Электромобили и перспективные системы хранения энергии в электрической сети




Page 1


background image







Page 2


background image

14

электрозарядная инфраструктура

Электромобили 
и перспективные системы 
хранения энергии 
в электрической сети

Электромобили

 

являются

 

ключом

 

к

 

переходу

 

на

 

экологически

 

чистый

 

транс

порт

 

в

 

будущем

По

 

имеющимся

 

оценкам

к

 2050 

году

 

количество

 

владельцев

 

электромобилей

 

в

 

мире

 

превысит

 800 

миллионов

а

 

годовое

 

потребление

 

элек

троэнергии

 

составит

 

около

 2400 

ТВт∙ч

Исследования

 

показывают

что

 

в

 

услови

ях

 

повышения

 

технико

экономической

 

привлекательности

 

аккумуляторных

 

ба

тарей

наличия

 

доступной

 

инфраструктуры

 

для

 

двустороннего

 

взаимодействия

 

между

 

автомобилями

 

и

 

электрической

 

сетью

 

и

 

обес

 

печения

 

соответствующей

 

политической

 

поддержки

 

электромобили

 

могут

 

выступать

 

в

 

энергосистеме

 

в

 

роли

 

оборудования

 

для

 

хранения

 

энергии

 

с

 

низкой

 

маржинальной

 

стоимо

стью

 

и

 

стать

 

одним

 

из

 

наиболее

 

важных

 

ресурсов

 

гибкого

 

регулирования

в

 

системе

 

с

 

преобладанием

 

экологически

 

чистых

 

источников

 

энергии

П

о  самым  скромным  подсчетам, 

к  2050  году  электромобили  смогут 

обеспечить  2,3  ТВт  накопленной 

энергии, а доля их мощности во всем 

оборудовании  для  хранения  энергии  составит 

более 60%. Они способны сглаживать кратко-

срочные  колебания  выработки  и  потребления 

энергии, а также формировать систему накоп-

ления  энергии  пирамидальной  формы  вместе 

с  другими  устройствами,  расположенными  на 

объектах генерации и в электрической сети.

В  последнее  десятилетие  индустрия  элек-

тромобилей  продемонстрировала  стремитель-

ное  развитие.  С  2008  по  2018  год  количество 

владельцев электромобилей во всем мире уве-

личилось с 3 тысяч до более 5,1 миллиона при 

среднегодовом темпе роста более 200%. Одна-

ко доля электромобилей относительно традици-

онного  транспорта  была  по-прежнему  невысо-

кой — всего около 0,5%.

Можно  спрогнозировать,  что  в  будущем 

многие  страны  начнут  препятствовать  про-

даже  автомобилей  на  нефтяном  топливе,  при 

этом  стоимость  аккумуляторных  батарей  для 

электромобилей  будет  снижаться  быстрыми 

темпами. С учетом этого все основные научно-

исследовательские  институты  предсказывают, 

что  количество  электромобилей  будет  стре-

мительно расти. По оценкам Международного 

энергетического  агентства  (IEA),  к  2030  году 

количество 

владельцев 

электромобилей 

в  мире  может  достигнуть  250  миллионов  (из 

них 100 миллионов в Китае), а к 2050 году — 

1 миллиарда. Основываясь на модели распро-

странения инноваций, Институт экономических 

и технологических исследований GEIDCO про-

гнозирует, что к 2050 году только в Китае коли-

чество транспортных средств, работающих на 

новой энергии, превысит 400 миллионов штук. 

За  вычетом  водородных  и  гибридных  автомо-

билей  доля  чистых  электромобилей  составит 

по крайней мере 300 миллионов. При этом во 

всем  мире  только  по  самым  скромным  оцен-

кам  будет  находиться  в  эксплуатации  более 

800 миллионов таких машин.

АНАЛИЗ

 

ВЛИЯНИЯ

 

ЭЛЕКТРО

МОБИЛЕЙ

 

НА

 

ЭНЕРГОСИСТЕМУ

С быстрым ростом количества электромобилей 

наблюдается  их  большее  влияние  на  энерго-

систему. В 2018 году общий мировой спрос на 

электроэнергию для электромобилей составил 

приблизительно  26  ТВт∙ч,  что  эквивалентно 

примерно  четверти  общего  электропотребле-

ния в Пекине. Но эта цифра будет расти, а вме-

сте с ней и влияние на сеть. Предполагается, 

что  к  2050  году  потребление  электроэнергии 

для  зарядки  электромобилей  во  всем  мире 

составит 2400 ТВт∙ч, или около 4% от общего 

потребления. Если не принимать никаких мер, 

то  концентрированная  зарядка  электротранс-

порта значительно увеличит пиковую нагрузку 

сети, что означает более высокие требования 

к  мощности  и  безопасной,  стабильной  работе 

системы.

Учитывая  различия  в  способах  взаимодей-

ствия  и  свойствах  электромобилей  и  энерго-

системы, зарядка может осуществляться в трех 

вариантах: неупорядоченная зарядка, упорядо-

ченная зарядка и зарядка по принципу V2G.







Page 3


background image

15

 

Неупорядоченная

 

зарядка

Режим  неупорядоченной  зарядки  предполагает, 

что  все  электромобили  заряжаются  в  соответствии 

с имеющимся спросом без какой-либо связи со специ-

альной политикой цен на электроэнергию. Для элек-

тромобилей  как  транспортного  средства  в  первую 

очередь  необходимо  иметь  возможность  выполнять 

транспортные  функции.  Режим  зарядки  в  основном 

определяется условиями использования автомобиля, 

в том числе протяженностью пути, временем в дороге 

и периодом зарядки.

Если взять в качестве примера Китай, то согласно 

имеющимся оценкам к 2050 году в стране будет на-

ходиться 300–400 миллионов электромобилей, а су-

точная потребность в электроэнергии для транспорта 

составит около 2,5 ТВт или 6,5% от общего спроса на 

электроэнергию во всей энергосистеме. Для неупоря-

доченной зарядки потребность в мощности может до-

стигнуть около 380 ГВт, что составляет около 15% от 

максимальной  годовой  нагрузки.  Основное  негатив-

ное влияние такого режима зарядки на электрическую 

сеть заключается в том, что к максимальной нагрузке 

будет добавлено около 100 ГВт. Как следствие, раз-

ница между пиковым и минимальным значением по-

требления возрастет примерно на 10%.

 

Упорядоченная

 

зарядка

Режим  упорядоченной  зарядки  предполагает  ис-

пользование  политики  цен  на  электроэнергию,  тех-

нологии  управления  зарядкой  и  других  средств  для 

оптимизации режима зарядки и мотивирования вла-

дельцев  электротранспорта  производить  ее  в  нуж-

ное время для снижения расходов на электричество 

и  уменьшения  влияния  на  сеть.  Статистика  показы-

вает,  что  среднее  время  вождения  автомобиля  со-

ставляет всего 4% от его срока службы, то есть время 

нахождения на стоянке намного больше, чем время 

в пути. Таким образом, выбор времени зарядки и регу-

лирование ее мощности не повлияет на потребности 

водителей  в  поездках,  что  дает  огромное  простран-

ство  для  оптимизации  периода  зарядки.  Следова-

тельно, для электромобилей есть высокий потенциал 

регулирования спроса на электроэнергию.

В  настоящее  время  количество  электромобилей 

невелико, и их групповая зарядка мало влияет на энер-

госистему. Страны повсеместно используют политику 

сниженных цен на электроэнергию в зависимости от 

времени ее использования, чтобы побудить пользова-

телей электромобилей производить зарядку при ми-

нимальной  нагрузке  на  сеть.  Когда  электромобилей 

станет больше, ценообразование на электроэнергию 

будет  осуществляться  по  фиксированным  периодам 

времени. Таким образом, при повсеместной зарядке 

в момент переключения цены на электроэнергию на-

грузка энергосистемы будет резко увеличиваться.

Под воздействием ценового предложения на элек-

троэнергию, которое достаточно точно отражает теку-

щие выработку и потребление в энергосис теме, поль-

зователи электромобилей могут стать полноценными 

участниками рынка электроэнергии. Таким способом 

можно эффективно решить проблему традиционного 

подхода, когда цена на электроэнергию дифференци-

рована по времени суток. С предварительным усло-

вием  удовлетворения  спроса  на  поездки  и  с  учетом 

динамических  ограничений  энергосистемы  пользо-

ватели электромобилей могут снизить стоимость за-

рядки  при  одновременном  уменьшении  колебаний 

нагрузки в сети. Это значительно улучшает эксплуа-

тационные характеристики системы. По сути, реали-

зуется  «беспроигрышный»  вариант  взаимодействия 

между  отдельными  пользователями  электротранс-

порта  и  электрической  сетью.  Расчеты  на  примере 

Китая  показывают,  что  к  2050  году  разница  между 

пиковыми и минимальными значениями потребления 

может быть уменьшена на 15%. Таким образом, при 

правильном  подходе  оптимизированный  электромо-

биль представляет собой регулируемую нагрузку, не 

оказывающую негативного влияния на энергосистему.

 

Принцип

 V2G

Принцип V2G (Vehicle-to-grid, «автомобиль в сеть») 

предполагает двусторонний обмен энергией и инфор-

мационное взаимодействие между электромобилями 

и  электрической  сетью.  В  период  пиковой  нагрузки 

электромобили  могут  разряжаться  для  поддержки 

энергосистемы, а в период минимума нагрузки — за-

ряжаться для восполнения энергии, использованной 

во время путешествий и в пиковый период.

Для  реализации  принципа  V2G  необходимы  три 

условия. Первое из них — это отработанная техно-

Электромобили

 Nissan 

и

 Toyota 

и

 

их

 

зарядные

 

системы

 3 (66) 2021







Page 4