Методологию оценки размещения зарядных станций для электромобилей разработали в НГТУ НЭТИ
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ предложили методику многофакторной оценки локаций для установки электрозарядных станций (ЭЗС). Она позволяет учитывать городскую среду, сценарии использования электромобилей и ограничения распределительных электрических сетей. Разработанный подход универсален и может применяться при планировании зарядной инфраструктуры в разных городах.
Как отмечает ассистент кафедры электроснабжения предприятий НГТУ НЭТИ Павел Казак, подходить к проектированию зарядной инфраструктуры важно с учетом того, что электромобиль не просто средство передвижения — это высокотехнологичное устройство, которое потребляет значительное количество энергии и нуждается в зарядке. Использование электромобиля по модели цифрового устройства заставляет в целом взглянуть на этот вид транспорта по-новому.
«Как мы пользуемся телефоном? Ночью ставим на медленную зарядку и надеемся, что нам хватит на весь день. Но если не хватило, то ищем зарядку там, где оказались, чтобы максимально быстро зарядиться и побежать по делам дальше. На работе у нас один сценарий использования смартфона, дома другой и так далее. Если учитывать функциональные зоны города, то можно построить инфраструктуру таким образом, чтобы это было действительно удобно пользователю и при этом прогнозируемо и понятно энергетикам», — отметил Павел Казак.
Зарядные станции являются дополнительной распределенной стохастической нагрузкой и оказывают существенное влияние на городскую систему электроснабжения. К примеру, массовое использование зарядных устройств в часы пик может привести к превышению допустимой нагрузки и, как следствие, к аварийным отключениям, повреждению оборудования и т. д. В России, согласно прогнозам, рынок электромобилей перейдет к массовому уровню к 2030 году, доля продаж достигнет 12–25% к 2035 году, что делает актуальной задачу обоснованного выбора участков для размещения ЭЗС.
В рамках диссертационной работы Павлом Казаком проведено масштабное исследование влияния топологии сети зарядных станций на режимы работы систем электроснабжения мегаполисов. Были взяты данные по загрузке электрических сетей в деловой зоне Новосибирска (схема электрической сети с замерами на текущий год и ретроспективными данными) и проведен анализ изменения графика нагрузки с учетом зарядных станций. Результаты моделирования показали, что при стихийном размещении ЭЗС и отсутствии регулирования зарядной нагрузки возрастает риск локальных перегрузок, дефицита сетевого резерва, роста потерь электроэнергии и ухудшения уровней напряжения. Для снижения этих рисков необходимо учитывать не только места размещения ЭЗС, но и режимы их работы в течение суток.
«Мы решили разработать методологию, которая бы объясняла, что такое электромобили, электрозарядные станции, как они должны работать, и давала эффективные инструменты для принятия обоснованных решений — где и какие зарядки ставить, чтобы обеспечить удобство пользователей и не перегружать городские электросети. Подход к планированию зарядной инфраструктуры основан на выделении типовых зон, на которые можно разбить любой мегаполис, и на поведенческих сценариях с опорой на данные о времени пребывания людей в разных зонах. В жилой зоне человек находится вечером и ночью, в деловую зону он приезжает на работу и проводит там день. Также есть транзитные зоны — въезд или выезд из города. Для каждой из них необходимы свои типы зарядки. В жилой зоне, где электромобиль может заряжаться в течение всей ночи, нужна медленная маломощная зарядка. В деловой зоне автомобиль находится ограниченное время, поэтому зарядная инфраструктура выполняет функцию станций подхвата, то есть ориентирована на кратковременную подзарядку без длительной стоянки, а не полного восполнения заряда. Здесь целесообразны быстрые DC-станции с ограничением времени зарядной сессии. В транзитной зоне — быстрая подзарядка с ограничением по времени, не более часа», — рассказал Павел Казак.
Ученые НГТУ НЭТИ спрогнозировали режим работы электросетей с учетом разработанных предложений — распределения мощности зарядных станций по типам зон и временных ограничений. Например, ограничение зарядки в периоды, когда она не соответствует сценарию использования конкретной зоны, и перенос части нагрузки из вечернего максимума на менее загруженные интервалы суток. Прогноз показал, что предложенные меры позволяют снизить глубину просадок напряжения, уменьшить загрузку трансформаторов и сократить потери электроэнергии.
Разработанная методика основана на интегральной оценке участка по шести факторам: интенсивность трафика, наличие свободных площадей и парковки, возможность подключения к электросетям, стоимость земельного участка, удаленность от существующих ЭЗС и перспективы развития района. Для каждого фактора задана дискретная шкала оценки, а весовые коэффициенты определены методом анализа иерархий Т. Саати. На основе комплексного анализа предложенных адресов выводится расчетный интегральный показатель пригодности для каждого участка, позволяющий ранжировать площадки по степени пригодности для размещения ЭЗС.
«Например, подрядчик, который планирует установить некое количество зарядных станций, дает список адресов и просит проанализировать, целесообразна ли установка. Мы оцениваем каждый адрес по интегральному показателю пригодности и даем экспертное заключение: из 10 предложенных адресов три категорически не рекомендуются по причине низкого спроса/отсутствия мощности, пять — с оговорками, два — полностью подходят для установки. Ресурсы стоит направлять туда, где есть поведенческий спрос и техническая возможность», — объясняет Павел Казак.
Поскольку большое количество локаций сложно проанализировать вручную, был разработан программный комплекс для оценки размещения ЭЗС. Софт состоит из двух частей. Первый модуль — это предобработка исходных данных и оценка места. Программа анализирует факторы, влияющие на эффективность установки ЭЗС, и выдает экспертное заключение по каждой локации на основе показателя пригодности. Второй модуль занимается предобработкой исходных данных о сети для дальнейшего расчета установившегося режима. Он считается для оценки вероятности появления нештатных ситуаций при добавлении нагрузки на ЭЗС. На ПО получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Ученые провели апробацию методологии на реальных ЭЗС Новосибирска и Москвы. В ходе исследования были получены акты внедрения от крупных отраслевых компаний Новосибирска. Предложенная методология может использоваться городскими властями и инвесторами для обоснованного выбора мест установки ЭЗС и может быть масштабирована на любой город.
Ранее в НГТУ НЭТИ разработали инновационную систему нагрева аккумуляторов для электромобилей и выпустили первую партию электрозарядных станций, способных работать при экстремально низких температурах.
Инфографика предоставлена разработчиком
