Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Samochody elektryczne odpowiedzią na problemy stabilności sieci energetycznej

ghost666 05 Dec 2014 13:54 4158 14
Computer Controls
  • Samochody elektryczne odpowiedzią na problemy stabilności sieci energetycznej Aktualnie, gdy samochód elektryczny podłączony jest do sieci energetycznej, przez większość czasu jest w trybie ładowania akumulatorów, co oznacza iż pochłania on energię z sieci. Jednakże możliwym jest aby taki samochód działał w odwrotnym trybie i rozładowując się gdy to potrzebne dostarczał energii do sieci, działając jak bateria. Szereg niedawno przeprowadzonych badań, nad samochodami elektrycznymi ładowanymi z gniazdka, wykazały iż funkcjonowanie w ten sposób, to jest z przepływem energii z samochodu do sieci energetycznej, może wiązać się z istotnymi zaletami dla sieci energetycznej. Na przykład wykorzystać można baterie samochodów do przechowywania energii elektrycznej z źródeł odnawialnych, balansowania obciążeniem sieci etc.

    A najnowszym z badań, dotykających tego tematu, naukowcy wykazali kolejne potencjalne zalety wykorzystania samochodów elektrycznych jako źródeł zasilania w sieci energetyczne: są one w stanie zapewnić stabilne działanie sieci przesyłowej w czasie poważnych zakłóceń. Zakłócenia o tej sile powodowane mogą być różnymi zdarzeniami, takimi jak na przykład nagłe zmiany obciążenia sieci lub awarie linii przesyłowych. Zdarzenia takie, mogą uszkodzić delikatne systemy zasilane z sieci, a jeśli nie usunie się uszkodzeń w szybkim czasie system energetyczny może nie odzyskać sprawności i stabilności działania.

    Andrej Gajduk z Macedońskiej Akademii Nauk i Sztuk wraz z współpracownikami z innych ośrodków, opublikowali artykuł opisujący ich odkrycia w New Journal of Physics.

    Jak tłumaczą naukowcy ostatnie stulecie było świadkiem powstania dwóch systemów konwersji energii: narzędzi elektrycznych i floty lekkich samochodów zasilanych prądem (samochodów osobowych, vanów i lekkich ciężarówek). Jakkolwiek oba te systemy rozwijane były niezależnie od siebie w pewnym momencie muszą się ze sobą zintegrować na jakimś poziomie. Zasadniczo rozpatrywać można samochody elektryczne jako przenośne systemy przechowywania energii elektrycznej. Sumaryczna pojemność baterii wszystkich samochodów elektrycznych w Stanach Zjednoczonych jest 24-krotnie większa niż pojemność sieci energetycznej. Szacuje się iż do roku 2020 1..2% wszystkich samochodów w USA będzie elektrycznych. Oferuje to niespotykane zalety z punktu widzenia sieci energetycznej, która zasadniczo nie dysponuje możliwościami przechowywania energii elektrycznej.

    "Sieć energetyczna i samochody elektryczne są ze sobą niezwykle komplementarne; w szczególności z uwagi na to iż floty samochodów elektrycznych są w stanie zwiększyć stabilność działania sieci energetycznej, co jest problematyczne w dobie korzystania z odnawialnych źródeł energii elektrycznej, które zdominować mają w przyszłości ten przemysł" mówi współautor opisywanego studium profesor Ljupco Kocarev, pracujący na Uniwersytecie Świętych Cyryla i Metodego w Skopje oraz w na uniwersytecie w San Diego w USA.

    Autorzy najnowszych badań opracowali strategię kontroli w których możliwe jest regulowanie, z wykorzystaniem samochodów elektrycznych podłączonych do gniazdek, zachowania sieci energetycznej i szybkie reagowania na zakłócenia jej pracy. W symulacji sieci energetycznej Nowej Anglii, 50 tysięcy samochodów elektrycznych (czyli 1% wszystkich samochodów w 2020 roku w tym rejonie) mogących wymieniać maksymalnie 10 kW z siecią w danej chwili.

    Z wykorzystaniem dedykowanej, superszybkiej sieci ethernetowej o wysokiej przepustowości, samochody elektryczne podłączone do gniazdek mogą otrzymywać informacje z elektrowni w przeciągu 10..20 milisekund. Zwolnienie obrotów generatorów w elektrowni generuje sygnał iż zmniejsza się ilość dostępnej energii elektrycznej, zatem samochody elektryczne instruowane są aby przejść w tryb przekazywania energii do sieci, co pozwala im funkcjonować jak zapasowe generatory. Z kolei jeśli turbina kręci się zbyt szybko i generuje nadmierną ilość energii elektrycznej, wysyłana jest informacja o tym iż samochody mogą zużyć nadmiar dostępnej mocy. Aby system taki był efektywny, systemy ładowania samochodów muszą reagować szybko i precyzyjnie na stan sieci i elektrowni.

    Rezultat przeprowadzonej symulacji pokazuje, iż samochody elektryczne poprawiają działanie sieci energetycznej na dwa sposoby. Po pierwsze ich obecność w sieci redukuje fluktuacje napięcia będące wynikiem zakłóceń aż o 80%. Po drugie są one w stanie wydłużyć czas na usunięcie awarii w elektrowni - jest to czas po którym nie da się bezproblemowo wznowić stabilnego działania sieci energetycznej o 20% do 40%. W ogólności powiedzieć można iż samochody elektryczne są w stanie stabilizować działanie sieci przesyłowej w ciągu sekund od wystąpienia awarii.

    Samochody elektryczne zapewniają sieci przesyłowej istotne benefity, a jednocześnie działania te nie mają negatywnego wpływu na tan samochodów. Wynika to z faktu iż duże zakłócenia sieci są relatywnie rzadkie - występują nie więcej niż kilkaset razy rocznie. Co więcej, regulacja i stabilizacja sieci po takiej awarii trwa zaledwie kilka sekund, zatem efektywnie samochody nie odczuwają tego obciążenia gdyż jest ono minimalne.

    Co ciekawe, naukowcy dostrzegli iż zwiększanie odsetka samochodów elektrycznych w symulacji poprawia stabilność sieci jedynie do poziomu około 4%. Powyżej tego nie obserwuje się wzrostu pozytywnego efektu w sieci, a po zwiększeniu odsetku samochodów elektrycznych do 7% wszystkich pojazdów dodatni efekt spada. Wynika to z faktu iż przy tak dużej ilości samochodów elektrycznych system stabilizacyjny o nie oparty ma skłonność o nadregulacji - pobierania lub oddawania zbyt dużej mocy z/do sieci. Rezultaty sugerują zatem iż jest limit tego na ile poprawić można stabilność działania sieci wykorzystując do tego pojazdy elektryczne. Naukowcy planują prowadzenie kolejnych symulacji i badań w przyszłości, aby precyzyjniej zbadać opisywane efekty.

    "Moje plany na przyszłość obejmują opracowywanie i testowanie nowych strategii kontroli, a także opracowanie ram testowania i badania tak stałych jak i czasowo-rozdzielczych wpływów flot samochodów elektrycznych na sieć energetyczną" mówi Kocarev. "Wierzę, iż koncepcja samochodów oddających energię go sieci elektrycznej stanie się paradygmatem zapewniającym synergistyczne benefity i w dziedzinie transportu i w energetyce. Szereg implementacji systemów tego typu jest przewidziany do ukończenia w najbliższym czasie. Na przykład w 2015 roku planuje się skończenie implementacji opisywanego systemu w bazie Sił Powietrznych USA w Los Angeles".

    Źródło:

    http://phys.org/news/2014-11-electric-vehicles-stabilize-large-disturbances.html#jCp

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11018 posts with rating 9359, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Computer Controls
  • #2
    elektronik999
    Level 26  
    Problemem jest trwałość akumulatora. Czemu "ktoś" ma wykorzystywać mój drogi akumulator który się dość szybko starzeje.

    Problematyczna była by też taka sytuacja, że trzeba gdzieś szybko się dostać a tu się okazuję że akumulator nie jest maksymalnie naładowany.
  • #3
    ghost666
    Translator, editor
    elektronik999 wrote:
    Problemem jest trwałość akumulatora. Czemu "ktoś" ma wykorzystywać mój drogi akumulator który się dość szybko starzeje.

    Problematyczna była by też taka sytuacja, że trzeba gdzieś szybko się dostać a tu się okazuję że akumulator nie jest maksymalnie naładowany.


    Jak mniemam nie przeczytałeś całego artykułu ze zrozumieniem. Nie szkodzi.

    Chodzi o korzystanie z akumulatorów buforowo, na czas kilku..kilkudziesięciu może sekund, kilku minut maks. Nie wiem jak pobierając 10kW można w kilka sekund rozładować akumulator.

    Poza tym - czemu ktoś ma wykorzystywać? bo sprzeda Ci taniej prąd?
  • Computer Controls
  • #4
    WoŹnY
    Level 28  
    Czytałeś tekst ze zrozumieniem? Chcą przede wszystkim ustabilizować napięcie sieci. Co jak piszą zdarza się ok 100 krotnie podczas roku i trwa kilka sekund. Czy w takim czasie jesteś w stanie zauważyć niekorzystny wpływ na swój drogi akumulator?
  • #5
    elektronik999
    Level 26  
    Quote:
    Na przykład wykorzystać można baterie samochodów do przechowywania energii elektrycznej z źródeł odnawialnych


    Tym się sugerowałem. A w zimie na mrozie z włączonym ogrzewaniem każdy wat sie przyda. Chyba że faktycznie chodzi tylko o " balansowania obciążeniem sieci etc. " czyli jak rozumiem jak analogia kondensatora w zasilaczu ;)
  • #6
    Szopler
    Level 21  
    Od ogrzewania jest webasto o dużo lepszej wydajności i działające także na postoju. Marnowanie energii elektrycznej do grzania kosztem zasięgu trochę nie poważne jest.
  • #7
    elektronik999
    Level 26  
    Szopler wrote:
    Od ogrzewania jest webasto o dużo lepszej wydajności i działające także na postoju. Marnowanie energii elektrycznej do grzania kosztem zasięgu trochę nie poważne jest.


    Hmmm... Tankować auto elektryczne...
  • #9
    vodiczka
    Level 43  
    Szopler wrote:
    Od ogrzewania jest webasto o dużo lepszej wydajności i działające także na postoju. Marnowanie energii elektrycznej do grzania kosztem zasięgu trochę nie poważne jest.

    Do napędu jest silnik spalinowy (dogrzewający samochód także na postoju) o dużo lepszej wydajności niż łańcuszek: elektrownia - transformator - linia przesyłowa WN - transformator - linia przesyłowa SN - transformator - linia przesyłowa nn - ładowarka - akumulator - silnik elektryczny. Marnowanie paliwa do wytworzenie energii elektrycznej napędzającej auto, kosztem zasięgu tego auta, trochę poważne nie jest. :)
  • #10
    Sofeicz
    Level 18  
    Quote:
    Sumaryczna pojemność baterii wszystkich samochodów elektrycznych w Stanach Zjednoczonych jest 24-krotnie większa niż pojemność sieci energetycznej.

    Czy ktoś pomyślał przed napisaniem takiej 'mundrości". Co to jest 'pojemność sieci'?
    Quote:
    Zwolnienie obrotów generatorów w elektrowni generuje sygnał ...Z kolei jeśli turbina kręci się zbyt szybko...

    Następny 'kwiatek'. Generatory są synchronizowane co do ułamków stopnia obrotu.
    Nie ma czegoś takiego, jak zwalnianie i przyspieszanie. Spowodowałoby to straszny chaos sieciowy.
  • #11
    ghost666
    Translator, editor
    Sofeicz wrote:
    Quote:
    Sumaryczna pojemność baterii wszystkich samochodów elektrycznych w Stanach Zjednoczonych jest 24-krotnie większa niż pojemność sieci energetycznej.

    Czy ktoś pomyślał przed napisaniem takiej 'mundrości". Co to jest 'pojemność sieci'?


    Najpewniej chodzi o całkowitą pojemność akumulatorów w sieci używanych do składowania energii. W stanach istnieje kilka takich stacji przechowywania energii, polecam poczytać zanim kolega zacznie się kompromitować wytykając 'mundrości',
  • #12
    iagre
    Level 35  
    ghost666 wrote:
    Aktualnie, gdy samochód elektryczny podłączony jest do sieci energetycznej, przez większość czasu jest w trybie ładowania akumulatorów, co oznacza iż pochłania on energię z sieci.

    Nadmierny czas ładowania akumulatorów w stosunku do czasu używania energii zgromadzonej w akumulatorze jest bardzo poważną wadą którą trzeba eliminować i która powoli (trochę za wolno) jest eliminowana. Jeżeli do 2020 roku dokona się taki postęp technologiczny że do 24 godzin jazdy będzie wystarczało pięciominutowe ładowanie akumulatora to „pojemność sieci” w prognozowanym roku 2020 nie będzie taka jak w tych symulacjach.

    ghost666 wrote:
    Zwolnienie obrotów generatorów w elektrowni generuje sygnał iż zmniejsza się ilość dostępnej energii elektrycznej, zatem samochody elektryczne instruowane są aby przejść w tryb przekazywania energii do sieci, co pozwala im funkcjonować jak zapasowe generatory. Z kolei jeśli turbina kręci się zbyt szubko i generuje nadmierną ilość energii elektrycznej, wysyłana jest informacja o tym iż samochody mogą zużyć nadmiar dostępnej mocy.

    Wszystkie turbiny włączone do wspólnej sieci energetycznej mają jednakową prędkość obrotową i są wzajemnie zsynchronizowane. Jeśli jakaś turbina ma inną prędkość obrotową lub nie jest zsynchronizowana z resztą wspólnej sieci to jest całkowicie odłączona... i wtedy rzeczywiście produkowana przez nią energia jest „nadmiarowa”.
  • #13
    ghost666
    Translator, editor
    iagre wrote:
    ghost666 wrote:
    Aktualnie, gdy samochód elektryczny podłączony jest do sieci energetycznej, przez większość czasu jest w trybie ładowania akumulatorów, co oznacza iż pochłania on energię z sieci.

    Nadmierny czas ładowania akumulatorów w stosunku do czasu używania energii zgromadzonej w akumulatorze jest bardzo poważną wadą którą trzeba eliminować i która powoli (trochę za wolno) jest eliminowana. Jeżeli do 2020 roku dokona się taki postęp technologiczny że do 24 godzin jazdy będzie wystarczało pięciominutowe ładowanie akumulatora to „pojemność sieci” w prognozowanym roku 2020 nie będzie taka jak w tych symulacjach.


    Tesla S, chyba flagowy samochód elektryczny w tym momencie, w najpojemniejszej wersji ma akumulator pojemności 85 kWh, co daje mu niecałe 500 km zasięgu. Jak napisano w artykule założono pobór 10 kW z każdego samochodu, podczas awarii która trwa, powiedzmy, maksymalnie 1 minutę, czyli oznacza to zabranie 0,17 kWh z 'baka' auta. Czy to ma wpływ na czas ładowania auta gdy stoi w domu? nie.

    iagre wrote:
    ghost666 wrote:
    Zwolnienie obrotów generatorów w elektrowni generuje sygnał iż zmniejsza się ilość dostępnej energii elektrycznej, zatem samochody elektryczne instruowane są aby przejść w tryb przekazywania energii do sieci, co pozwala im funkcjonować jak zapasowe generatory. Z kolei jeśli turbina kręci się zbyt szubko i generuje nadmierną ilość energii elektrycznej, wysyłana jest informacja o tym iż samochody mogą zużyć nadmiar dostępnej mocy.

    Wszystkie turbiny włączone do wspólnej sieci energetycznej mają jednakową prędkość obrotową i są wzajemnie zsynchronizowane. Jeśli jakaś turbina ma inną prędkość obrotową lub nie jest zsynchronizowana z resztą wspólnej sieci to jest całkowicie odłączona... i wtedy rzeczywiście produkowana przez nią energia jest „nadmiarowa”.


    Szczególnie dobrze widoczne jest to w przypadku turbin wiatrowych, które wszystkie kręcą się dokładnie tak samo w całej sieci. Wystarczy spojrzeć na pola dookoła nas.
  • #14
    vodiczka
    Level 43  
    iagre wrote:
    Jeżeli do 2020 roku dokona się taki postęp technologiczny że do 24 godzin jazdy będzie wystarczało pięciominutowe ładowanie akumulatora to „pojemność sieci” w prognozowanym roku 2020 nie będzie taka jak w tych symulacjach.

    Proponuję aby kolega w ciągu 1,7 minuty spożył posiłek wystarczający na 8 godzin ciężkiej pracy :)
    Ja byłbym zachwycony przy proporcji 1 godzina ładowania - 5 godzin pracy bez szybszego zużycia akumulatorów w porównaniu z obecnym normalnym ładowaniem.
    Swoją drogą jak wyobraża sobie kolega wtłoczenie w akumulatory około 300 kWh energii w ciągu 5 min. Nawet przy 300V akumulatorach i bezstratnym ładowaniu, potrzeba prądu o natężeniu 12 000 A.
  • #15
    iagre
    Level 35  
    ghost666 wrote:

    iagre wrote:

    Nadmierny czas ładowania akumulatorów w stosunku do czasu używania energii zgromadzonej w akumulatorze jest bardzo poważną wadą którą trzeba eliminować i która powoli (trochę za wolno) jest eliminowana. Jeżeli do 2020 roku dokona się taki postęp technologiczny że do 24 godzin jazdy będzie wystarczało pięciominutowe ładowanie akumulatora to „pojemność sieci” w prognozowanym roku 2020 nie będzie taka jak w tych symulacjach.


    Tesla S, chyba flagowy samochód elektryczny w tym momencie, w najpojemniejszej wersji ma akumulator pojemności 85 kWh, co daje mu niecałe 500 km zasięgu. Jak napisano w artykule założono pobór 10 kW z każdego samochodu, podczas awarii która trwa, powiedzmy, maksymalnie 1 minutę, czyli oznacza to zabranie 0,17 kWh z 'baka' auta. Czy to ma wpływ na czas ładowania auta gdy stoi w domu? nie.

    Nie chodzi o to co sie stanie gdy samochód będzie podłączony do sieci ale o to że gdy zmienią się proporcje czasu ładowania do czasu użytkowania naładowanych akumulatorów (efekt postepu technologicznego w dziedzinie akumulatorów) to wtedy awarie elektrowni niekoniecznie muszą trafić na ten czas kiedy samochód jest podłączony do sieci.

    ghost666 wrote:
    iagre wrote:

    Wszystkie turbiny włączone do wspólnej sieci energetycznej mają jednakową prędkość obrotową i są wzajemnie zsynchronizowane. Jeśli jakaś turbina ma inną prędkość obrotową lub nie jest zsynchronizowana z resztą wspólnej sieci to jest całkowicie odłączona... i wtedy rzeczywiście produkowana przez nią energia jest „nadmiarowa”.


    Szczególnie dobrze widoczne jest to w przypadku turbin wiatrowych, które wszystkie kręcą się dokładnie tak samo w całej sieci. Wystarczy spojrzeć na pola dookoła nas.

    Turbiny wiatrowe nie są podłączone do wspólnej sieci energetycznej „wprost” ale przez przetwornice (turbina > prostownik > akumulator > falownik > sieć energetyczna).