Интегриране на ВЕИ в зарядна инфраструктура за електромобили

ВЕИ енергетикaСп. Енерджи ревю - брой 5, 2019 • 11.09.2019

Замърсяването на въздуха оказва вредно въздействие върху човешкото здраве и околната среда и въпреки значителния спад на емисиите на много от замърсителите в Европа през последните десетилетия, концентрациите на някои от тях все още са прекалено високи. На много места, по-специално в големите гъстонаселени градове, се наблюдава ежедневно превишаване на допустимите норми за качеството на въздуха.

Към основните антропогенни източници на замърсяване на въздуха спадат изгарянето на изкопаеми горива при производството на електроенергия, транспортът, промишлеността и др. В цял свят компетентните органи по опазване на околната среда се опитват да ограничат максимално замърсяването на въздуха чрез предприемането на различни мерки, свързани с влагането на значителни ресурси.

Постигането на дългосрочната цел за по-добро качество на атмосферния въздух ще изисква инвестиции в чисти технологии за генериране на енергия както от страна на частния, така и на публичния сектор, разработване на ефективно законодателство, сътрудничество със замърсяващите отрасли и с международни, национални и регионални отговорни власти.

 

Ползите

Едно от необходимите условия е и преходът към нисковъглеродна икономика и по-устойчив транспорт чрез по-широкото използване на електрически превозни средства. Статистиката сочи, че транспортът генерира над 14% от глобалните емисии на парникови газове и е основният сектор в ЕС, в който този показател все още се увеличава.

Технологията на електромобилите непрекъснато се развива и те имат все по-висока ефективност. Сред основните им предимства са това, че не отделят CO2, азотни оксиди (NOx) и други замърсители и че не са източник на шум и вибрации. Всъщност доколко замърсяват електромобилите зависи от това по какъв начин е получена енергията за захранването им.

От оперативните данни на Електроенергийния системен оператор (ЕСО) за производството на електроенергия ясно се вижда, че в България една минимална част идва от възобновяеми енергийни източници. Основният дял от произведената електроенергия е от АЕЦ и кондензационни и топлофикационни ТЕЦ, които работят предимно на изкопаеми горива.

Едно обаче е безспорно относно електромобилите – вредните емисии не се отделят там, където въздухът е най-замърсен – в градовете.
Въпреки че електрическите автомобили се считат за най-добрата алтернатива на конвенционалните с двигатели с вътрешно горене, широкото им разпространение потенциално би довело до значително увеличена консумация на електроенергия, което в случаите, когато тя се произвежда основно в електрически централи, използващи изкопаеми горива, не би повлияло за съществено намаляване на емисиите на въглероден диоксид.

Поради това по-голямата част от новите зарядни станции за електромобили се изграждат с навеси, покрити със соларни панели. Ползите от този подход са две – те осигуряват възобновяема енергия, добита от слънцето, и сянка на зареждания електромобил.

Първата слънчева зарядна станция за електромобили в България, която е с максимална дневна производителност от 23 kWh, е монтирана през 2012 г. Големите производители от автомобилния сектор работят заедно за създаването на европейска мрежа за зареждане на електромобили, като съвместната инициатива планира изграждането на общо 400 станции в Европа до края на 2020 г. с максимален капацитет до 350 kW.

Използването на възобновяеми енергийни източници за зарядни станции за електромобили на практика прави превозните средства “зелени” в истинския смисъл. Ползите за околната среда от употребата на електромобили са доказани, но въпреки това без използването на изцяло възобновяеми енергийни източници, като слънчева и вятърна енергия, въглеродният им отпечатък до известна степен просто се измества от ДВГ на превозните средства към производството на електроенергия от изкопаеми горива. Използването на електрически автомобил, който се зарежда с възобновяема енергия гарантира едновременно икономичен и екологосъобразен транспорт.

 

Соларни зарядни станции

С цел популяризиране на употребата на хибридни и изцяло електрически превозни средства е необходимо изграждането на инфраструктура от зарядни станции. Според редица проучвания един от главните проблеми за потенциалните потребители на електромобили е именно липсата на достатъчно добре развита зарядна инфраструктура.

Следователно причината за относително малкия пазарен дял на тези превозни средства не се крие само в сравнително високата им цена. Въпреки че съществуващите зарядни станции на работните или обществените места подпомагат пазарното приемане на електромобилите, шофьорите имат нужда от повече удобни и съвместими варианти за зареждане, дори и в домакинствата.

Практичната и ефективна алтернатива на зарядните станции, свързани към градската електроразпределителна мрежа, са тези, работещи със соларна енергия. Както е известно, превръщането на слънчевите лъчи в електричество посредством соларни панели не води до отделянето на вредни емисии във въздуха, за разлика от генерирането на енергия в електроцентралите, използващи изкопаеми горива.

Тези зарядни станции са автономни съоръжения, които не консумират ток от електроразпределителната мрежа, а от собствена фотоволтаична инсталация. Не се нуждаят и от допълнителна инфраструктура (трафопост, кабелно захранване, ел. табло и др.) и могат да функционират самостоятелно където и да е – в градската среда или по магистралите. Освен това фотоволтаичните зарядни станции за електромобили осигуряват директно използване на добитата от слънцето електроенергия. Така се затваря цикълът за зареждане на електромобилите като екологичен и икономичен градски транспорт.

 

Преходът

Електромобилите обещават да изиграят решаваща роля в световния преход към използване на устойчива енергия и най-вече към генерирането на енергия от възобновяеми източници. Причините за това са няколко, но най-важната е, че освен да трансформират транспортния сектор електромобилите предоставят и отлична възможност за значително увеличаване на дяловете на ВЕИ в общия енергиен микс.

Зареждането на електрическите превозни средства може да създаде съществени допълнителни енергийни потребности. Те могат да бъдат посрещнати по практичен и разходно ефективен начин чрез възобновяеми енергийни източници, включително чрез подаването на соларна и вятърна енергия в електроразпределителната мрежа.

Подобни подходи предлагат атрактивна перспектива особено за градовете за декарбонизиране на транспорта и същевременно редуциране на атмосферното и шумовото замърсяване, намаляване на зависимостта от вноса на горива и внедряване на нови модели за градска мобилност.

Постоянното понижаване на разходите за генерирането на възобновяема енергия правят електричеството подходящ алтернативен източник за транспортния сектор. Увеличаването на електромобилите в употреба представлява и възможност за развитие на енергийната система, с потенциал за добавяне на необходимата гъвкавост в електрическите мрежи и поддържане на интеграцията на високи дялове ВЕИ.

Това, което прави електромобилите уникални от гледна точка на електрическата система, е, че те не са разработени за енергийния сектор и не са приоритетно решение за осигуряване на гъвкавост на мрежата. Вместо това първичното им предназначение е да служат за нуждите на мобилността. Следователно, за да се постигне максимално оползотворяване на електрическите превозни средства, трябва да бъде проучено кои случаи на приложение биха били оптимални и за двата сектора. Смята се, че електромобилите, захранвани от възобновяеми източници, могат да доведат до значителни ползи за електроразпределителната мрежа, без да оказват негативно въздействие върху функционалността на транспорта.

Автомобилите, включително електрическите, обикновено са паркирани през 95% от експлоатационния си живот. Тези периоди на престой, съчетани с подходящ капацитет за съхранение на енергия на акумулаторите, могат да превърнат електромобилите в атрактивно решение за допълнителна гъвкавост на енергийната мрежа. Всяко електрическо превозно средство може да играе ролята на микросистема за съхранение с потенциала да предостави широк спектър от услуги за мрежата. В същото време обаче неконтролираното зареждане може да повиши пиковия натиск върху мрежата, което ще наложи необходимостта от съответните надграждания на ниво разпределение.

По данни на Германския център за изследване на соларната енергия и водорода (ZSW) в началото на 2019 г. електромобилите по пътищата в целия свят са 5,6 млн. Китай и САЩ са най-големите пазари, с 2,6 и 1,1 млн. електромобила съответно. Ако повечето от пътническите автомобили, продавани след 2040 г., са електрически, то до 2050 г. общият брой електромобили в световен мащаб може да достигне 1 млрд.

Според анализи на Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA) е възможно в бъдеще капацитетът на батериите на електромобилите да надхвърли този на стационарните батерии. Анализът показва още, че през 2050 г. ще бъде наличен капацитет от около 14 TWh от батерии на електромобили за свързване към мрежата, в сравнение с 9 TWh от стационарни батерии.

 

Въздействие върху мрежата

Неконтролираното зареждане на електромобили води до лек ръст в производството и консумацията на електроенергия, показват няколко проучвания. Влиянието върху пиковото потребление обаче може да бъде много по-голямо. Според изследване, проведено за Обединеното кралство, ако броят на автомобилите стигне 10 млн. до 2035 г., вечерното пиково потребление ще се увеличи с 3 GW при неконтролирано зареждане и само с 0,5 GW, ако зареждането е интелигентно.
В случай че до 2030 г. в употреба са над 160 млн. електрически превозни средства, голям брой от тях са концентрирани в определени географски области и зареждането им е неконтролирано, локалната електропреносна мрежа ще се претовари.

За да не се стигне до подобна ситуация, ще се наложи подсилване и обновяване на мрежата в тези райони. С прилагането на интелигентно зареждане обаче тези инвестиции до голяма степен могат да бъдат избегнати.

То обикновено се използва с бавно зарядна инфраструктура в разпределителни мрежи ниско напрежение. Например операторът на електроразпределителната система в Хамбург провежда анализ и стига до извода, че 9-процентен дял на електромобили би довел до недостатъчен капацитет на 15% от захранващите линии. За да се предотврати това, се внедрява решение за интелигентно зареждане и се инсталират устройства, следящи натоварванията в отделните точки на зарядната инфраструктура.

Бавно зарядните станции, обикновено с мощност 22 kW, се използват предимно за зареждане в домакинствата и на работното място. При тях, поради бавното зареждане, батерията на електромобила е свързана към мрежата за по-продължителни периоди от време, което увеличава възможността за предоставяне на услуги за подобряване на гъвкавостта на енергийната система.

Бързо зарядните станции с мощност от 50 kW и нагоре най-често се използват в постояннотокови системи, например по магистрали. В някои градове се внедряват и за улични пунктове за зареждане на електромобили.

Очаква се скоро на пазара да се предлагат и свръхбързо зарядни станции (над 150 kW), които ще помогнат за преодоляване на притесненията на потребителите по отношение на електрическата мобилност и ще са ключово допълнение към бавно зарядните станции, базирани в домакинствата и офисите.

При бързото и свръхбързото зареждане батериите не остават свързани към системата достатъчно дълго време, че да се осигури гъвкавост. Необходимо е въздействието от бързото зареждане върху мрежата да се ограничи чрез инсталиране на станциите в зони, които оказват малко влияние върху пиковото потребление и претоварването.


Top