеть, чтобы передать мощность обратно в энергосистему, необходимо выполнить несколько условий:

• по стандарту IEEE 519 общее искажение гармоник должно быть ниже 5 %, поскольку оно напрямую связано с загрязнением сети;
• коэффициент мощности должен быть близок к единице;
• транспортное средство должно иметь достаточное количество заряда, зарезервированного в аккумуляторе.

Для зарядки или разрядки энергии задействуются три системных компонента: место, где ЭМ соединяется с электрической сетью; оборудование питания ЭМ, к которому подключается транспортное средство; аккумулятор для ЭМ с системой контроля заряда. Место, где ЭМ соединяется с электрической сетью, может быть домом владельца, парковкой или общественной зарядной станцией. ЭМ могут питаться от источников постоянного и переменного тока на различных уровнях мощности. Каждый ЭМ может иметь несколько компонентов для управления и регулирования скорости зарядки аккумулятора. Все эти компоненты играют определенную роль в определении режимов работы и функциональности.