Разработка оптимального метода управления зарядкой электромобилей

В настоящее время в связи с повышением доли загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу классическими автомобилями, до 70% в крупных городах, а также неизбежным исчерпанием невозобновляемых источников энергии, все большее внимание уделяется электромобилям. В прогнозе научно-технологического развития России на период до 2030 года, который является частью плана мероприятий («дорожной карты») «Энерджинет», развитие рынка электромобилей, а также их взаимодействие с электросетью, указано в качестве одного из перспективных рынков продуктов и услуг.

Уже сейчас в Германии вызывает беспокойство ожидаемые регулярные перебои в подаче электроэнергии, которые возникнут в ближайшие 5-10 лет в связи с ростом количества электромобилей. Ожидается, что количество электромобилей в России к 2020 году достигнет 200-300 тысяч штук, в основном в крупных городах, что может создать дополнительную нагрузку на распределительную сеть. Поэтому необходима адаптация энергосети к появлению большого количества электромобилей.

Самым дешевым и простым решением является реализация системы управления зарядкой электромобилей, а также технология двустороннего использования батарей электромобилей (Vehicle-to-Grid или V2G). В данной работе предполагается реализация способа управления по схеме «valley-filling», который предусматривает использование различных тарифов на электроэнергию для стимулирования потребителей заряжать электромобили в часы минимума нагрузки, выравнивая суточный график нагрузки. Для реализации такого управления необходима достаточно точная модель электромобилей как нагрузки, при этом следует учитывать суточный график нагрузки, а также стохастический характер передвижения и подключения к сети электромобилей. В данной работе для моделирования электромобилей как стохастической нагрузки вдоль суточного графика используется метод Монте-Карло. С помощью такой модели возможно нахождение оптимальных мест установки зарядных станций, а также определение тарифов, обеспечивающих наиболее выгодное использование электроэнергии, как для потребителей, так и для распределительных сетей.

Применение управления зарядкой электромобилей поможет избежать значительных затрат на модернизацию распределительных сетей, а также будет способствовать выравниванию суточного графика нагрузки, что в свою очередь приведет к повышению стабильности работы распределительной сети и энергосистемы в целом.

Рейтинг проекта +39

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

В чем нуждается проект

Актуальная информация об отечественных разработках зарядных станций, сотрудничество и информационная поддержка сетевых компаний, финансирование.

Комментарии

Pavel Borisov

Скажите, пожалуйста, существует ли прямая экономическая выгода от реализации данного проекта, помимо перепродажи электроэнергии системой Vehicle-to-grid?

Наталья Шкитина

Добрый день, спасибо за вопрос.
Помимо продажи электроэнергии в часы их наибольшей стоимости существует также выгода от отсутствия необходимости замены оборудования в связи со сглаживанием суточного графика нагрузки и срезания пиков нагрузки.

Ответить +1 13 июля 2018 в 11:01
Pavel Borisov

Насколько мне известно, в некоторых европейских странах, в США и в Китае количество электромобилей уже сейчас довольно велико. Применяются ли там аналоги вашего метода?

Ответить +1 13 июля 2018 в 11:25
Наталья Шкитина

Подобные нашему алгоритмы пока что массово не используются, однако в США реализована система стимуляции потребителей заряжать электромобили в определенные часы в течение суток, аналогичная двухтарифной системе учета электроэнергии, в которой в зависимости от времени изменяется стоимость электроэнергии, однако таких временных промежутков с различной стоимостью больше, чем два, что в свою очередь позволяет более гибко регулировать потребление электроэнергии. Подробнее с данной системой тарифов Вы можете ознакомиться по ссылке: https://about.bnef.com/blog/u-s-utilities-offer-m…

Ответить +2 13 июля 2018 в 11:49
Lidia Chernyakova

Технология V2G подразумевает постоянную разрядку и зарядку аккумуляторной батареи электромобиля. Это может негативно сказаться на сроке работы батареи, что в свою очередь отпугнет потребителей от данной технологии. Каким образом вы планируете убедить потребителей участвовать в вашей системе?

Наталья Шкитина

Здравствуйте, спасибо за вопрос.
Согласно последним исследованиям, снижение эффективности батареи в связи с постоянным циклом зарядка-разрядка необходимо учитывать при использовании технологии V2G, однако с использованием алгоритмов, учитывающих необходимость как можно больше продлить срок службы электромобиля, появится достаточная для потребителей выгода, стимулирующая их позволить использовать свой электромобиль как часть энергосистемы. Также при использовании последних моделей батареи было выявлено, что при правильной эксплуатации, технология V2G может не только не привести к дополнительному ухудшению батареи, но даже повысить срок ее службы. Соответствующие исследования можно подробнее изучить по ссылкам: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii…, https://chargedevs.com/newswire/new-study-v2g-may…

Ответить +1 13 июля 2018 в 14:45
Ольга Грунина

С чем связан выбор способа управления по схеме valley-filling?

Наталья Шкитина

Здравствуйте, спасибо за вопрос.
Использование этой схемы поможет выровнять суточный график нагрузки за счет повышения тарифов на покупку электроэнергии в часы пика нагрузки и более выгодных предложений по продаже, что будет мотивировать потребителей, подключенных к системе V2G, продавать электроэнергию в сеть в часы пиковой нагрузки, а заряжать электромобили в часы провалов нагрузки. Таким образом, планируется добиться выравнивания графика нагрузки, что будет способствовать оптимальной работе распределительной сети в связи с отсутствием пиков и провалов в суточном графике нагрузки.

Ответить +1 13 июля 2018 в 17:21
Андрей Иванов

В прогнозе на 2020 год указано количество электромобилей 200-300 тысяч, однако такое количество электромобилей не окажет значительного влияния на сеть в масштабах всей страны. Является ли в таком случае ваш проект актуальным как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе?

Наталья Шкитина

Здравствуйте, спасибо за вопрос.
Необходимо учитывать, что подавляющее большинство электромобилей будет сосредоточено в крупных городах, а именно в Санкт-Петербурге и Москве, то есть их концентрация в одном месте будет довольно большой. При этом на распределительные сети этих крупных мегаполисов будет возложена дополнительная крупная нагрузка, которая, при отсутствии интеллектуального регулирования, потребует масштабную модернизацию всей сети. Это в свою очередь приведет к огромным затратам на полную единовременную реконструкцию сети, в то время как с использованием системы управления зарядкой этих затрат можно избежать. Также отсутствие системы управления приведет к еще большей неравномерности суточного графика нагрузки, что приведет к уменьшению эффективности эксплуатации распределительной сети.

Ответить 0 15 июля 2018 в 00:07
Наталья Шкитина

Здравствуйте, спасибо за вопрос.
Мы ведем научно-исследовательскую деятельность в области влияния электротранспорта, личного и общественного, на распределительную сеть с учетом стохастического характера нагрузки от электромобилей. Оценка этого влияния поможет установить необходимые сетевые мероприятия, подготавливающие распределительную сеть к дополнительной нагрузке от электромобилей. Правильный алгоритм оптимизации зарядки электротранспорта поможет избежать капитальных затрат на модернизацию распределительной сети, разработкой такого алгоритма мы в данный момент занимаемся. Более детально наша разработка описывается в презентации, прикладываю ее к данному ответу для ознакомления.

Ответить +1 30 мая в 23:26
Сергей Фотианов

куча графиков, с иностранными надписями - а суть?
Чтобы избежать перегрузок при зарядке электромобилей при существующих электросетях их нужно заряжать ночью. Это очевидно и понятно ребёнку.
Для утверждения этой мысли нужны инвестиции?

Ответить 0 31 мая в 01:29
Дмитрий Акимов

Ну тогда по такой логике ночью неплохо бы не только электромобили заряжать, но и перенести туда еще значительную долю электрической нагрузки для выравнивания графика. Но Вы же не ждете ночи, чтобы включить чайник и помочь энергосистеме, а наоборот приходите с работы и включаетесь в вечерний пик? Почему же человек, приехавший с работы, должен ждать, что его машина зарядится только ночью? А если у него заболит живот, и нужно будет поехать в больницу в десять вечера? Или если он доехал на небольшом заряде до работы, и хочет зарядить днем на стоянке при работе?

Данный проект, как и проводимые сейчас на западе по этой теме исследования, направлен, как уже написали, на общую оценку влияния электротранспорта на сети - потребуется что-то, не потребуется, при каком числе машин и т.д. Также должна быть определена система зарядки машин - например, на западе сейчас есть мобильные приложения, в которых владелец может отметить, что, допустим, да, он может подождать с зарядкой, а то и сколько-то выдать (Vehicle-to-grid) за некоторое вознаграждение от энергосистемы, и в таком случае определяется очередность зарядки. И третье - определение тарифной сетки, которая бы стимулировала заряжаться в нужное энергосистеме время.

Ответить +1 31 мая в 11:42
Сергей Фотианов

так об этом и речь!
Не каждому удобно терпеть до 10 вечера, если болит.
Так тогда и есть только один выход - увеличивать сечение проводов, мощность электростанций.
Тут уж или-или, никакие графики с "методом монте карло" (что является откровенным кичем) не помогут.
Или увеличивать мощность сети, или ждать своего временного "окна" (когда других подключено меньше).
И не стохастическим бредом, а конкретным слежением за реальной текущей нагрузкой, отлавливанием реальных (ИЗМЕРЕННЫХ!!!) текущих временных"окон". Которые не обязательно ночью, хотя и наиболее вероятны. Но всё равно ЖДАТЬ.
Только путем слежения можно чуть сократить ("оптимизировать") ожидание.

Ответить 0 31 мая в 12:00
Дмитрий Акимов

"Так тогда и есть только один выход - увеличивать сечение проводов, мощность электростанций." - а Вы в курсе про управление спросом (оно же Demand Response или ценозависимое снижение потребления (ЦЗСП)), которое существует в России уже несколько лет для крупных потребителей, и с этого лета вводится для некрупных? Почитайте, оно как раз и существует, чтобы снизить пики не за счет мощностей станций, а за счет разгрузки потребителей в нужные часы. У всех одновременно живот не заболит, и если будет экономический стимул, большинство людей вполне могут отложить зарядку на другое время.

И чем не угодил метод Монте-Карло? Он применяется в огромнейшем числе прикладных задач, в том числе и для оценки стохастической нагрузки в электрической сети. Никто и не предлагает отказываться от слежения за данными в реальном времени - очевидно, очередность зарядки должна выстраиваться исходя именно из них - сведений о каждой подъезжающей машине, ее уровне заряда и пожеланиях владельца зарядиться любой ценой побыстрее или же подождать с более дешевым тарифом. Так вот, имея на руках эти входные данные, будет ли "даже ребенку понятна" требуемая система очередности заряда и тарификации, или все же не зря сейчас в других странах на эту тему сейчас пишут статьи и защищают диссертации? Погуглите centralized and decentralized electric vehicle charging control/approach.

И вопрос в том, что если электромобили продолжат становиться все более доступными (а стоимость "топлива" на 100 км - бензин/электричество - уже в несколько раз в пользу электромобилей), образуется большое количество этой нагрузки нового для энергосистемы вида, которую можно направить во благо, если знать как. А если ничего не делать, не моделировать и не оценивать, то можно и навводить новых ненужных мощностей (уже и так навводили), и половину сетей избыточно заменить, или наоборот создать массу искусственных барьеров для владельцев машин.

Ответить 0 31 мая в 12:49
Сергей Фотианов

Постарайтесь не употреблять иностранных слов.
Реальная жизнь - не миры Толкиена, где проблемы решаются произнесением заклинаний, в роли которых многие сейчас употребляют иностранные слова.
Может, на кого-то эти понты и действуют, но тут, я надеюсь, собрались инженеры.
Я не вижу проблем (я всегда так делаю) в том чтобы ставить на зарядку на ночь телефоны, видеокамеру и фотоаппарат. Ночью я сплю, как и многие нормальные люди, и большинство электропотребителей тоже выключено. Самое время заряжать аккумуляторы везде - от телефона до автомобиля.
Естественно, зарядка малым током - это хорошо и для аккумуляторов, и для электросетей.
Если кто-то по своей неорганизованности не зарядил ночью автомобиль, он может поехать на Пункт быстрого заряда, и по увеличенному тарифу зарядить быстрее.
Уверяю Вас, таких будет меньше, ибо деньги считают даже богатые.
Но если приспичит - возможность есть.
Поэтому вряд ли потребуется подводить новые мощности.
Надо ещё понимать, что всилу специфики электроэнергии и массового векового опыта её использования населением на мелком бытовом уровне (в отличие от пожароопасного бензина), электрозаправки могут стоять так же часто, как и банкоматы. Даже чаще - на каждой стоянке.
Подъехал к магазину, пока скупаешься - идет зарядка.
Но это всё для тех, кто не зарядился за ночь дома.
Электозарядка может быть размазана по времени и в пространстве так мелко, что сети этого почти не заметят.
Если убрать словословие,
то ничего больше к этой теме ПО СУЩЕСТВУ не добавить.
Кивать на иностранный опыт можно, но с оговорками и не всегда, ибо там изначально стоят задачи другие.
Надеюсь, сущность капитализма и его отличие от нормального человеческого мироустройства Вы понимаете.

Дмитрий Акимов

Экспеллиармус!) Про иностранные слова и капитализм пропущу)

"Электозарядка может быть размазана по времени и в пространстве так мелко, что сети этого почти не заметят." - может быть, а может и не быть - последние актуальные исследования, которые мы читали, говорили о том, что серьезные проблемы могут начаться где-то с замены 20% текущих бензиновых машин на электрические - сейчас цифра кажется нереальной, но по прогнозам может быть достигнута в обозримой перспективе + переход на электромобили может стать лавинообразным при равенстве по стоимости с традиционным.

Про ночь мне тоже добавить нечего - да, ночью хорошо заряжать, но реальность такова, что человек куда и когда приехал, там и поставил заряжаться, и предполагает, что будет заряжаться именно с момента постановки на зарядку - днем в офис, после работы домой, на выходных в торговый центр - и эти все события происходят не в полночь, когда Вы ставите телефон на зарядку и ложитесь спать

Ответить 0 31 мая в 14:12
Сергей Фотианов

За иностранные слова обычно прячется отсутствие реального содержания.
Когда говоришь то же самое на нормальном человеческом языке - видишь, что ничего нового не сказал.
Ночной вопрос регулируется очень просто - ночным тарифом, который меньше.
Ночная пташка дневную перекукует - это мудрость веков.
Тут есть ещё вопрос другой, технический.
Электромотор легче бензинового, и весь электромобиль может быть легче примерно вдвое.
Нормальным людям, не больным понтами, реально чтобы ехать по городу (не более 60 км/час) в вдвое более легкой тележке НЕ НУЖНО не только триста лошадиных сил, но и даже тридцать. Соответственно, количество энергии заряда (если его деньгами считать) тоже расходовать нужно разумно. К тому же правильно сконструированный электромобиль при торможении и с горки энергию возвращает аккумулятору.
Так что если всё правильно делать, не потребуются ни метод монте-карло, ни другая стохреническая заумь (не имеющая реального смысла).

А возвращаюсь к первоначальному вопросу - а что конкретно нужна инвестиция? Графики и диаграммы никому даром не нужны.

Ответить 0 31 мая в 14:35
Дмитрий Акимов

Ну вот у нас сейчас для потребителей двухтарифная система - день/ночь - Вас она как-то стимулирует потреблять электричество ночью кроме того, что Вы бы и так делали вроде постановки телефона на зарядку? Не все так очевидно, и настройка тарифной сетки тоже нужна. Большинству людей просто все равно, будет за электричество приходить 200 рублей или 250, когда за отопление и прочее приходит счет на 4 тысячи. А поговорка про пташек - про жену и свекровь если что)

Деньги - на поддержку и развитие проекта) Моделирование и исследования-то тоже нужны.. ну и сейчас мы ни у кого ничего не просим - мы подавали на конкурс на этой площадке в прошлом году, в следующий этап не прошли. Так что не беспокойтесь, денег на нас площадка не потратит, и конкуренцию проектам этого года мы не составляем)

Про иностранный и "нормальный человеческий" язык - no comments)

Ответить 0 31 мая в 14:54
Сергей Фотианов

Конечно. Стиральную машину я заряжаю на ночь.
и она работает по ночному тарифу, и это далеко не телефон по потреблению.
А если заряжать ночью ещё и автомобиль, то про 250 рублей Вы можете забыть..
Сколько Вы в месяц тратите на бензин?
Теперь эта сумма просто пойдёт в карман другому олигарху.
(хотя в конечном счёте всё к тому же).
Поэтому сильно дешевле оно не будет.

Ответить 0 31 мая в 16:22
Дмитрий Акимов

Да? У меня есть только один знакомый, который осознанно запускает стиральную машину на ночь, а так больше никто - кажется, выигрыш в деньгах должен быть совсем маленький.. Про сравнение затрат цен на топливо встречал в интернете оценки примерно 300 рублей на 100 км для обычной машины и 30 рублей на 100 км для электрической - но я не автомобилист, не знаю

Ответить 0 31 мая в 16:34
Сергей Фотианов

1. Возможно, остальные не поняли ещё этой прелести.
Или живут в одиночку , и стирают редко.
У меня счётчик однотарифный, и всё равно я это делаю.
Потому что очень удобно. А если ещё и тариф...
2. Неужели Вы думаете, что всё, что нам сейчас продают, продают по цене, как учили в институте, "себестоимость+20% прибыли"????
Нет. Это было при социализме.
Сейчас всё продают по той цене, которая при существующем соотношении спроса и предложения принесёт максимум прибыли.
Так что не стройте иллюзий насчёт 30 рублей. Как только это станет массовым, цена 100 км будет та же (плюс инфляция)
Если, конечно, к тому времени с капитализмом не будет покончено...

Ответить 0 31 мая в 20:59
Дмитрий Акимов

Мощность стиральной машины примем 1 кВт, стирает она час-два, разница в дневном и ночном тарифах 1,5-2 рубля - выгода 4 рубля с одной стирки от запуска ночью?
Ну, тарифы на электроэнергию у нас в стране все же, стоит признать, довольно низкие. Просто если условно на зарядных станциях сделать дорогие тарифы, то всегда есть решение из окошка выкинуть удлинитель и зарядить машину так

Ответить 0 2 июня в 09:41
Сергей Фотианов

Я думаю, нормальным и правильным техническим решением будет установка соответствующих розеток в каждом гараже или дворе частного дома. При двухтарифном счётчике это будет удобно всем.
Но зарядка дома будет происходить малым током (это хорошо и для электросетей, чтобы не менять имеющиеся кабели, и для долговечности аккумулятора) и длиться допустим, 10 часов.
Если кому приспичит - он может поехать на специализированную заправку, куда подведён более мощный кабель, и зарядиться быстро, но дороже.

Ответить 0 2 июня в 12:49
Ответить 0 31 мая в 14:12

Добавление комментария