بخشی از مقاله
چکیده
نگرانیهای زیستمحیطی، کاهش منابع سوختی، افزایش هزینههای سوخت و همچنین پیشرفت فنآوریهای سازگار با محیط زیست باعث توسعه خودروهای الکتریکی گردیده است. جهت تسهیل شارژ باتری این خودروها، باید زیرساختهای مناسب فراهم گردد. یکی از مهمترین زیرساختهای لازم، جایگاههای شارژ سریع خودروهاست. این جایگاهها باید قابلیت اتصال به شبکه را داشته و مطابق با نیازمندیها و استانداردهای موجود در حوزه برقرسانی طراحی و ساخته شوند.
ارتباط خودروهای الکتریکی با زیرساختهای شبکه به منظور آگاهی از ایستگاه شارژ به شکل مناسبی میتواند توسط ارتباطات بینخودرویی محقق گردد. در این مقاله، راهکاری جهت هدایت خودروهای الکتریکی که با کمبود شارژ باتری مواجه شدهاند، به ایستگاههای شارژ دارای مسیرهایی با چگالی خودرویی کمتر ارائه شده است.
راهکار پیشنهادی بهگونهای است که بتواند همزمان با پایش ازدحام خودروها در مسیرها و تعیین مسیر مناسب برای حرکت خودروی الکتریکی از مبدا تا ایستگاه شارژ و سپس تا مقصد، به طور مداوم تعداد خودروهای الکتریکی منتظر در صف انتظار هر ایستگاه شارژ را تخمین بزند. از ویژگیهای مهم این سامانه، کاهش زمان سفر خودروی الکتریکی و کاهش انرژی مصرفی بطور همزمان در شرایط ازدحام شدید میباشد. نتایج حاصل از شبیهسازی حاکی از کارایی مناسب راهکار پیشنهادی در مقایسه با راهکارهای موجود میباشد.
-1 مقدمه
با توجه به افزایش روز افزون آلودگی ناشی از خودروهایی که با سوخت فسیلی کار میکنند و مشکلات ناشی از آن نیاز به خودروهایی که از سوخت پاک استفاده میکنند احساس میشود. نگرانیهای زیست محیطی، کاهش منابع سوختی، افزایش هزینههای بنزین، همچنین پیشرفت فنآوریهای سازگار با محیط زیست باعث توسعه خودروهای الکتریکی - EV - 1 گردیده است.
انجام تلاشهای بسیاری در راستای کاهش آلایندگی صوتی ناشی از موتور این اتومبیلها و هزینه پایینتر برق مصرفی خودروی الکتریکی نسبت به سوخت مصرفی خودروهای معمولی، مزید بر علت شده است تا خودروهای الکتریکی جایگزین مناسبی برای خودروهای درونسوز باشند
استفاده از خودروهای الکتریکی به طور قابل توجهی میتواند به کاهش گازهای گلخانهای منتشر شده ناشی از حمل ونقل کمک کند. سیستم حمل و نقل در برگیرنده یک سوم کل مصرف انرژی است و به دلیل تولید آلودگیهای کربنی از منابع اصلی آلایندگی محیطی به حساب میآید. انجمن و سازمان انرژی آمریکا چنین مطرح ساخته است که اگر 10 درصد خودروهای سراسر جهان از نوع خودروهایی با میزان آلودگی صفر باشند، آنگاه آلایندههای هوا در حدود 1 میلیون تن در سال کاهش خواهند یافت و 60 میلیون تن گاز دی اکسید کربن گلخانهای نیز حذف میشود.
برقی کردن 100 درصد خودروهای احتراقی یعنی جایگزینی هر خودروی احتراقی با یک خودروی الکتریکی نتایج زیر را در پی دارد: دی اکسیدکربن هوا که به گرم شدن جهانی مرتبط است، به نصف کاهش مییابد. اکسیدهای نیتروژن - یک گاز گلخانهای و عامل گرمشدن کره زمین - نیز به آهستگی بر اساس استانداردهای کاربردی مربوط به مواد متصاعد شونده تحت نظارت دولت از بین خواهند رفت.
زائدات نفتی کاهش مییابد چرا که خودروهای الکتریکی به نفت و سوخت نیازی ندارند. خودروهای الکتریکی باعث کاهش آلودگی صوتی میشوند چرا که آرامتر از خودروهای احتراق داخلی کار میکنند. آلودگی حرارتی نیروگاههای بزرگ تولید برق با افزایش خودروهای الکتریکی افزایش خواهد یافت. دی اکسید سولفور حاصل از فرایند تولید برق - با سوخت زغال سنگ - که به باران اسیدی مربوط میشود نیز به آهستگی افزایش مییابد. هم اکنون خودروهای الکتریکی، نمایانگر یکی از جدیترین روشهای بهرهگیری از انرژیهای جایگزین در خودروها هستند. در این زمینه، میلیونها خودروی الکتریکی برای عرضه به بازار منتظر هستند. آنها بار جدید معناداری به شبکه اضافه میکنند و هزینه زیرساخت بالایی دارند.
از معایب این خودروها میتوان به ذخیره انرژی برای مسافت کوتاه، زمان زیاد برای ذخیره انرژی و همچنین محدودیت زمانی عمر باتریها اشاره نمود. موانع عمده پذیرش عمومی این خودروها از سوی عموم شامل ظرفیت محدود باتری و فقدان زیرساختهای مناسب میباشد. جهت تسهیلات شارژ باتری - تسهیلات شارژ مسکونی، عمومی، ایستگاهها و جایگاههای شارژ - زیرساختهای مناسب باید فراهم شود تا مرسومتر و متداولتر شوند.[4] یکی از مهمترین زیرساختهای لازم، جایگاههای شارژ سریع خودروهاست که نیاز به استفاده از فنآوریهای نوین برای تولید آنها دارد.
این جایگاهها باید قابلیت اتصال به شبکه را داشته و مطابق با نیازمندیها و استانداردهای موجود در حوزه برقرسانی طراحی و ساخته شوند. توسعه فنآوری اطلاعات و ارتباطات به عنوان یک مزیت، نیاز به استفاده از یک فنآوری جدید در حوزه حمل و نقل را به وضوح نشان میدهد. بررسیهای انجام گرفته در خصوص کاربرد فنآوری اطلاعات و ارتباطات در حمل ونقل منجر به ایجاد حوزه جدیدی با عنوان سیستم حمل و نقل هوشمند - ITS - 2 شده است. ارتباط خودروهای الکتریکی با زیرساختهای شبکه به بهترین شکل میتواند توسط ارتباطات بیسیم بینخودرویی و ایجاد ارتباطات بینخودرویی - IVC - 3 محقق گردد.
بنابراین با استفاده از امکانات جدید و توسعه استانداردهای خاص برای دسترسی بیسیم در محیطهای خودرویی، یک شبکه بنام شبکه موردی بینخودرویی - VANET - 4 تشکیل میشود.[6][5] بدینوسیله، ارتباط خودروهای الکتریکی با زیرساختهای شبکه به منظور آگاهی از ایستگاه شارژ انجام میگیرد. از این شبکهها به عنوان ابزاری جهت افزایش رفاه کاربران در سیستم حملونقل هوشمند استفاده میشود.
یکی از مهمترین قابلیتهای شبکه خودرویی امکان جابجایی اطلاعات میباشد که میتوان اطلاعات بهروزی در مورد خودروهای الکتریکی، جایگاههای شارژ، واحدهای کنار جادهای و دیگر المانهای شبکه جمعآوری نمود. در این مقاله به دنبال ارائه راهکاری هستیم تا بتوانیم مصرف انرژی خودروهای الکتریکی را کاهش دهیم و همزمان با این پارامتر زمان سفر کاربران در این گونه خودروها را بهبود دهیم. مطالعات متعددی به مشکل تنظیم شارژ خودروی الکتریکی برای کاهش تاثیر منفی آن بر روی شبکه برق پرداختهاند
در مرجع [10] و [11] یک تجزیه و تحلیل مقایسهای از طریق شبیهسازی تاثیر نفوذ 3G/4G و WiFi به عنوان یک دستگاه ارتباطی برای خودروهای الکتریکی انجام شده، که در آن مقایسه تنها از نظر میانگین زمان انتظار خودروها در ایستگاه شارژ انجام شده است. در مرجع [12] برای محاسبه فرایند شارژ خودرویی که به شبکه متصل است، دو استراتژی شارژ برای خودروهای الکتریکی به نامهای متمرکز و غیر متمرکز ارائه شده است که هدف هر دو استراتژی بهینه سازی زمانبندی شارژ و نرخ شارژ است.
در مرجع [13] با تجزیه و تحلیل شش پارامتر سطح سرویس و شبکه روی چهار استراتژی تخصیص ایستگاه شارژ، به شناسایی مزایا و معایب استراتژیهای تخصیص و بطور کلی مطالعه رفتارشان پرداخته شده است. بر اساس راهکارهای ارائه شده در بالا تلاشهایی جهت پاسخ به موقع به درخواست شارژ باتری خودروهای الکتریکی انجام شده است.
دسته ای از این استراتژیها با هدف کوتاهترین مسیر بین خودرو و ایستگاه شارژ یا کمترین تعداد خودروی منتظر در صف ایستگاه شارژ ارائه شدهاند و دستهای دیگر با هدف کاهش تلفات توان، کاهش بار و نوسانات ولتاژ راهکاری جهت هماهنگی شارژ این خودروها بر پایه مینیمم کردن هزینه کلی تولید انرژی و انرژی هدر رفته در شبکه ارائه دادهاند.
روش ارائه شده در این مقاله یک استراتژی تخصیص ایستگاه شارژ پیشنهاد مینماید که تفاوت آن با استراتژیهای مرتبط قبلی که به آنها اشاره گردید این است که این استراتژی به هر دو جنبه ازدحام ترافیکی تکهمسیرها و ازدحام ایستگاههای شارژ بطور همزمان پرداخته است. استراتژی پیشنهادی با هدف کاهش مدت زمان سفر برای خودروهای الکتریکی که با کمبود شارژ مواجه شدهاند و بدنبال آن کاهش میزان مصرف کلی انرژی، ارائه شده است.
