كيفية الحد من فقدان الطاقة محطة شحن EV ؟
في عصر التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة ، محطات شحن EV، كمراكز إمداد الطاقة للسيارات الكهربائية ، لها كفاءتها التشغيلية والتحكم في التكاليف ذات أهمية حاسمة. ومع ذلك ، واجه العديد من مشغلي ومستثمري محطات شحن المركبات الكهربائية مشكلة محيرة في التشغيل الفعلي: هناك فرق كبير بين الكهرباء المسجلة بواسطة عداد الشبكة والكهرباء المقاسة والمستقرة لشحن المركبات ، والتي تتجاوز أحيانًا 10 ٪ ، وتختلف هذه النسبة من شهر لآخر. هذا لا يؤثر فقط على الفوائد الاقتصادية لمحطة شحن المركبات الكهربائية ولكنه يضع المشغلين أيضًا في معضلة حول كيفية تقليل الخسائر على وجه التحديد. ستجري هذه المقالة تحليلًا متعمقًا لفقدان الطاقة في كل مرحلة من مراحل محطة شحن EV التشغيل واقتراح استراتيجيات فعالة للحد من الخسائر الإجمالية لمساعدة محطات شحن المركبات الكهربائية على تحقيق خفض التكلفة وتحسين الكفاءة.
يحدث فقدان الطاقة الرئيسي في محطات شحن EV أثناء التحويل من طاقة التيار المتردد من الشبكة إلى طاقة التيار المستمر لبطاريات السيارة. تتضمن هذه العملية أجهزة ومراحل متعددة ، بما في ذلك المحولات وكابلات الجهد العالي والمنخفض ومفاتيح الجهد العالي والمنخفض وأكوام الشحن و SVGs (مولدات Var الثابتة). تولد هذه الأجهزة جميعًا فقدًا للطاقة أثناء التشغيل ، ويختلف مقدار الخسارة اعتمادًا على نوع الجهاز وحالة التشغيل.
في التشغيل الفعلي ، توجد نقطة القياس لتسوية الكهرباء مع الشبكة في غرفة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي ، في حين أن نقطة القياس لفواتير العملاء وتسوية رسوم الخدمة تكون على جانب التيار المستمر من مسدس الشحن. هذا يؤدي إلى صعوبات في التحكم بدقة وحساب فقدان الكهرباء بين نقطتي القياس. نظرًا لأن فقدان الطاقة في النقل والتحويل أمر لا مفر منه ، فهناك تباين بين قراءات عداد الشبكة والكهرباء التي يتم تسويتها مع مركبات الشحن. يؤدي عدم اليقين من هذا الاختلاف إلى مشاكل تشغيلية متعددة ، مثل محاسبة التكاليف غير الدقيقة وهوامش الربح المضغوطة.
فقط من خلال تحديد المراحل والأسباب المحددة للخسائر في محطة شحن المركبات الكهربائية يمكن صياغة تدابير فعالة للحد من الخسائر. فيما يلي تحليل مفصل لفقدان الطاقة في المعدات والمراحل الرئيسية لمحطة شحن المركبات الكهربائية ، مما يوفر أساسًا متينًا لاستراتيجيات الحد من الخسائر اللاحقة.
يعد فقدان المحولات أحد المصادر الرئيسية لفقدان الطاقة في محطات شحن EV ، وينقسم بشكل أساسي إلى فقدان عدم التحميل (فقدان الحديد) وفقدان الحمل (فقدان النحاس). تشير خسارة عدم التحميل إلى الخسارة عندما يعمل المحول بدون تحميل ، والذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالمواد الأساسية وعملية التصنيع ومستقل عن الحمل. بشكل عام ، فإن محولات السبائك غير المتبلورة لها خسائر أقل في عدم التحميل من محولات الصلب السيليكون ؛ المحولات المغمورة بالزيت لها خسائر أقل في عدم التحميل من المحولات الجافة ؛ كلما ارتفع مستوى الكفاءة الأساسية ، انخفضت خسارة عدم التحميل. على سبيل المثال ، كفاءة المستوى الأول SCB13 و S13 المحولات لديها أقل خسارة عدم الحمل من كفاءة المستوى الثالث SCB11 و S13 المحولات.
فقدان الحمل يعتمد على المواد المتعرجة وحجم الحمل. اللفات النحاسية لها خسائر أقل من الألومنيوم ، وزيادة الحمل يزيد من فقدان الحمل. كما أن المحولات ذات تصنيفات الطاقة المختلفة لها خسائر مختلفة في عدم التحميل والحمل. كلما زاد حجم المحول ، زادت خسارة عدم التحميل وكلما زادت خسارة الحمل عند الطاقة المقدرة. ومع ذلك ، تحت الحمل الثابت ، عند استخدام محولات ذات تصنيفات مختلفة ، كلما زاد حجم المحول ، زادت خسارة عدم التحميل وكلما انخفضت خسارة الحمل.
يتم تكوين SVGs لتلبية متطلبات تقييم معامل طاقة الشبكة. تتناسب خسائرها مع السعة المكونة ، بما في ذلك الخسارة الثابتة والخسارة المتغيرة. يتم تحديد الخسارة الثابتة بمجرد إصلاح التكوين ، بينما ترتبط الخسارة المتغيرة بالمحتوى التوافقي والطلب على الطاقة التفاعلية أثناء التشغيل.
يتأثر فقدان الكابل بشكل أساسي بالمقاومة والتيار وطول الكابل ومنطقة المقطع العرضي. ترتبط المقاومة ليس فقط بنوع المادة ولكن أيضًا بالعوامل الخارجية مثل درجة الحرارة والضغط والمجال المغناطيسي. بشكل عام ، تزداد مقاومة المعادن مع درجة الحرارة. يتناسب فقدان الكابل عكسياً مع مساحة المقطع العرضي ويتناسب مع مربع التيار وطول الكابل. لذلك ، فإن زيادة مساحة المقطع العرضي للكابل وتقليل الطول وتقليل التيار يمكن أن يقلل من فقد الخط.
في محطات شحن EV ، عادةً ما يتم استخدام توزيع الجهد المتوسط ، مع جانب الجهد العالي للمحول عند 10 كيلو فولت وجانب الجهد المنخفض عند 380 فولت. نظرًا لأن تيار الجهد العالي لا يمثل سوى 1 / 26 من تيار الجهد المنخفض ، فإن فقدان خط كابلات الجهد العالي من نفس الطول أقل بكثير من كابلات الجهد المنخفض.
تشمل خسائر كومة الشحن خسارة الاستعداد والخسارة التشغيلية. عادة ما يكون الفقد الاحتياطي لأكوام التيار المتردد أقل من 10 واط ، والخسارة التشغيلية لا تكاد تذكر. تعاني أكوام التيار المستمر من فقدان الاستعداد بشكل عام أقل من 10 واط ، مما يؤدي إلى فقدان الاستعداد بحوالي 0.24 كيلو واط في اليوم. أثناء التشغيل ، تقوم أكوام التيار المستمر بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة النشط. على الرغم من أن الشركات المصنعة تدعي الكفاءة أعلى من 95 ٪ ، إلا أن الكفاءة الفعلية لأجهزة الشحن السريعة DC ترتبط ارتباطًا وثيقًا بشحن الطاقة ودرجة الحرارة البيئية. الكفاءة ليست مثالية في كل من الطاقة الكاملة والمنخفضة ، وتنخفض بشكل ملحوظ عند انخفاض الإنتاج.
بعد ذلك ، نركز على استراتيجيات الحد من الخسائر لمحطات شحن المركبات الكهربائية من جوانب متعددة بما في ذلك اختيار المعدات وتحسين التخطيط وإدارة الصيانة اليومية ، واقتراح حلول عملية لمساعدة المشغلين والمستثمرين على تحقيق خفض التكلفة وتحسين الكفاءة.
عند اختيار المحولات ، يجب مراعاة كل من خسائر عدم التحميل والحمل. بالنسبة للمحولات التي تبلغ 630 كيلو فولت أمبير أو أقل ، يمكن استخدام كل من المحولات المغمورة بالزيت والمحولات الجافة ، في حين أن المحولات التي تبلغ 800 كيلو فولت أمبير وما فوق هي في الأساس من النوع الجاف. المحولات المغمورة بالزيت أرخص من النوع الجاف ولديها خسارة أقل في عدم التحميل ولكن خسارة تحميل أعلى. من منظور الخسارة السنوية الشاملة ، فإن المحولات المغمورة بالزيت لها خسارة إجمالية أقل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن محول الطاقة الكبيرة الواحد لديه خسارة إجمالية أقل مقارنة بالعديد من المحولات الأصغر. على سبيل المثال ، هناك محولان 800 كيلو فولت أمبير لهما خسارة إجمالية أعلى من محول 1600 كيلو فولت أمبير.
محولات السبائك غير المتبلورة ، على الرغم من أنها أكثر تكلفة ، إلا أنها أقل خسارة في عدم التحميل. باستخدام محول من النوع الجاف بقدرة 800 كيلو فولت أمبير في دلتا نهر اللؤلؤ كمثال ، يقلل محول السبائك غير المتبلور من خسارة عدم التحميل بمقدار 0.735 كيلو واط ، ويوفر 6 ، 438.6 كيلو واط في الساعة سنويًا ، ويوفر ما يقرب من 5000 يوان صيني في تكاليف الكهرباء سنويًا. لذلك ، بالنظر إلى عائد الاستثمار والمخاطر التشغيلية ، إذا لم تتجاوز التكلفة المتزايدة لمحول السبائك غير المتبلورة وفورات الكهرباء السنوية مضروبة في سنوات التشغيل وبنسبة 0.4 ، يوصى بإعطاء الأولوية لمحولات السبائك غير المتبلورة.
مبدأ الحد من فقدان الكابل هو "الجهد العالي للنقل لمسافات طويلة ، والجهد المنخفض للتوزيع لمسافات قصيرة". داخل محطات شحن EV ، عادة ما يتم تثبيت مواضع المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي وأكوام الشحن. لذلك ، يمكن أن يؤدي ضبط موضع المحول إلى تقليل فقد الخط. إن وضع المحولات بالقرب من أكوام شحن التيار المستمر ، على الرغم من أنه يزيد من طول كابل الجهد العالي ، يقلل بشكل كبير من طول كابل الجهد المنخفض ، مما يقلل بشكل فعال من استثمار الكابلات وفقدان الخط التشغيلي.
عند اختيار المقطع العرضي للكابل ، يجب اتباع مبدأ التصميم الاقتصادي. نظرًا لأن التيار من خلال الكابلات ذات الجهد العالي أصغر بكثير من الكابلات ذات الجهد المنخفض ، يمكن اختيار المقطع العرضي للكابلات ذات الجهد العالي اقتصاديًا. بالنسبة للكابلات ذات الجهد المنخفض ، نظرًا لارتفاع الاستثمار والخسائر ، يمكن النظر في إضافة خزانات توزيع منخفضة الجهد داخل المحطة. يتم اختيار الكابلات الرئيسية ذات الجهد المنخفض من المحول إلى خزانة التوزيع اقتصاديًا ، بينما يتم اختيار الكابلات الفرعية من خزانة التوزيع إلى أكوام الشحن بناءً على السلامة ، وبالتالي تقليل الاستثمار والخسائر.
يجب أن تتطابق نماذج كومة الشحن مع نوع السيارة مع أعلى طاقة شحن في محطة شحن EV لضمان التشغيل في نطاق الكفاءة الأمثل وتقليل الخسارة. إذا كانت الكومة كبيرة جدًا ، فقد تعمل بطاقة منخفضة لفترات طويلة ؛ إذا كانت صغيرة جدًا ، فقد تعمل بالطاقة المقدرة لفترات طويلة ، مما يقلل من الكفاءة ويزيد من الخسارة التشغيلية.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحسين الجهد الجانبي AC لأكوام الشحن إلى 690 V أو 800 V. وهذا يسمح للمحولات باستخدام نماذج 10 kV / 690 V الشائعة ، مما يقلل التيار الجانبي AC بنسبة 50 ٪ تقريبًا لنفس طاقة الشحن ، ويخفض الجهد المنخفض فقدان الخط ، والحد من المقطع العرضي للكابل ، وخفض الاستثمار.
بالإضافة إلى اختيار المعدات وتحسين التخطيط ، يعد التشغيل والصيانة اليومية أمرًا بالغ الأهمية لتقليل فقد الطاقة.
صيانة المعدات: افحص أجهزة الشحن والمحولات والكابلات بانتظام لضمان التشغيل السليم. انتبه إلى توصيلات الكابلات من أجل الرخاوة أو التآكل واستبدل المكونات التالفة على الفور لتقليل الخسارة الناجمة عن ضعف الاتصال.
التحكم البيئي: ضمان التبريد المناسب لمعدات الشحن لمنع تقليل الكفاءة بسبب ارتفاع درجة الحرارة أو التبريد الزائد. اضبط وقت التشغيل أثناء درجات الحرارة القصوى لتقليل التشغيل في ظل ظروف غير مواتية.
إدارة الشحن: قم بتحسين عملية الشحن لتجنب مراحل الشحن المنخفضة الكفاءة المطولة ، مثل تقليل وقت الشحن غير الضروري. قم بجدولة شحن السيارة بشكل صحيح للحفاظ على أجهزة الشحن ضمن نطاق الكفاءة العالية.
تعليم المستخدم: تثقيف مالكي المركبات الكهربائية حول فقدان الطاقة العادي والعوامل المؤثرة ، والحد من سوء الفهم ومساعدة المستخدمين على التعاون مع عمليات المحطة.
فقدان الطاقة أمر لا مفر منه في الشحن ولكن يجب أن يكون ضمن نطاق معقول. عادة ما تكون خسائر شاحن التيار المستمر السريع 5-10 ٪ ، في حين أن خسائر شاحن التيار المتردد أقل قليلاً ، عادة 3-8 ٪. هذا يعني أنه في حالة دخول 10 كيلو واط في الساعة إلى الشاحن ، تتلقى البطارية حوالي 9-9.7 كيلو واط في الساعة.
يتأثر فقدان الطاقة بكفاءة تحويل المعدات ، وجودة الكابلات والاتصال ، والظروف البيئية ، وحالة البطارية. يمكن أن تصل الوحدات عالية الكفاءة إلى 97 ٪ من التحويل ، مما يعني وصول 97 كيلو واط في الساعة من كل 100 كيلو واط في الساعة إلى البطارية. تعمل الكابلات والموصلات عالية الجودة ذات المقاومة المنخفضة على تقليل الفقد الحراري. تؤثر العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة على الكفاءة ؛ قد تقلل درجات الحرارة القصوى من كفاءة الشاحن وتزيد من مقاومة البطارية ، مما يتسبب في فقد إضافي للطاقة. تؤثر ظروف البطارية والمقاومة الداخلية ومنحنيات الشحن أيضًا على التحويل النهائي للطاقة ، خاصة أثناء الشحن السريع عندما تكون الكفاءة أقل ونسبة الخسارة أعلى.
يعد فقدان الطاقة عاملاً رئيسياً يؤثر على ربحية محطة شحن المركبات الكهربائية. من خلال تحليل الخسائر في كل مرحلة وتنفيذ استراتيجيات التخفيض المستهدفة ، يمكن تقليل فقد الطاقة بشكل فعال ، وتحسين الفوائد الاقتصادية. يجب على المشغلين النظر في اختيار المعدات وتحسين التخطيط والصيانة اليومية لتحقيق خفض التكلفة وتحسين الكفاءة. يساهم تثقيف المستخدمين حول فقدان الطاقة وعواملها أيضًا في التشغيل المستقر على المدى الطويل. بهذه الطريقة فقط يمكن لمحطات شحن المركبات الكهربائية أن تخدم بشكل أفضل مالكي المركبات الكهربائية وتحقق التنمية المستدامة وسط النمو السريع لمركبات الطاقة الجديدة.
