Приток электромобилей увеличивает потребность в сетевом планировании

Что касается надежности сети, исследование PNNL показывает, что заблаговременное планирование и интеллектуальные стратегии зарядки электромобилей могут помочь городам и коммунальным службам сгладить кривую падения и избежать дорогостоящей новой инфраструктуры

Первоначально опубликовано в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL)

Автор, Линн Родер, 

РИЧЛАНД, Вашингтон. Массовое появление электромобилей. Как местные коммунальные службы, планировщики сетей и города могут подготовиться? Это ключевой вопрос, на который направлено новое исследование, проведенное учеными из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории для Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США.

Хотя мы точно не знаем, когда наступит переломный момент, парки транспортных средств с быстрой зарядкой изменят то, как города и коммунальные службы управляют своей электроэнергетической инфраструктурой», — сказал Майкл Кинтнер-Мейер, инженер по электрическим системам в группе инфраструктуры электроснабжения PNNL и ведущий автор исследования. «Вопрос не в том, если ли, а в том, когда».

Исследование, опубликованное сегодня, объединяет множество факторов, которые ранее не оценивались, например электрические грузовики для доставки и дальних перевозок, а также интеллектуальные стратегии зарядки электромобилей.

Электрификация транспорта:будем ли мы готовы? Исследование PNNL показывает, что к 2028 году количество электромобилей превысит 24 миллиона автомобилей, что может начать сжимать электросеть на западе США. Майк Перкинс | ПННЛ

Грядет электрификация транспорта

По данным EV Hub, около 1,5 миллиона электромобилей, в основном автомобили и внедорожники, в настоящее время находятся в пути в США. Исследователи PNNL оценили пропускную способность энергосистемы в западной части США в течение следующего десятилетия по мере роста парка электромобилей всех размеров, включая грузовики, подключайтесь к зарядным станциям в домах и на предприятиях, а также на транспортных маршрутах.

Для своего исследования авторы использовали наилучшие доступные данные о будущей пропускной способности сети от Western Electricity Coordinating Council, или WECC. Анализ показал, какую максимальную нагрузку электромобилей может выдержать сеть без строительства дополнительных электростанций и линий электропередач.

Хорошей новостью является то, что к 2028 году общая энергосистема, от генерации до передачи, выглядит здоровой, до 24 миллионов электромобилей, что составляет около 9 % текущего трафика легковых автомобилей в США.

Однако при наличии около 30 миллионов электромобилей все становится рискованно. На местном уровне проблемы могут возникнуть при еще меньшем количестве внедрения электромобилей. Это потому, что один электромобиль с быстрой зарядкой может потреблять столько же энергии, сколько до 50 домов. Если, например, в каждом доме в тупике есть электромобиль, один силовой трансформатор не сможет одновременно заряжать несколько электромобилей.

Сглаживание утиной кривой

Как подробно описано в отчете, текущее планирование сети не учитывает должным образом массовый приток электромобилей. Это упущение усугубляет и без того напряженную ситуацию — страшную утиную кривую.

Утиная кривая представляет собой 24-часовой профиль нагрузки на энергосистему и обычно возникает в районах с большим количеством фотоэлектрических или солнечных установок на крышах. Кривая основана на умеренной нагрузке утром, низкой нагрузке днем, когда солнечные батареи подают электроэнергию в сеть, и высокой нагрузке ночью, когда люди возвращаются с работы домой и солнце садится.

Когда спрос резко возрастает, напряжение падает. Это серьезное колебание тяжело сказывается на системных операциях, которые не предназначены для включения и выключения, как выключатель света. А чем больше электромобилей подключается к сети для подзарядки по вечерам, тем быстрее разгоняется и увеличивает расходы на электроэнергию.

Согласно исследованию, стратегии разумной зарядки — избегание зарядки в часы пик утром и ранним вечером — могут сгладить пики спроса и заполнить кривую утки. У подхода есть два плюса. Во-первых, он будет использовать относительно чистую солнечную энергию в течение дня. Это также уменьшит или устранит резкие подъемы в вечернее время, когда солнечная энергия исчезает, а другие источники включаются, чтобы компенсировать разницу.

Вероятные сценарии подчеркивают необходимость планирования

Опираясь на данные WECC, команда разработала и смоделировала вероятные сценарии на 2028 год. Сценарии были проверены бизнес-лидерами и включали в себя сочетание легких (пассажирских), средних (автофургоны и фургоны) и тяжелых (полуприцепов и грузовых автомобилей). служебные автомобили на дороге — впервые в такой анализ были включены все три класса транспортных средств. PNNL также разработала транспортную модель для перевозки грузов по дорогам с зарядными станциями на автомагистралях между штатами через каждые 50 миль для всех трех классов транспортных средств.

Сценарии включали эволюцию энергосистемы и ее пропускной способности на государственном и региональном уровнях. Команда сосредоточилась на сценариях с наибольшим потенциалом воздействия на сеть.

Узкие места из-за новых зарядок для электромобилей возникли больше всего в районах Калифорнии, включая Лос-Анджелес, который планирует перейти на полностью электрический городской парк к 2030 году. Ограничение возникло из-за роста быстрозарядных автомобилей и коммерческого парка электрических грузовиков. Эти транспортные средства могут потреблять 400 ампер через цепь в течение 45 минут вместо 15–20 ампер, которые сегодня потребляют большинство электромобилей в течение 6–8 часов.

Деннис Стайлз курирует портфель исследований PNNL в области энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. Он сказал, что автомобили с быстрой зарядкой и интеграция мобильных грузов — автопарков в движении — сегодня являются одними из самых больших проблем для планировщиков.

«Раньше им никогда не приходилось думать об электромобилях, но некоторые города уже изучают интеллектуальные средства управления и другие способы модификации своих распределительных систем и операций», — сказал Стайлз. «Ключ в том, чтобы выяснить сейчас, как избежать больших капиталовложений в будущем. Добавление нового трансформатора здесь и там сильно отличается от капитального ремонта подстанции».

Впереди

Но проблема не ограничивается большими районами, такими как Лос-Анджелес. Кинтнер-Мейер сказал, что небольшим городам с ограниченными ресурсами нужна помощь в планировании их инфраструктуры зарядки и пропускной способности. Это следующий шаг.

В последующем исследовании исследователи более подробно изучат способы интеграции электромобилей в местные и региональные системы распределения электроэнергии по всей стране.

«У нас есть данные и метод для запуска сценариев «что, если», — сказал Кинтнер-Мейер. «С данными от коммунальных служб о фидерах и инфраструктуре мы можем построить модели, а затем передать их, чтобы они могли опережать кривую».

Дополнительную информацию об исследовании можно найти в отчете «Электрические транспортные средства в масштабе — анализ фазы I:влияние внедрения электромобилей на западную энергосистему США», автором которого являются Кинтнер-Мейер и коллеги из PNNL Сара Дэвис, Дхрув Бхатнагар, Сид Шридхар, Малини Госал и Шант Махсереджян.

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория использует уникальные возможности в области химии, наук о Земле и анализа данных, чтобы продвигать научные открытия и находить решения для самых сложных проблем страны в области энергетической устойчивости и национальной безопасности. PNNL, основанная в 1965 году, управляется Battelle для Управления науки Министерства энергетики США. Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите Центр новостей PNNL. Следите за нами в Facebook, Instagram, LinkedIn и Twitter.

Опубликовано:29 июля 2020 г.

Избранное изображение, Защитник прав детей на электромобилях заряжает электромобиль своей семьи, Зак Шахан, CleanTechnica