بخشی از مقاله
چکیده
در کنار مسائل زیست محیطی و بازده بسیار پایین خودروهاي متداول امروزي، مشکلات مربوط به اقتصاد و امنیت تأمین انرژي و نیز پیشرفت هاي صورت گرفته در عرصه فن آوري موجب توجه روزافزون به خودروهاي برقی در سالیان اخیر شده است. از سوي دیگر با توجه به پیش بینی هاي صورت گرفته، سیستم هاي قدرت آینده داراي حجم بالایی از منابع انرژي تجدیدپذیر هستند. یکی از راهکارهاي پیشنهادشده براي نفوذ هر چه بیشتر این منابع در سیستمهاي قدرت تجدیدساختاریافته، استفاده از پتانسیل خودروهاي برقی به عنوان ابزاري ذخیرهساز براي هموارسازي نوسانات توان ناشی از منابع تولید پراکنده بهویژه برق بادي است. باتري خودروهاي برقی در مواقع پارك خودرو به شبکه متصل است و در صورت اتصال تعداد قابل توجهی از این خودروها به شبکه، با فرض مجموعههایی از این خودروها به عنوان نیروگاههاي کوچک می توان تحت فن آوري خودرو به شبکه - نلب - و در محیط شبکه هوشمند برق از مزایاي تعامل بین خودروهاي برقی و سیستم قدرت استفاده کامل و بهینه نمود. این نیروگاه هاي مجازي کوچک نسبت به نیروگاههاي سریع راهانداز موجود داراي سرعت راهاندازي بسیار بالاتر و هزینه راهاندازي بسیار پایینتر هستند و با به کارگیري آن ها امکان ارائه یک سیستم انرژي کاملا اقتصادي، قابل اعتماد و پایدار همراه با مدیریت بهینه انرژي فراهم می گردد. از کاربردهاي دیگر خودروهاي برقی در سیستم قدرت میتوان به ارائه خدمات جانبی - از قبیل تنظیم توان، ذخیره چرخان و توان راکتیو - و افزایش بار پایه از طریق هموار نمودن منحنی بار و به تبع آن افزایش بازده کل سیستم اشاره نمود. همچنین خودروهاي برقی از طریق یک تجمیعکننده و یا در قالب قرارداد اشتراك ویژه با شرکت توزیع میتوانند مشارکت فعالی در بازارهاي برق داشته باشند.
.1 مقدمه
امروزه پایین بودن بازده تولید انرژي الکتریکی تبدیل به یکی از مشکلات اصلی صنعت برق در دنیا شده است. براي بالا بردن بازده کل سیستم قدرت و صرفه جویی در هزینه سوخت نیروگاهها راهکارهاي متفاوتی ارائه شده است. یکی از این راهکارها تغییر تعرفههاي برق در ساعتهاي مختلف شبانهروز است. میتوان با استفاده از سیستمهاي دو تعرفهاي و یا چندتعرفهاي قیمت برق در ساعات پیک را افزایش داده و مصرفکنندهها را به سمتی تشویق نمود که مصارف زیاد خود را از ساعات پیک به ساعات غیرپیک جابهجا کنند. از دیگر راهکارهاي هموارسازي منحنی بار روزانه، استفاده از نیروگاههاي تلمبه ذخیرهاي است که با محدودیتهایی مختلفی مواجه است بذم. راهکار نوین دیگري که در این مقاله تشریح گردیده است، استفاده از خودروهاي برقی قابل اتصال به شبکه یا بغب 1 براي بالا بردن بازده سیستم قدرت است. در کنار فواید زیست محیطی، پیشرفتهاي صورت گرفته در عرصه فنآوري نشان از اقبال روزافزون به خودروهاي برقی در سالیان اخیر دارد. فروش جهانی خودروهاي برقی از 45000 دستگاه در سال 2011 به 113000 دستگاه در سال 2012 - بیش از دو برابر - ، هزینههاي مربوط به باتري این خودروها از لاحفَز 1000 در سال 2008 به لاحفَز 485 در سال 2012 - بیش از نصف - و تعداد مدلهاي تجاري خودروي برقی موجود در بازار نیز تا پایان سال 2012 به بیش از 20 مدل رسیده است. همچنین تا پایان سال 2012 بیش از 180000 خودروي برقی در دنیا تولید شده است که این رقم %0.02 از کل تولید جهانی خودرو را شامل میشود بلم. کشورهاي ژاپن با %24 و آمریکا با %37 سهم فروش خودروي برقی در دنیا، از کشورهایی هستند که در حال حاضر تلاش زیادي را در جهت تسریع معرفی و ورود وسایل نقلیه الکتریکی پیشرفته به بازار انجام میدهند. وزارت انرژي ایالات متحده هدفگذاري خود را بر تردد حدود 1 میلیون دستگاه خودروي برقی در جادههاي این کشور تا سال 2015 و فروش 425000 دستگاه خودروي برقی تنها در سال 2015 متمرکز نموده است. با توجه به این هدفگذاري خودروهاي برقی حدود %2.5 از فروش خودروهاي جدید در ایالات متحده را در سال 2015 به خود اختصاص خواهند داد بصم. همچنین با توجه به پیشبینیها سیستمهاي قدرت آینده داراي حجم بالایی از منابع تجدیدپذیر هستند. به عنوان نمونه دولت دانمارك هدفگذاري خود را بر مشارکت %50 برق بادي براي تأمین توان سیستم قدرت خود در سال 2020 قرار داده است و براي اجرایی نمودن این استراتژي انرژي، بر استفاده از خودروهاي برقی بهعنوان یک ابزار بسیار مهم براي متعادلسازي توان حساب نموده است بخم. استفاده از خودروهاي برقی نه تنها باعث صرفه جویی در مصرف سوختهاي فسیلی و بالا رفتن بازده خودروها میس شود، بلکه تأثیرات مطلوبی نیز در سیستم قدرت دارد. استفاده کامل از مزایاي تعامل بین خودروهاي برقی و شبکه برق تحت فنآوري خودرو به شبکه - نلب - و در محیط شبکه هوشمند برق صورت میگیرد. البته با در نظر گرفتن برخی از مسائل فنی و اقتصادي خاص، پیادهسازي عملی فنآوري خودرو به شبکه جنلبض در کوتاهمدت با موانع مختلفی مواجه است بزم. به عنوان مثال هنوز منبع ذخیره انرژي - باتري - یک فنآوري کلیدي براي گسترش استفاده از خودروهاي برقی است، زیرا عمدتا بهرهوري سوخت و کارایی در وسایل نقلیه جدید که داراي نیروي محرکه الکتریکی هستند توسط عملکرد سیستم ذخیرهساز انرژي محدود میگردد ب،سخم. مسئله مهم دیگر این است که اتصال همزمان تعداد زیادي خودروي برقی به شبکه میتواند بهعنوان یک تهدید بزرگ براي کیفیت و پایداري کلی سیستم قدرت مطرح شود بنم. همچنین در زمینه نلب داشتن فنآوريهاي مخابراتی موثر براي اجراي موفقیتآمیز بغ حیاتی است و هنوز صنایع مختلف درگیر کار بر روي توسعه فنآوريهاي ضروري براي استفاده گسترده از خودروهاي برقی هستند بکم. در ادامه این مقاله و در بخش دوم مروري بر وضعیت کلی خودروهاي برقی قابل اتصال به شبکه در حال حاضر صورت گرفته است. بخش سوم به معرفی مبانی فنآوري نلب پرداخته و در بخش چهارم نقش تجمیعکننده در این فنآوري بررسی شده است. در بخش پنجم نیز امکان حضور احتمالی خودروهاي برقی در بازارهاي مختلف سیستم هاي قدرت تجدیدساختارشده بهطور کامل بررسی شده است. در بخش ششم نیز نویسندگان خلاصهاي از مقاله به همراه نتیجهگیري آوردهاند.
.2 خودروي برقی قابل اتصال به شبکه - PEV -
خودروي برقی قابل اتصال به شبکه یک اصطلاح عمومی براي وسایل نقلیه اي است که تمام یا قسمتی از توان مورد نیاز براي حرکت خود را از یک باتري شارژ شده توسط شبکه برق دریافت میکنند. بهطور کلی تمامی خودروهاي برقی موجود در بازار در یک مسئله مشترك میباشند و آن وجود موتور الکتریکی جریان متناوب - البته با فرکانسهاي عملکرد مختلف در محدوده ي فرکانس شبکه هاي قدرت - به عنوان پیشرانه در سیستم آنها است. اما از میان این خودروهاي برقی تنها خودروهاي بغب - شامل خودروي برقی ترکیبی قابل اتصال به شبکه یا بغدب 1و خودروي برقی کاملا مبتنی بر باتري یا بغ - 2 B که داراي قابلیت اتصال به شبکه برق هستند، امکان حضور در مباحث نلب را دارند. وسایل نقلیه اي که نیروي پیشرانه آن ها به طور کامل توسط یک موتور الکتریکی تأمین می شود را بغB می نامند. مشخصه اصلی این خودروها ذخیره تمامی انرژي مورد نیاز به صورت الکتروشیمیایی در باتري می باشد. در حال حاضر باتري هایی از نوع دقطش و طعسغپع با وجود قیمت بالاتر نسبت به باتريهاي 2ططهس2هکئ به دلایلی مانند طول عمر بالاتر و وزن و حجم کم تر مورد استقبال بیشتري در تولید خودروهاي تمام برقی قرار گرفته اند بتذم. تا پایان سال 2012 میلادي کشور ژاپن با دارا بودن %28 از سهم تولید خودروهاي بغB در دنیا پیشتاز محسوب می گردد و پس از آن آمریکا با %26، چین با %16، فرانسه با %11، نروژ %7، آلمان و بریتانیا هر کدام با %2 و دیگر کشورها با %9 قرار دارند بلم. در خودروهاي بغدب دو موتور مکانیکی - معمولاً از نوع درونسوز - و الکتریکی به صورت هم محور کار میکنند. در نتیجه یک خودروي بغدب در حالت ایدهآل تقریباً تمام مزایاي خودروي برقی و درونسوز را به صورت توأمان خواهد داشت، ضمن اینکه این ترکیب باعث میشود خودروي بغدب عیوب هیچ کدام را نداشته باشد. قابلیت اتصال به شبکه باعث میشود که باتري علاوه بر شارژ از طریق غهع 3، توانایی شارژ شدن از طریق شبکه را نیز دارا باشد. سایز باتري بسته به مسافتی که خودرو براي کار کردن در حالت الکتریکی طراحی شده و استراتژي کنترل آن متفاوت است. ترکیب باتري و در خودروهاي بغدب به صورتهاي مختلفی وجود دارد که مهمترین آرایشهاي آن سري، موازي و سري-موازي است بذذم. خودروسازان مختلف آرایشهاي مختلفی را مورد استفاده قرار میدهند که هر کدام داراي مزایا و معایب خاص خود میباشند و تا به امروز آرایشی که مورد توافق همه باشد را نمیتوان یافت. تا پایان سال 2012 میلادي کشور آمریکا با دارا بودن %70 از سهم تولید خودروهاي بغدب در دنیا پیشتاز بلامنازع در این زمینه محسوب میگردد و پس از آن ژاپن با %12، هلند با %8، کانادا و چین هر کدام با %2 و دیگر کشورها با %6 قرار دارند بلم.
.3فنآوري خودرو به شبکه - V2G -
در تعامل خودروهاي بغب با شبکه قدرت، باتري نقش اصلی را بهعنوان تنها بخش اساسی متصل به شبکه ایفا میکند. محدوده ظرفیت نوعی باتريهاي تجاري، یعنی همان قابلیت ذخیره آنها از 1 تا لاwف 30 است بلذم. باتري خودروهاي برقی داراي پاسخ بسیار سریعی هستند و میتوانند در حدود یک هزارم ثانیه به ماکزیمم خروجی خود دست پیدا کنند. این سرعت راهاندازي در هیچ یک از نیروگاههاي سریع راهانداز وجود ندارد و بهعنوان یک گزینه خوب براي ارائه سرویسهاي متنوعی از قبیل تنظیم فرکانس و ذخیره چرخان به شمار میآید. محدوده توان خروجی باتري ها از 0/2 تا 6 کیلووات است و میتوانند در حدود 5 ساعت یا کمتر شارژ مجدد شوندبصذم. یک پارامتر مهم در باتريها نام دارد. نسبت انرژي ذخیرهشده در یک باتري به کل ظرفیت باتري بهعنوان هقح تعریف شده و مقدار آن مابین 0 - کاملاً دشارژ - و 1 - کاملاً شارژ - متغیر است. بررسیهاي مختلف نشان دادهاند که در شبانه روز خودروها به طور میانگین حدود 22 ساعت در پارکینگ هستند بخذم. بنابراین میتوان در صورت اتصال به شبکه طی این ساعات، از خودروهاي برقی در صورت کمبود تولید شبکه به عنوان ژنراتور و در صورت اضافه تولید به عنوان بار مدیریت پذیر استفاده نمود. همچنین بنا بر تحقیقی در آمریکا حدود %60 رانندگان مسافتی کمتر از 30 مایل 48 - کیلومتر - را در روز طی می کنند که این مورد در شکل - 1 - آمده است بلذم. این مسافت طیشده کمتر از رنج توان بالقوه خودروهاي برقی است،
