بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به آلودگی هاي ناشی از خودروها، بازده بسیار پایین آنها و محدودیتهاي سوخت فسیلی، کارخانه هاي خودروسازي بزرگ دنیا گام مهمی در مقابله با این امر برداشتهاند که از جمله آنها میتوان به تولید
خودروهاي هیبریدي قابل اتصال به شبکه برق - - hybrid electric vehicle اشاره کرد. باتري این خودروها در موقع توقف و پارك خودرو به شبکه متصل است، در نتیجه اگر تعداد قابل توجهی از این خودروها به شبکه متصل شود، میتوان مجموعههایی از این خودروها را به عنوان نیروگاههاي کوچکی فرض کرد که نسبت به نیروگاههاي سریع راه انداز موجود، داراي سرعت راه اندازي بسیار بالاتر و هزینه راه اندازي بسیار پایینتر هستند. حضور این خودروها در سیستم قدرت داراي کاربردهاي بسیاري است که از جمله آنها میتوان به ارائه خدمات جانبی - از قبیل تنظیم توان، رزرو چرخان و توان راکتیو - و افزایش بار پایه از طریق هموار نمودن منحنی بار اشاره کرد؛ که در مورد اخیر این خودروها مانند بار مدیریت پذیر و عنداللزوم نیروگاههاي تلمبه ذخیرهاي1 عمل نموده و درههاي موجود در منحنی بار در زمان کم باري را پرکرده و عنداللزوم قلههاي پیک بار را
حذف میکنند؛ که در نتیجه آن بازده کل سیستم افزایش پیدا میکند. باتوجه به این کاربردها، V2G ها میتوانند از طریق یک تجمیع کننده و یا در قالب قرارداد اشتراك ویژه با شرکت توزیع 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. یکی از علتهاي اصلی پایین بودن این بازده مربوط به واحدهاي تأمین کننده بار پیک است، زیرا در این گونه مواقع به واحدهایی نیاز است که بتوانند به سرعت روشن یا خاموش شوند - مانند واحدهاي توربین گازي - و چون این واحدها در تمام طول روز نمیتوانند فروش توان داشته باشند، توان تولیدي این واحدها گرانتر از واحدهاي بار پایه و بازده این واحدها بسیار کمتر از واحدهاي بار پایه است. به همین دلیل
تأثیر خودروهاي دوگانه قابل اتصال بهشبکه برق - Plug-in Hybrid Electric Vehicle - بهعنوان بار مدیریت پذیر یا منبع تولید انرژي در سیستمهاي قدرت تجدید ساختار یافته در هر سیستم قدرتی سعی میشود که براي بالا بردن بازده کل سیستم میزان استفاده از واحدهاي تأمین کننده بار پیک کاهش و به تبع آن میزان استفاده از واحدهاي بار پایه افزایش پیدا کند.
براي بالا بردن بازده کل سیستم و صرفه جویی در هزینه سوخت، راهکارهاي متفاوتی ارائه شده است که از جمله آنها میتوان به تغییر تعرفههاي1 برق در ساعتهاي مختلف اشاره کرد که با سیستمهاي دو تعرفهاي و بالاتر میتوان قیمت برق در ساعات پیک را افزایش داده و مصرف کنندهها را به سمتی تشویق کنند که مصارف زیادشان را از ساعات پیک به ساعات غیر پیک جابهجا کنند. با این روش میتوان منحنی بار روزانه را هموارتر کرده و به تبع آن بازده سیستم را بالا برد. یکی از راهکارهاي دیگر هموار کردن منحنی بار روزانه، استفاده از نیروگاههاي تلمبه ذخیرهاي است. این نیروگاهها جهت صرفه جویی در هزینه سوخت بدینگونه طراحی میشوند که با انرژي حاصل از آب، بارهاي قله2 - با هزینه سوخت بالا - را تأمین نموده و سپس در دورههاي بار کم3 - بار با هزینه کمتر - ، آب به حوضچه پمپ شود. واحدهاي تلمبه ذخیرهاي تا آنجا مورد بهرهبرداري قرار میگیرند که هزینه اضافی مربوط به پمپ کردن آب از صرفه جویی در هزینههاي سیستم حرارتی به علت عدم بهرهبرداري در بار قله بیشتر شود .[1] در نهایت راهکار دیگري که در این مقاله نیز مطرح شده است، استفاده از خودروهاي هیبریدي متصل به شبکه یا PHEV4 براي بالا بردن بازده سیستم است. بازده بالا، آلایندگی کم، مسافت قابل پیمایش بالا - در مقایسه با خودروي برقی متداول - ، ایمنی مطلوب و ... از جمله ویژگیهاي حائز اهمیت براي این خودروها است. همان طور که در ادامه گفته خواهد شد استفاده از این خودروها نه تنها باعث صرفه جویی در مصرف سوختهاي فسیلی و بالا رفتن بازده خودروها میشود، بلکه تأثیرات مطلوبی نیز در سیستم قدرت دارد.
-2 مختصري بر ساختار خودروهاي هیبریدي
خودروهاي هیبریدي داراي موتور محرکه دوگانه هستند، به این صورت که دو موتور مکانیکی - که معمولاً از نوع درون-سوز است - و الکتریکی به صورت هم محور کار میکنند. در نتیجه در ابتدا لازم است مزایا و معایب خودروهاي با موتور درون سوز و خودروهاي الکتریکی بیان شود تا دلایل حرکت به سمت تولید انبوه خودروهاي هیبریدي مشخصتر شود.
یعنی بتوان خودرویی تولید کرد که در عین اینکه داراي مزایاي این دو نوع خودرو است، اکثر معایب این دو نوع خودرو را نیز دارا نباشد. اگرچه خودروهاي با موتور درون سوز در یکصد سال گذشته روند روبه رشدي را در طراحی داشته اند، هم در مصرف بهینه سوخت و هم در مسئله آلودگی هوا و آلودگی صوتی، ولی در حال حاضر در استفاده از این خودروها مشکلاتی به وجود آمده است که در کوتاه مدت ومیان مدت دورنمایی براي حل آنها وجود ندارد. در عین حال این خودروها داراي مزایاي غیر قابل انکاري هستند که در ادامه خواهد آمد .[2]
مزایا و معایب این دو نوع خودرو به قرار زیر هستند :[2]
- معایب خودرو با موتور درونسوز: -1 ناتوانی در بازیابی انرژي -2 تغییر راندمان با سرعتهاي مختلف -3 بازده پایین مصرف انرژي
- مزایاي یک خودرو با موتور درونسوز: -1 ذخیره سریع انرژي -2 وزن کم منبع انرژي -3 ذخیره انرژي براي مسافت طولانی - معایب خودروي الکتریکی: -1 وزن زیاد منبع انرژي -2 ذخیره انرژي براي مسافت کوتاه -3 زمان زیاد براي ذخیره انرژي -4 محدودیت زمانی عمر باتريها - مزایاي خودروي الکتریکی: -1 راندمان بالا تقریباً در همه گستره سرعت -2 قابلیت بازیابی انرژي -3 نداشتن
انتشارات زیان آور
با توجه به این مزایا و معایب تصمیم گرفته شد که این دو نوع خودرو با هم ترکیب شده و خودروي هیبریدي ساخته شود. یک خودروي هیبریدي در حالت ایده آل تقریباً تمام تأثیر خودروهاي دوگانه قابل اتصال بهشبکه برق - Plug-in Hybrid Electric Vehicle - بهعنوان بار مدیریت پذیر یا منبع تولید انرژي در سیستمهاي قدرت تجدید ساختار یافته مزایاي خودروي الکتریکی و درون سوز را به صورت توأم خواهد داشت، ضمن اینکه این ترکیب باعث میشود خودروي هیبریدي عیوب هیچ کدام را در حالت ایده آل نداشته باشد. لذا استفاده از خودروي هیبریدي یک راه حل اجتناب ناپذیر در سالهاي آینده است .[2]
با توجه به مزایاي قابل توجه این خودروها، تصمیم به تولید انبوه این خودروها توسط کارخانههاي بزرگ خودروسازي دنیا گرفته شده است. حال با افزایش تعداد این خودروها و اتصال آنها به شبکه قدرت، لزوم استفاده از این منبع انرژي بیش از پیش احساس میشود. به همین منظور در این مقاله به بررسی کاربردهاي این خودروها در زمان اتصال به شبکه قدرت پرداخته میشود. در ادامه به بحث پیرامون باتري این خودروها یعنی تنها بخش اساسی که متصل به شبکه است، پرداخته میشود.
BV 1 -3ها و نحوه عملکرد آنها در سیستم قدرت
براي دانستن اهمیت BV همین مورد کافی است که اصولاً یک خودروي هیبریدي بدون باتري مفهوم پیدا نمی کند.
همچنین در رابطه با موضوع این مقاله که مربوط به تعامل خودروهاي هیبریدي با شبکه قدرت است، BV ها نقش اصلی را ایفا میکنند. در موقع اتصال خودرو به شبکه، BV هم می-تواند نقش یک بار مدیریت پذیر و هم نقش یک ژنراتورسریع راه انداز را داشته باشد و یا اینکه براي تنظیم فرکانس مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین مطالعه روي نوع و کارکرد BV ها از اهمیت بسزایی برخوردار است.
خودروهاي هیبریدي هم میتوانند براي حمل و نقل مورد استفاده قرار بگیرند و هم میتوانند در ساعات معینی در پارکینگها حضور داشته باشند. زمانی که خودروهاي هیبریدي براي حمل ونقل استفاده میشوند به طور معمول انرژي موجود در باتري ها را مصرف میکنند - البته موارد بازیافت انرژي مانند ترمز گیري را نیز باید مد نظر قرار داد - و همان طور که در ادامه گفته میشود با توجه به نتایج آماري مربوط به مسافت طی شده خودروها در طول روز، حداقل 60 درصد انرژي در باتريها باقی میماند که با این مقدار انرژي میتوان استفادههاي متنوعی را داشت .[3] زمانی که خودروها در پارکینگ هستند، معمولاً اتصالاتی در پارکینگ منازل، ادارات و ... وجود دارند که این خودروها به شبکه متصل شوند و با شبکه تبادل انرژي نمایند. بررسی هاي مختلفی نشان داده اند که به طور میانگین در شبانه روز، خودروها حدود 22 ساعت در پارکینگ هستند. بنابراین میتوان در این 22 ساعت که BVها به شبکه وصل هستند، استفادههاي متنوعی را از آنها داشت که این مورد در ادامه توضیح داده خواهد شد.
BV هاي موجود در خودروها معمولاً در یک نقطه ساکن نیستند و ممکن است در نقاط مختلف یک منطقه پراکنده باشند و از نقاط مختلفی به شبکه وصل باشند. BV ها ممکن است در مسافرتهاي کوتاه یا طولانی مورد استفاده قرار بگیرند. در این بخش بررسی موجود بر روي BV هایی است که براي مسافرتهاي روزانه کوتاه و درون شهري مورد استفاده قرار میگیرند. بنابراین میتوان گفت که BV ها به طور میانگین 22 ساعت در شبانه روز به شبکه قدرت وصل هستند.[4]
یک تحقیقی در امریکا نشان داده است که حدود %60 رانندگان مسافتی کمتر از 50 مایل 80 - کیلومتر - را در روز طی میکنند، که این مورد در شکل - 1 - نشان داده شده است
شکل - 1 - درصد تجمعی خودروها بر حسب مسافت روزانه طی شده بر حسب مایل [5] این مسافت طی شده کمتر از رنج توان بالقوه BVها است[3]، بنابراین همه انرژي BV ها در طی مسافرت روزانه
