Готовое НИР У841. Введение с каждым годом количество проданных в мире электромобилей и гибридных электромобилей растёт
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
Введение С каждым годом количество проданных в мире электромобилей и гибридных электромобилей растёт. За 2012 год в мире было продано около 120 тысяч таких транспортных средств, а к 2020 году прогнозируется, что доля электротранспорта составит порядка 10% от общего количества автомобилей (на сегодняшний день эта доля составляет менее 0,02%). В результате столь интенсивного внедрения электромобилей в повседневную жизнь возникает потребность в соответствующей зарядной инфраструктуре, а именно в сетях зарядных станций и/или станций замены аккумуляторных батарей (АКБ). Сегодня в мире развитие инфраструктуры станций подзарядки электротранспорта, работающих от электрической сети, ведётся довольно большими темпами. Из упомянутых выше двух типов станций наибольшее распространение получили зарядные станции, количество которых уже превышает 50 тысяч. Что касается станций замены АКБ, то их сейчас всего несколько, однако со временем эта ситуация должна измениться. Кроме этого сравнительно недавно во многих странах мира начали появляться зарядные станции, работающие от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), а именно – от энергии солнца и ветра. Общее количество таких станций в мире уже насчитывает несколько сотен штук. Энергоснабжение станций подзарядки электротранспорта от ВИЭ в настоящее время весьма актуально, в первую очередь при учёте экологических факторов. Так, при подзарядке на сетевых станциях, которых сейчас большинство, эффект от снижения уровня выбросов за счёт замещения автомобилей электромобилями частично компенсирует ростом выбросов тепловых электростанций (ТЭС), обеспечивающих рост мощности этого нового типа потребителей. Таким образом получается, что электрические транспортные средства способствуют улучшению экологической обстановки только в тех районах, где они используются, тогда как в районах, где расположены ТЭС, напротив, наблюдается рост загрязнения атмосферы. Станции, работающие от генерирующих установок на основе ВИЭ, такого недостатка практически лишены, так как в этом случае электроэнергия, необходимая для их работы, вырабатывается с использованием местных экологически чистых энергоресурсов (энергии солнца, ветра и др.). Кроме этого энергетические комплексы, включающие в себя установки на основе ВИЭ, зарядные станции и/или станции замены АКБ позволяют эффективно экономить ископаемое топливо за счёт замещения вырабатываемой на ТЭС электроэнергии для зарядки электротранспорта. Помимо экологической и топливной составляющих использование энергокомплексов на основе ВИЭ и станций подзарядки позволяет также повысить энергобезопасность и энергонезависимость энергорайонов страны. С точки зрения энергобезопасности строительство таких комплексов привнесёт в энергобаланс этих районов и регионов ещё один или несколько новых объектов генерации электроэнергии на основе ВИЭ. В случае выхода из строя традиционных объектов генерации (электростанций, дизельных электроустановок и др.) или объектов передачи и распределения электроэнергии, комплексы на основе ВИЭ смогут снабжать электроэнергией не только станции подзарядки электромобилей, но и другие объекты. В свою очередь для районов, удалённых от линий 4 электропередачи (ЛЭП) комплексы на основе ВИЭ позволят снизить зависимость от поставок ископаемых видов топлива. Следует отметить, что в мире данной теме посвящено значительное количество исследований. Более того, как уже было упомянуто, за рубёжом уже действует значительное количество зарядных станций на основе ВИЭ. В России таких зарядных станций пока нет. Следовательно, проведение исследований эффективности использования ВИЭ для энергоснабжения станций подзарядки электротранспорта на территории России, а также создание методики проектирования соответствующих комплексов в части обоснования их структуры и параметров является актуальным. На сегодняшний день в мире эксплуатируется более 300 тысяч электромобилей и гибридных электромобилей. Лидирующие позиции по количеству электротранспорта занимают: США с количеством электромобилей, превышающим 150 тыс. единиц, Япония – более 60 тыс. и Китай – около 40 тыс. Для комфортной эксплуатации электромобилей необходима соответствующая зарядная инфраструктура, которая должна включать в себя ряд элементов, основными из которых являются станции обслуживания электрических транспортных средств. Сегодня существует два типа таких станций, принципы работы которых кардинальным образом отличаются друг от друга, а именно: зарядные станции и станции замены АКБ. Зарядные станции представляют собой электротехническое устройство, оснащённое необходимыми для подключения электромобилей разъёмами и коннекторами. Это устройство позволяет производить зарядку электромобилей в различных режимах, и по типу такие станции подразделяются на станции переменного тока и постоянного тока. Первые позволяют зарядить электромобиль за 4-14 часов в зависимости от ёмкости аккумуляторной батареи. Время зарядки от станции постоянного тока составляет 15-40 минут. Станции замены АКБ представляют собой небольшое строение, оснащённое средствами замены, зарядки и хранения аккумуляторов. На таких станциях производится замена разряженного аккумулятора электромобиля на заряженный. Процесс замены АКБ занимает менее 5 мин. На современном этапе развития отрасли в мире уже установлено и эксплуатируется большое количество зарядных станций и лишь несколько станций замены АКБ. Последние есть пока только в Японии, Израиле, Дании, Австралии, Китае и Голландии. Что касается зарядных станций, то лидирующее положение по их количеству занимают США – более 15000 станций, далее Китай – более 8000 станций, и Япония – около 5000. Более подробно распределение количества зарядных станций по странам мира показано на рисунке 2. Страны, где количество станций не превышает 2000, на диаграмме объединены в категорию «Остальные страны». 8 Все вышеупомянутые станции подзарядки пока являются сетевыми, т.е. они работают от электроэнергетической системы, однако сравнительно недавно во многих странах мира начали появляться зарядные станции, работающие от ВИЭ. По сравнению с обычными зарядными станциями таких станций пока не так много, но из тех, что имеются, наиболее широкое распространение получили зарядные станции, работающие от энергии солнца. Значительное количество солнечных зарядных станций сейчас расположено в США и в Германии – в сумме порядка нескольких сотен штук. Также несколько таких станций имеется в Японии, Италии, Великобритании и Иордании. Помимо солнечных зарядных станций в мире существуют ещё и станции, работающие от энергии ветра, но, к сожалению, их пока всего несколько штук. Что касается станций замены АКБ, работающих от ВИЭ, то таких станций в мире не существует. С недавних пор в России также начали появляться электромобили и соответствующая инфраструктура. Пока строительство станций подзарядки ведётся только в Москве и Московской области (МО), но со временем они могут появиться и в других регионах страны. Так, на сегодняшний день в Москве и МО эксплуатируется около 1000 электромобилей и 42 зарядные станции. Все зарядные станции являются сетевыми, а ведь Россия располагает большим потенциалом ВИЭ, чью энергию можно было бы использовать для подзарядки электрических транспортных средств. К тому же, согласно Энергетической стратегии-2030, развитие возобновляемой энергетики в стране является актуальным как для локальных электроэнергетических систем, так и для районов, охваченных сетью централизованного электроснабжения. В связи со сказанным, актуальным также является: − разработка методики оптимизации структуры и параметров ГЭК на основе станций подзарядки электротранспорта и ВИЭ. Такая методика должна основываться на математических моделях элементов этих ГЭК; − проведение исследований в части обоснования эффективности использования таких комплексов в различных регионах России. Классификация возобновляемых источников энергии Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов. жизнедеятельности биоцентров растительного и животного происхождения [8] Характерной особенностью ВИЭ является цикличность их возобновления, которая позволяет использовать эти ресурсы без временных ограничений.Обычно, к возобновляемым источникам энергии относят энергию солнечного излучения, потоков воды, ветра, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана.ВИЭ можно классифицировать по видам энергии: механическая энергия (энергия ветра и потоков воды); тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла Земли); химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе). Потенциальные возможности ВИЭ практически неограниченны, но несовершенство техники и технологии, отсутствие необходимых конструкционных и других материалов пока не позволяет широко вовлекать ВИЭ в энергетический баланс. Однако за последние годы в мире особенно заметен научно-технический прогресс в сооружении установок по использованию ВИЭ и в первую очередь: фотоэлектрических преобразований солнечной энергии, ветроэнергетических агрегатов и биомассы. Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Это объясняется несколькими причинами: Неисчерпаемость ВИЭ; Нет потребности в транспортировке; ВИЭ - экологически выгодны и не загрязняют окружающую среду; Отсутствие топливных затрат; При определенных условиях, в малых автономных энергосистемах, ВИЭ могут оказаться экономически выгоднее, чем традиционные ресурсы; Нет необходимости в использовании воды в производстве. Также, к преимуществам перехода на «зеленую» энергетику относят устранение рисков, связанных с атомной энергетикой (возможность аварий, проблема захоронения радиоактивных отходов), уменьшение последствий возможного энергетического кризиса, сокращение затрат на невозобновляемые ресурсы, прежде всего нефть и газ, а также снижение выбросов парниковых газов. Таким образом, необходимость использования возобновляемых источников энергии определяется такими факторами: исчерпание в ближайшем будущем разведанных запасов органического топлива; загрязнением окружающей среды окисями азота и серы, углекислым газом, пылевидными остатками от сгорания добываемого топлива, радиоактивным загрязнением и тепловым перегревом при использовании ядерного топлива; быстрым ростом потребности в электрической энергии, потребление которой может возрасти в несколько раз в ближайшие годы. 1.1. Ветроэнергетика Энергия ветра уже более 6000 тысяч лет используется людьми. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II-I вв. до н. э. Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами. Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных станков. Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырехлопастные роторы диаметром 23 м. Однако в начале 19-20вв. НТП затормозил развитие ветроэнергетики. Полезные ископаемые, такие как нефть и газ, заменили ветер в качестве источника энергии. Но человечество такими темпами истощает природные ресурсы Земли, что вновь встает вопрос о возврате к истокам, т.е. к новому этапу развития ветровой энергетики. Наиболее острый вопрос ветроэнергетики - экономическая эффективность ВЭУ. Очень важно выбрать правильное место для установки агрегатов. Для этого существуют специальные характеристики, позволяющие правильно подобрать местоположение. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше) строятся оффшорные фермы. Башни ветрогенераторов устанавливают фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. Не стоит забывать, что производительность энергии зависит от 2 главных факторов: направления и скорости ветра. Скорость ветра - главное препятствие развития ветровой энергетики. Ветер характеризуется не только многолетней и сезонной изменчивостью. Он может менять скорость и направление в течение очень коротких промежутков времени. Отчасти кратковременные колебания скорости ветра компенсируются самим ветроагрегатом, особенно на больших скоростях ветра, когда он начинает подтормаживать своё вращение (обычно, после 13-15 м/с). Однако более длительные изменения или снижение скорости ветра влияют на выработку ветроагрегата и всего ветропарка в целом. Но в современной ветроэнергетике этот недостаток сводится к минимуму тем, что ветромониторинг, начинающийся еще на предпроектной стадии, продолжает вестись и в дальнейшем. Накопленная база данных ветропотенциала позволяет прогнозировать выработку ветропарка уже на 2-м году его эксплуатации на 24 часа вперед с достаточно высокой для электрических сетей точностью. Все ветровые установки можно разделить на 2 больших типа: с вертикальной осью вращения ротора и с горизонтальной.  Рисунок 1.1 Вертикально-осевая ветроэнергетическая установка Савониуса  Рисунок 1.2. Традиционная горизонтально-осевая ветряная установка ВЭС с вертикальной осью вращения (на вертикальную ось «насажено» колесо, на котором закреплены «приемные поверхности» для ветра), в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Главными недостатками таких агрегатов является их малый период вращения и малый КПД по сравнению с горизонтальными ВЭС. К побочным действиям работы таких установок следует отнести наличие низкочастотных вибраций, возникающих за счет дисбаланса ротора. Агрегаты с горизонтальной осью вращения являются традиционной компоновкой ветряков. В них используются лопасти, которые вращаются под действием ветрового потока. Система устанавливается в самое выгодное положение в потоке ветра с помощью крыла-стабилизатора. На мощных станциях, работающих на сеть, для этого используется электронная система управления рысканием. Недостатками такой системы являются высокий уровень шума, потеря в механической передаче энергии, снижение продолжительности эксплуатации оборудования. Также при сильных порывах ветра лопасти агрегаты могут получить значительные повреждения или, вовсе, сломаться. Ветроэнергетический рынок - один из самых динамично развивающихся в мире. Его рост за 2009 год - 31%.[6]До сих пор ветроэнергетика наиболее динамично развивалась в странах ЕС, но сегодня эта тенденция начинает меняться. Всплеск активности наблюдается в США и Канаде, в то время как в Азии и Южной Америке возникают новые рынки. В Азии, как в Индии, так и в Китае, в 2005 году зарегистрирован рекордный уровень роста. В настоящее время промышленным производством ВУЭ занимается более 300 фирм. Наиболее развитую промышленность имеют Дания, Германия, США. Серийное производство ветроустановок развито в Нидерландах, Великобритании, Италии и других странах. Солнечная энергетика в мире и России Каждый день на Землю поступает огромное количество энергии, которое может покрыть все потребности современного мира. Если бы человек научился получать хотя бы 0,5% этой энергии, то можно было покрыть все затраты мира в электричестве и тепле. Но из-за природных барьеров мы не можем этого сделать. Однако в некоторых странах гелиоэнергетика занимает одно из ведущих мест. Один из примеров - Швейцария. Созданная в стране программа «Солар-91» помогает расширять ареал действия гелиоэнергетики. В стране построено около 2500 солнечных фотоустановок, которые помогают решить энергетические и экологические проблемы государства. Несмотря на относительное непостоянство солнечной энергии, ее «добыча» активно развивается в последние годы. В США построены 8 крупных электростанций модульного типа, мощностью около 470 МВт. Энергия от них идет на обеспечение штатов. Мощность произведенных фотоэлектрических преобразователей в мире достигает около 300 МВт в год. В настоящее время в мире работает более 1,5 млн. гелиоустановок теплового типа. Разрабатывают и необычные проекты гелиостанций. Например, в Австралии принят план строительства солнечной башни, высотой 1 км. У подножия будет располагаться огромная семикилометровая в диаметре теплица. Воздух, нагретый в теплице, будет идти по трубам, вращая ветродвигатели. Мощность такой станции оценивается в 200 МВт, а стоимость в 300 млрд. $. Таким образом, гелиоэнергетика постепенно получает одно из приоритетных мест в энергетическом развитии многих стран. Государства, в свою очередь, принимают законы, которые оказывают существенную поддержку развитию данной отрасли. Без принятия таких законов развитие солнечной энергетики гасло бы на начальных стадиях развития. В России практическое использование солнечной энергии крайне ограничено, несмотря на широкие исследования, которые проводились и проводятся в этом направлении. В стране существует лишь несколько производств солнечных модулей, которые являются основой солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) различных типов, и очень ограниченный сегмент потребителей, готовых приобретать СФЭУ. Осведомленность о существовании и возможностях солнечной энергетики находится на низком уровне, отсутствуют законодательные нормы, поддерживающие производство и использование СФЭУ. Сегодня возникает одновременно целый ряд проектов по созданию и развитию производства СФЭУ в России. Проект строительства завода по производству солнечных модулей на базе передовой тонкопленочной технологии в Чувашской Республике (г. Новочебоксарск), реализуемый компанией «Хевел». Российская Федерация обладает огромным потенциалом использования солнечной энергии. Регионы юга России, Дальнего Востока и Забайкалья отличаются высоким уровнем солнечной радиации, сравнимым с южными регионами Европы, где солнечная энергетика уже получила интенсивное развитие. К факторам, которые в различной степени влияют на развитие отрасли в РФ можно отнести: Климатические условия. Не стоит забывать, что значительная часть нашей страны располагается в северных широтах, где значение инсоляции очень мало. Государственная поддержка. Наличие законодательно установленных экономических стимулов к развитию солнечной энергетики оказывает решающее значение на ее развитие. Среди видов государственной поддержки, успешно применяющихся в ряде стран Европы и США, можно выделить: льготный тариф для СЭС, субсидии на строительство СЭС, различные варианты налоговых льгот, компенсация части расходов по обслуживанию кредитов на приобретение СФЭУ. Стоимость СФЭУ. Сегодня солнечные электростанции являются одними из наиболее дорогих используемых технологий производства электроэнергии. Однако по мере снижения стоимости 1 кВт/ч выработанной электроэнергии солнечная энергетика становится конкурентоспособной. От снижения стоимости 1Вт зависит спрос на установки. Снижение стоимости достигается за счет повышения КПД, снижения технологических затрат и снижения рентабельности производства. Экологические нормы. На рынок солнечной энергетики положительно может повлиять ужесточение экологических ограничений и штрафов. Совершенствование этих механизмов может дать новый экономический стимул для рынка СФЭУ. Важным фактором развития СЭ является сравнение себестоимости электроэнергии, полученной от СФЭУ, со стоимостью электроэнергии, полученной из традиционных источников. Показателем перспективности СЭ, а соответственно и экономической целесообразности применения СФЭУ, в регионе является достижение равенства этих стоимостей. СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА И ЕГО ЗАРЯДНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ Электрические транспортные средства и зарядная инфраструктура Общие положения Мировой парк автомобилей ежегодно увеличивается на 5-8% и более. Так в Москве, к примеру, за 2011 год прирост автотранспорта составил свыше 514 тыс. единиц или 12%, а в целом на конец года численность автомобильного парка в городе составила около 4,2 млн. В связи с этим с каждым годом становится всё более актуальной задача по устранению вреда современных автомобилей, а именно - загрязнения атмосферы отработавшими газами. Согласно данным World Energy Council, около 17% глобального выброса парниковых газов попадает в окружающую среду из-за работы автотранспорта. В России на автотранспорт приходится приблизительно 42% загрязнений, причём в крупных мегаполисах эта цифра может достигать 90%. Так, согласно исследованиям, проведенным в 2012 году для Москвы, проблема загрязнения воздуха автотранспортом по-прежнему остаётся для города наиболее актуальной: суммарный выброс загрязняющих веществ автотранспортом в 2012 году составил более 90% суммарного выброса загрязняющих веществ в атмосферу [3]. И это притом, что выхлопные газы являются высокотоксичными, так как содержат такие соединения как угарный газ, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, сажу и т.д. Загазованный воздух оказывает прямое негативное влияние на здоровье человека, отравляющие вещества проникают в органы, нарушают их нормальную работу и приводят к развитию различных заболеванийдыхательной системы, а также являются одним из факторов риска развития раковых опухолей . Помимо загрязнения атмосферы отработавшими газами автотранспорт также является и основным источником шумового загрязнения. Так шум обладает крайне неприятной особенностью - он воздействует не только на орган слуха, но и на весь организм, вызывая при длительном воздействии ухудшение памяти, повышение кровяного давления, нервное расстройство и ряд других заболеваний. Главный санитарный врач Москвы Н. Филатов отмечает, что в шумных районах столицы за последние 10 лет в 2-3 раза увеличилось число сердечно-сосудистых заболеваний. По его данным, повышенный шум сокращает продолжительность жизни на 8-12 лет. Таким образом, растущий уровень загрязнения больших городов очень остро ставит вопрос о разработке комплекса мер по уменьшению содержания токсичных веществ в атмосфере и снижению уровня шума. На сегодняшний день решение этих проблем идёт по нескольким направлениям, одним из которых является разработка практически нетоксичных и бесшумных транспортных средств. К таким средствам относятся электромобили и гибридные автомобили. Под гибридными автомобилями в дальнейшем подразумеваются только такие автомобили, которые используют электродвигатель в качестве одного из источников энергии для привода ведущих колёс. В качестве накопителя энергии, необходимого для работы электродвигателя, в составе таких автомобилей рассматриваются аккумуляторные батареи. Электромобили и гибридные автомобили в мире: современное состояние и перспективы развития Электромобили и гибридные электромобили сегодня уже не экзотика, а настоящая или завтрашняя производственная программа любого автоконцерна. С каждым годом число таких транспортных средств в мире неуклонно растёт. За 2012 год, к примеру, в мире было продано около 120 тысяч электромобилей и гибридных электромобилей, а к 2020 году прогнозируется, что доля электротранспорта составит порядка 10% от общего количества автомобилей (сегодня эта доля составляет менее 0,02%). Во многих странах количество электромобилей уже насчитывает несколько сотен и даже тысяч единиц, а в странах, в которых до сих пор отсутствовал такой вид транспорта, электромобили начинают постепенно появляться. На сегодняшний день лидирующие позиции по количеству электрических транспортных средств в мире занимают: США с количеством электромобилей и гибридов, превышающим 150 тыс. единиц, Япония - более 60 тыс. и Китай - около 40 тыс. Более подробно распределение числа электромобилей по странам мира (в процентном соотношении). Страны, где количество электромобилей не превышает 3000, на диаграмме объединены в категорию. Несмотря на то, что электрических транспортных средств в мире сейчас не так уж и много (более 300 тыс.) вскоре, согласно ряду прогнозов, они всё же будут способны составить конкуренцию обычным автомобилям. Так в ближайшем будущем правительства некоторых стран мира планируют увеличить количество электрических транспортных средств в несколько раз: 1. В 2011 году президент США Барак Обама объявил об амбициозном плане по увеличению числа электромобилей в стране до 1 млн. к 2020 году; 2. Правительство Китая планирует увеличить к 2015 году число электрических транспортных средств в Пекине до полумиллиона, а ещё спустя пять лет до 5 млн.; 3. Правительство Германии объявило о намерении увеличить к 2020 году число электромобилей до 1 млн. единиц, а к 2030 г. - до 6 млн.; 4. Правительство Испании, с целью уменьшения количества выбросов в атмосферу и сокращения импорта нефти, планирует к 2014 году увеличить количество электромобилей до 1 млн. единиц; 5. В ноябре 2008 года Департамент транспорта Ирландии опубликовал план по увеличению количества электрических транспортных средств, согласно которому к 2020 году доля электромобилей составит около 10% от общего числа автомобилей в стране (приблизительно 230 тыс. электромобилей) [8]; 6. Исполнительный директор компании Nissan Карлос Гон прогнозирует, что к 2020 году доля электромобилей в мире составит 10%. Как видно из вышеприведенной информации рынок электрических транспортных средств имеет большие перспективы на ближайшее будущее, и это, в первую очередь, обусловлено стремлением властей и представителей бизнеса жить в городах с чистым воздухом, не страдая при этом от гула автомобилей за окном. Кроме этого серьёзный мотив также заключается и в том, что при исчерпаемости углеводородных ресурсов о создании конкурентоспособного транспорта, обходящегося без двигателя внутреннего сгорания, нужно думать уже сейчас. Причём эта перспектива, по мнению экспертов РосБизнесКонсалтинга, не такая уж и далёкая. По оптимистичным оценкам, стоимость аккумулятора, который определяет стоимость электромобиля, может быть значительно снижена благодаря новым технологиям уже в ближайшие несколько лет, а к 2015 г. при нынешней динамике цен на электроэнергию и топливо электромобиль может стать полноправным конкурентом автомобилю на бензине. Что же касается того, каким образом предполагается достигнуть столь интенсивных темпов внедрения электрических транспортных средств, то этот момент объясняется поддержкой отрасли со стороны правительства разных стран за счёт предоставления субсидий и различных льгот. Так, к примеру: 1. Правительство Китая предоставляет специальную скидку на все электромобили и гибридные автомобили и обеспечивает льготные условия для подзарядки таких транспортных средств [10]. Кроме того таксомоторным компаниям и органам местного самоуправления предоставляются субсидии за каждый приобретённый электромобиль или гибрид; 2. В Норвегии электромобили освобождаются от всех единовременных налогов, а именно от: налога на покупку транспортного средства, который довольно высок в этой стране, от ежегодного налога на транспортное средство, налога на парковку и т.д. Электромобилям также разрешается пользоваться специальными полосами, предназначенными для общественного транспорта; 3. В Германии владельцы электромобилей тоже освобождаются от некоторых налогов. Кроме этого правительство страны также спонсирует разработки в области строения электрических транспортных средств; 4. В Швеции правительство выделило 200 млн. крон на программу по увеличению в стране количества электрических транспортных средств; 5. В Голландии, помимо всего прочего, владельцам электрических транспортных средств предоставляется возможность парковки в местах, где запрещено парковать обычные автомобили. Приведённые здесь примеры инициатив также характерны и для ряда других стран. Однако, даже при поддержке со стороны государства, развитие отрасли электрических транспортных средств становится нецелесообразным без наличия соответствующей зарядной инфраструктуры, которая включала бы в себя специализированные станции, предназначенные для обслуживания электромобилей, механизмы доступа к услугам и т.д. Зарядная инфраструктура в мире Как уже было сказано для комфортной эксплуатации электромобилей и гибридных автомобилей необходима соответствующая зарядная инфраструктура, которая должна включать в себя ряд элементов, основными из которых являются станции обслуживания электрических транспортных средств. На сегодняшний день существует два типа таких станций, принципы работы которых кардинальным образом отличаются друг от друга. Речь здесь идёт о зарядных станциях и станциях замены аккумуляторных батарей. Зарядные станции Зарядная станция - это электротехническое устройство, оснащённое необходимыми для подключения электромобилей разъёмами и коннекторами и позволяющее производить зарядку электромобилей в различных режимах. По скорости зарядки такие станции делятся на два типа, а именно: - станции стандартной зарядки. Зарядка осуществляется переменным током. Время зарядки составляет от 4 до 14 ч в зависимости от режима зарядки и ёмкости аккумуляторной батареи электрического транспортного средства [1]. Данный тип зарядных станций позволяет подключить не более двух электромобилей и чаще всего используется на парковках, возле торгово-развлекательных и офисных центров, фитнес-клубов и в других общественных местах, где люди проводят много времени; - станции быстрой (экспресс) зарядки (стандарт CHAdeMo) обеспечивают менее продолжительную зарядку электромобиля (около 15-40 мин.), чем станции стандартной зарядки. Зарядка электромобилей от данного типа станций осуществляется постоянным током силой до 125 А при напряжении до 550 В и мощности до 50 кВт. Зарядные станции стандарта CHAdeMo позволяют заряжать до 4 электромобилей одновременно.  Режимы подзарядки С развитием электротранспорта европейские и американские производители электротехнического оборудования приступили к производству устройств, необходимых для зарядки электромобилей. Для унификации и создания стандартизованных разъёмов и режимов зарядки аккумуляторных батарей электромобилей было принято решение разработать ряд стандартов, характеризующих режим и способ зарядки электромобиля. В создании таких стандартов приняла участие Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission, IEC). Результатом работы комиссии стал перечень международных стандартов, систематизирующих и регулирующих способы подключения зарядных устройств к электромобилю (виды коннекторов), а также описывающих допустимые режимы зарядки электромобилей. Собственно последние как раз и описаны в стандарте IEC 61851-1, согласно которому возможны следующие варианты подзарядки: - Mode 1 - медленная зарядка переменным током от бытовой сети. Класс стандартных бытовых розеток варьируется в различных районах мира. В большинстве европейских стран стандартные розетки часто рассчитаны на напряжение 230 В, силу тока 16 А и выдают мощность до 3,7 кВт. Зарядка при таком режиме может занять от 8 до 14 ч; - Mode 2 - медленная зарядка переменным током от бытовой сети с использованием системы защиты от поражения электрическим током, расположенной внутри кабеля; Математическая модель системы подзарядки электромобилей В работе виртуальная модель ГЭК (гибридного энергетического комплекса) представлена структурно-функциональной схемой (Данная схема получена в результате анализа структуры и принципов работы существующих на сегодняшний день зарядных станций и станций замены АКБ (как сетевых, так и работающих от ВИЭ), и актуальна для ГЭК, включающих один из этих типов станций подзарядки.  Рисунок 1 - Виртуальная модель ГЭК: ВЭУ - ветроэлектрическая установка, ГЭУ - гидроэлектрическая установка, ДЭУ - дизельная электрическая установка, ФЭУ - фотоэлектрическая установка, ММ - устройство отбора максимальной мощности, АКБ - аккумуляторная батарея, СН - собственные нужды ГЭК, ЗУ - зарядное устройство, ЭМ - электромобиль. В структурно-функциональной схеме основными генерирующими элементами ГЭК являются установки, работающие от ВИЭ. Так как использование таких установок затруднено отсутствием у них возможности обеспечения гарантированного энергоснабжения, то для преодоления этого недостатка в схеме присутствуют аккумуляторы энергии, а именно типовые аккумуляторы для зарядных станций и аккумуляторы электромобилей для станций замены АКБ. Помимо этого надёжность электроснабжения также обеспечивается за счёт наличия резервных источников питания: электрической сети и отдельных ДЭУ. Станций подзарядки электромобилей в схеме не обозначены, а показаны лишь их основные элементы, а именно: зарядные устройства, с помощью которых осуществляется подзарядка АКБ электрических транспортных средств, и, в случае со станциями замены, некоторое количество АКБ электромобилей, которое необходимо для нормальной работы станций. Ресурсная модель в работе представлена математическими моделями прихода ресурсов ВИЭ (энергия солнца и ветра), которые в свою очередь основаны на использовании: швейцарской базы данных о местных ресурсах «Meteonorm». Эта база данных позволяет получить для любой точки на поверхности Земли среднемесячные, среднесуточные и среднечасовые значения прихода солнечного излучения (СИ) на горизонтальную площадку (  (i)) и скорости ветра на высоте 10 м (Vh (i)) за период в 1 год;известных методик пересчёта прихода СИ на приёмную площадку, расположенную под оптимальным углом  , и пересчёта скорости ветра по высоте: Где i-час года;β-угол наклона приемной площадки к горизонту; γ-азимут приемной площадки  (1)где VHб (i) - скорость ветра на высоте башни ВЭУ, м/с; H б - высота башни ВЭУ, м; h - высота флюгера, равная 10 м; m - степенной показатель. Техническая модель ГЭК содержит основные зависимости, которые отражают связь выходной мощности с мощностью входного (ресурсного) потока, а также учитывает различные технические решения по построению отдельных установок, входящих в состав ГЭК. Так технические модели солнечной фотоэлектрической установки (СФЭУ) и ветроэлектрической установки (ВЭУ) представлены широко известными зависимостями:  где  -суммарный приход СИ на приемную площадку, расположенную под оптимальным углом наклона к горизонту, β, с азимутом γ, Вт*ч/м2; FСМ – площадь солнечного модуля (СМ), м2; m- количество СМ, шт.; τ-коэффициент светопропускания защитного покрытия СМ.; ηСМ-номинальный КПД; Kзап-коэффициент солнечными элементами всей площади; η𝝙N –определяет собой потери мощности при последовательном соединенииNВЭУ(i)=f(VHб(i))) (4) Техническая модель ДЭУ представлена её рабочей мощностью. Что касается технических моделей потребителей, в роли которых выступают станции подзарядки электрических транспортных средств, то зарядные станции представляются графиками энергопотребления (графиками нагрузки), а станции замены АКБ - графиками энергопотребления и графиками поступления разряженных аккумуляторов на станции. При этом такое различие в моделировании объясняется разными принципами работы рассматриваемых типов станций. Графики энергопотребления определяются суточным спросом на подзарядку, ёмкостью АКБ обслуживающихся электромобилей и собственными нуждами (СН) станций. Для того чтобы получить такие графики в работе используются данные по крупнейшим зарубежным проектам внедрения зарядной инфраструктуры - проектам «ChargePoint America» и «The EV Project». Отчёты по этим проектам содержат разнообразную информацию, в частности - какая доля электромобилей в какое время суток подзаряжается на станциях определённого типа (пример такой информации см. на рисунке 4).  Рисунок 2 - Доля подзаряжающихся электромобилей на ночной (слева) и дневной (справа) зарядной станции в зависимости от времени суток. Изменяя количество электромобилей, которое должно обслуживаться на станциях подзарядки за сутки, и комбинируя эти значения с графиками, пример которых представлен на рисунке 4, были построены зависимости количества заряжающихся электромобилей от времени суток и количества разряженных аккумуляторов, поступивших на станции замены АКБ, от времени суток. На основе полученных зависимостей были сформулированы несколько типов станций подзарядки, а именно: ночная зарядная станция, дневная зарядная станция, станция замены АКБ для таксопарка электромобилей, станция замены АКБ для автопарка промышленного предприятия, станция замены АКБ для автопарка зоны отдыха и полностью автономная станция замены АКБ. Данные типы зарядных станций и станций замены АКБ между собой отличаются количеством электромобилей, которое они могут обслужить за сутки, а также тем, на какое время суток приходится пик спроса на подзарядку. Скомбинировав графики зависимостей количества заряжающихся электромобилей и поступивших разряженных АКБ от времени суток с информацией о ёмкости АКБ электромобилей, которые будут обслуживаться на рассматриваемых станциях, и информацией об энергопотреблении СН этих станций, для каждого из выделенных типов станций подзарядки были построены необходимые графики нагрузки. Пример такой информации представлен на рисунке 5. Экономическая модель ГЭК, предназначенная для оценки основных показателей экономической эффективности проекта, в работе основана на «Методических рекомендациях по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования».  Рисунок 5 - График поступления разряженных АКБ на автономную станцию замены АКБ (слева) и график нагрузки этой станции (справа). Список литературы. Биомасса как источник энергии: Пер. с англ. / Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М.: Мир, 1985.- 368 с. Благородов В.Н. Проблемы и перспективы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии / В. Благородов // Энергетик. - 1999. - №4. - С. 2. Бринкман, Энди. Физические проблемы экологии / Э. Бринкман; пер. с англ. А.Д. Калашникова; доп. В.В. Тетельмина. - Долгопрудный: Интеллект, 2012. - 287 с. Ветроэнергетика / Под ред. Д. де Рензо: Пер. с англ.; под ред. Я.И. Шефтера. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 272 с. Гидроэнергетика: Учебник для студентов высших учебных заведений / В.И. Обрезков, Н.К. Малинин, Л.А. Кароль [и др.].; Под ред. В.И. Обрезкова. - М.: Энергоиздат, 1981. - 608 с. Городов Р.В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С.Матвеев. - 1-е изд. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 294 с. Инновационные технологии производства биотоплива второго поколения: научное издание / В.Ф. Федоров и др.; М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации. - М.: Росинформагротех, 2009. - 67 с. Лукутин Б.В. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении / Б.В. Лукутин, О.А. Суржикова., Е.Б. Шандрова. - М.: Энергоатомиздат, 2008. - 231 с. Сибибкин М.Ю. Технология энергесбережения: учебник для студентов учреждений сред. проф. образования, обучающихся по группе специальностей «Машиностроение» / М.Ю. Сибибкин, Ю.Д. Сибибкин. - 2-е изд., перераб. и. доп. - М.: Форум, 2010. - 351 с. Сибикин Ю.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. - М.: КноРус, 2010. - 227 с. Тарасов, А. Стимулирование освоения нетрадиционных возобновляемых источников энергии: мировые тенденции и Россия / А. Тарасов. // Экономические науки. - 2009.-№5. - С. 176 - 178. Ушаков В.Г. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: Учеб. пособие для энерг. и технол. спец. вузов / Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 1994. - 120 с. Содержание Введение………………………………………………………………………..1 Классификация возобновляемых источников энергии……………………..4 Ветроэнергетика…………………………………………………………5 Солнечная энергетика в мире и России……………………………….9 Состояние и тенденции развития электротранспорта и его зарядной инфраструктуры………………………………………………………………12 Математическая модель системы подзарядки автомобилей…………………18 Список литературы……………………………………………………………22 |