Растущее количество электромобилей на дорогах оказывает давление на операторов сетей. Низковольтные сети для бытовых потребителей не рассчитаны на нагрузки, возникающие при подзарядке электромобилей в домашних условиях. «Транспортное средство потребляет до 22 киловатт (кВт) энергии. Поэтому, если у вас есть несколько транспортных средств, подключенных одновременно, тогда существующие сети быстро достигают своих пределов», — говорит д-р Майкл Агстен из отдела передовых системных технологий (AST). на территории Ильменау Института оптроники, системных технологий и использования изображений им.
Фраунгофера IOSB. Вместе со своей командой исследователей Агстен разработал программу, которая показывает операторам сети, с какой нагрузкой может справиться их низковольтная сеть.Это позволяет им делать выводы о том, сколько электромобилей можно подключить к сети, не перегружая ее.
После этого операторы сети могут заранее спланировать и найти ответы на ключевые вопросы. Например: как подключение еще одного автомобиля повлияет на распределение нагрузки?
В какой момент мы должны инвестировать в наши сети, чтобы поддерживать достаточную пропускную способность? Лучше потратиться на новые медные кабели или вложиться в умные точки зарядки? Прототип программного обеспечения уже создан в рамках проекта «Управляемая зарядка 3.0», спонсируемого Федеральным министерством окружающей среды, охраны природы, строительства и ядерной безопасности Германии (BMUB). «ИТ-платформа уже очень хорошо работает в лаборатории с данными испытаний.
На следующем этапе мы надеемся проанализировать реальные распределительные сети», — говорит Агстен.Быстрая случайная выборкаПрограммное обеспечение показывает, сколько процессов зарядки может выполняться одновременно, не выходя за пределы, установленные законодательными требованиями или оператором сети. Каждая электрическая подстанция обычно обеспечивает электроэнергией 150 или более домашних хозяйств.
Если вы предполагаете, что определенная часть домохозяйств будет владеть электромобилем в будущем и подключит его к сети в какой-то момент времени, то у вас останется немыслимо большое количество сценариев зарядки. Это потому, что невозможно предсказать, какие домохозяйства будут заряжать свои электромобили в любой момент времени. «Невозможно подсчитать это за имеющееся время», — объясняет Агстен. Поэтому исследователи решили смоделировать свою модель, используя метод Монте-Карло, форму стохастического моделирования.
Цель состоит в том, чтобы создать группу комбинаций, которая была бы как можно более разнородной. Количество этих комбинаций значительно меньше, чем общее количество всех возможных комбинаций. «Гораздо быстрее проанализировать от 1 000 до 10 000 случаев, и это все равно дает вам очень хорошее приблизительное значение», — говорит Агстен. В считанные секунды программа показывает степень риска перегрузки и количество электромобилей, которые можно заряжать одновременно в локальной сети.
Операторы распределительных сетей могут использовать эти цифры для защиты своих электросетей от долговременных повреждений и внезапных отключений. В Германии насчитывается около 560 000 локальных сетей, которые разделены между примерно 800 операторами сетей.
Каждый оператор несет ответственность за надежную и стабильную работу своих распределительных и локальных сетей и должен удовлетворять спрос путем принятия таких мер, как интеллектуальное управление и расширение сети, где это необходимо. У этих компаний не хватает персонала, чтобы вручную рассчитать, сколько электромобилей можно безопасно подключить к каждой отдельной распределительной сети. Даже если бы они это сделали, цена была бы непомерно высокой.
Потребовалось относительно немного времени, чтобы подсчитать, сколько бытовых приборов, таких как стиральные машины, духовки, телевизоры и компьютеры, можно было бы одновременно подключить, прежде чем будут достигнуты ограничения. И на самом деле стандартный верхний предел до 44 кВт / 63 А на семью проверялся только в исключительных случаях.
Но никто не подумал о мощности, необходимой для зарядки электромобилей.«Зарядка электромобилей приводит к значительно более высокому потреблению электроэнергии в домашних условиях — и проблема усугубляется, если люди заряжают несколько автомобилей дома в разное время дня», — говорит Агстен. Ключевые параметры, такие как стабильность напряжения, тепловая нагрузка компонентов и дисбаланс напряжений, постоянно колеблются в зависимости от изменяющейся нестабильной нагрузки электромобилей в зависимости от времени и места.
Каждый раз, когда подключается другой электромобиль, это увеличивает количество возможных комбинаций одновременных ситуаций зарядки, распределенных географически и во времени. Текущие процессы, используемые для тестирования и установки, не могут учесть все местные граничные условия. «Поскольку потребляемая мощность продолжает неуклонно расти, сетевым операторам необходимо будет как можно раньше узнать, сколько места у них еще есть для маневра.
В противном случае они не будут знать, что пределы были достигнуты, пока их клиенты не начнут сообщать о проблемах», — сказал он. — говорит Агстен.Платформа, разработанная Fraunhofer IOSB, предназначена для работы в сетях низкого напряжения, которые являются самым низким уровнем сети передачи и распределения электроэнергии. Он использует серию ступеней в сети для подключения штепсельных розеток в жилых домах к сетям высокого и сверхвысокого напряжения. Эти более высокие уровни сети будут использовать все большую долю изменчивых возобновляемых источников энергии в будущем.
Электромобили могут помочь сбалансировать эти колебания, потому что они также могут использоваться для хранения энергии. «Но это будет работать только в том случае, если электросеть позволит им подключиться!» Примечания Агстена.