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混合充电桩如何实现能源清洁?在未来将会有哪些发展途径?

2024-05-27 20:14:35
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  全球电力需求的迅速增加导致化石燃料资源的开采,对环境条件产生不利影响,导致全球变暖。除能源部门外,由于化石燃料消耗的增加,运输业对全球温室气体(GHG)排放做出了重大贡献。

  一些国家的政府正试图使用电动汽车(EV)将传统交通系统转变为绿色交通系统,从而提供各种社会经济和环境效益。

  尽管这些电动汽车不直接消耗化石燃料资源,但基于化石燃料的配电网提供的电力间接增加了其化石燃料消耗。

  为了弥合电力需求和供应之间的差距,世界各地的研究人员旨在开发经济和环保的替代可再生资源。

  能源管理计划能够以尽可能低的充电成本最大限度地利用可再生能源,基于模糊逻辑的算法通常是健壮的,因为它们不容易受到环境变化或不正确的命令的影响。

  模糊逻辑模型更适合智能系统,因为它们倾向于模拟人类语音模式和决策能力,模糊逻辑的能量管理方案通常用于电动汽车充电站管理,因为它们简单、定义规则的灵活性以及能够在广泛的操作条件下对非线性函数进行建模。

  一些研究报告说,最佳充电/放电调度通过考虑太阳能和混合光伏风能的动态定价方案为电动汽车用户提供了满意度。

  需要分析太阳能和沼气等混合可再生能源的潜力,以便为电动汽车客户获得实时充电率并减少温室气体排放。

  在发展中国家,电动汽车充电站不足,导致从住宅连接充电,这带来了相当大的系统损失和盈利能力指数下降。

  配电网络中的电能质量问题归因于不协调和低效的电动汽车充电方案,需要考虑电动汽车充电可再生能源整合中存在的不确定性,以提高可靠性问题,与用于电动汽车充电的独立光伏系统相比,基于太阳能和沼气的混合发电更有效。

  电动汽车充电需要能源管理计划,以最大限度地提高可再生能源利用率,已经对EVCS优化进行了研究,其中考虑了位置,EV功率需求,充电优先级和充电持续时间。

  由于电动汽车大多在高峰时段到达充电站,因此考虑充电周期(高峰/非高峰时段)、可再生能源发电、电动汽车电力需求和实时充电成本的EVCS优化需要进一步研究。

  电动汽车用户的固定充电价格增加了充电站的拥堵,并通过增加负载需求来阻碍电能质量。

  因此,电动汽车充电需要实施充电成本,使各种利益相关者受益,即配电网络运营商、充电站所有者和电动汽车用户。

  孟加拉国目前有超过一百万辆电动汽车在运行,包括自动人力车、简易自行车和 minshuku 等电池电动汽车 (BEV)。

  每辆电动汽车包含四到五个 12 V 电池,电荷范围为 100 至 160 Ah,这些EV中的电池使用基于开关模式电源(SMPS)的充电器从220 V AC电源充电。

  由于电动汽车主要在白天运行,因此它们在夜间以不协调的方式在充电站充电,从而造成危险条件,尽管孟加拉国迅速实施了电动汽车。

  但孟加拉国道路运输管理局(BRTA)没有许可政策,孟加拉国电力监管委员会(BERC)为电动汽车推出了新的充电关税。

  用户必须支付每千瓦时0.0906美元的充电费和每月每千瓦时0.4705美元的按需费用,由于电动汽车在孟加拉国的大规模普及,引入许可政策和充电指南至关重要。

  电动汽车用户在私人充电站为一辆电动汽车充电的费用在 35.30 美元到 52.95 美元之间,全国各地已经建立了几个基于太阳能的公共充电站。

  由于有效充电时间有限,该系统无法支持连续电动汽车充电,城市固体废物和动物废物等沼气资源在产生热量和电力方面具有相当大的潜力,可以帮助改善废物管理。

  研究应侧重于将太阳能和沼气能源等可再生资源混合,作为电动汽车充电的实用解决方案。

  孟加拉国的发电部门正在迅速扩张,政府正试图利用太阳能、沼气和风能等可再生资源开发具有成本效益、节能且环保的结构。

  孟加拉国的平均日照量约为 5 kWh/m2 /天,太阳辐射的有效持续时间为每天4-5小时,这种情况表明孟加拉国在太阳能发电方面前景良好。

  可再生能源发电装机容量为722.60兆瓦,已经安装了4万个太阳能家用系统,每年安装超过5,65个。

  沼气资源的广泛可用性,如城市固体废物,动物废物和其他可生物降解废物,有利于发电和供热,孟加拉国人均废物产生量为0.5公斤,该国人口众多,为该行业发电提供了相当大的潜力。

  政府还在达卡的Keranigonj开发一座1兆瓦的沼气厂,基础设施发展有限公司(IDCOL)负责在该国安装离网沼气厂。

  孟加拉国尚未建立可以提高能源发电效率的基于太阳能沼气的混合发电站,表3显示了孟加拉国可再生能源的前景。

  图2显示了拟议的20 kW EVCS的图形表示,其中太阳能和生物质/沼气资源对输出混合动力的贡献相同(各10 kW),所提出的EVCS产生的输出功率表示如下:

  当电动汽车需求超过充电站的发电功率时,将从公用电网获得多余的电力,在这种情况下,采用模糊逻辑控制器来优化不同EV在不同时期的充电成本。

  输出产生的功率可用性、EV 的功率需求、充电周期和当前充电速率被视为输入变量,充电成本和可再生能源利用率被视为输出变量。

  拟议充电站的总成本包括混合可再生能源充电站的资本成本、重置成本和运维成本,该充电站主要需要光伏系统(10 kW:37个模块,每个模块275 W)。

  一个沼气发电机(10 kW),三个沼气池(4.8m3 , 4.8m3 和 3.2m3 )、双向转换器 (10 kW)、电池和充电组件,太阳能电池板和沼气池的尺寸和额定值是根据其在市场上的可用性选择的。

  TD 表示以小时为单位的充电持续时间,在 0 到 10 小时之间变化,L中 表示充电水平,在本研究中,仅考虑 1 级 (3.7 kW) 和 2 级 (6.6 kW),因为 3 级充电 (≥50 kW)在分析区域中不可用。

  产生的功率,PGen ,取决于可再生资源的可用性,它还受到拟议EVCS中电价变化的影响。

  当有柴油发电机满足额外的电力需求时,功率限制通常更有用,SOC限值用于避免电动汽车电池退化。

  电池主要负责满足高/低斜坡速率,该速率主要适合SOC限制,以实现更可行的电动汽车充电,电动汽车的功率需求取决于SOC和电池容量。

  在所提出的模型中,最小SOC为20%,最大SOC为80%,所考虑的EV的电池容量从8kWh到10kWh不等,拟议的混合可再生能源发电能够基于初始SOC每天为15-20辆电动汽车充电。

  EVCS的自发电功率必须大于或等于EVCS的电力需求,在这种情况下,可再生能源的利用率达到最大,充电持续时间,TD 是给电池充电所需的时间,EV的充电时间表示如下:

  在提出的EVCS中使用Mamdani型模糊推理模型,以在各种输入条件下通过可再生集成获得优化的充电速率,该建模方法采用了基于质心的去模糊化技术。

  将输出功率可用性、电动汽车的功率需求、充电周期和现有资费视为模糊模型的输入参数,充电成本和可再生利用率被视为输出参数,图 4 显示了模糊 (Mamdani) 优化模型的输入和输出变量。

  在这个模糊推理系统中,三角形、梯形和高斯隶属函数描述了输入和输出变量的不同阶段。EVCS的电力可用性取决于可再生输入资源,即太阳能和沼气能源。

  如果太阳能和沼气资源充足,发电量可以增加,当没有太阳能时,发电量很低,输入参数“Power_Generation”分为隶属函数的三个类别(不足、公平和充分)。

  电动汽车的功率需求取决于电池容量和 SOC,在此模型中,“EV-Power-Demand”的隶属函数为“低”、“中”和“高”。

  由于充电站的电动汽车具有不同的电池容量和 SOC,因此电力需求会有所不同,对于 0–8 kW,隶属函数定义为“低”,8–14 kW 定义为“平均”,14–20 kW 定义为“高”。

  孟加拉国的电动汽车主要在夜间充电;白天只收取少数费用,简易自行车和自动人力车电池通常需要 8-10 小时才能完全充电。

  但某些电动汽车的SOC高于最低SOC,它们需要更少的时间来充电,确定充电持续时间对于计算功率需求至关重要。

  所提出的优化系统使用模糊的“如果-那么”基于规则的策略,隶属函数是根据孟加拉国现有电池电动汽车的数据定义的。

  模糊规则查看器可以可视化规则在此优化方法中的组织方式,输出变量取决于混合资源产生的电力、电动汽车电力需求、充电持续时间/周期和现有电价。

  现有费率是固定的高峰和非高峰时段,但使用此规则查看器,可以看到不同时期的收费率会有所不同。

  提出的基于模糊的优化考虑了太阳能和沼气资源,以最大限度地降低电动汽车充电成本,电动汽车充电负载取决于许多不确定性,即到达时间、离开时间、电池容量、行驶里程、充电水平和电动汽车电池的充电状态。

  传统EVCS为电动汽车客户提供统一费率。因此,电动汽车客户随机到达 EVCS,这在高峰时段会产生电能质量问题。

  太阳能EVCS可以在白天为电动汽车供电,具有动态充电费率的基于太阳能沼气的EVCS激励客户在非高峰时段以较低的成本为电动汽车充电。

  基于太阳能沼气的EVCS通过利用混合可再生能源减少了对公用电网的依赖,并限制了温室气体排放。图 7 (A)、(B)、(C) 和 (D) 显示了模糊推理系统输入和输出变量的三维表面视图。

  传统充电站的最大充电速率为每千瓦时 0.0906 美元,而基于模糊逻辑的 EVCS 在高峰时段的充电速率为 0.109 美元。

  电动汽车的日益普及为可再生能源整合研究开辟了新的途径,本研究旨在设计和开发一种利用太阳能和沼气/生物质资源的EVCS优化算法。

  此外,本研究探讨了可再生资源在离网地区发电的巨大潜力,该方法有助于有效利用可用的可再生资源来减少温室气体排放和电动汽车充电引起的配电网压力。

  可以将新方案设计为类似于EVCS智能电网的双向能量传输设施,称为V2G(车辆到电网)技术。

  在停电和高峰时段,电动汽车可以通过该方案将能量传输到公用电网,这项研究对电力系统网络和运输部门的可持续发展做出了重大贡献,拟议的战略呈现出各种技术经济和环境效益。

  “电动汽车电池供应链和价值链的挑战和最新发展:可持续性视角”,保护回收,第 180 卷

  “采用电动汽车的障碍:来自印度的证据”,J. Cleaner Prod.,第291卷

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