¿Cómo reducir la pérdida de energía de la estación de carga de vehículos eléctricos?
En la era del rápido desarrollo de vehículos de nueva energía, Estaciones de carga de vehículos eléctricos, como centros de suministro de energía para vehículos eléctricos, tienen su eficiencia operativa y control de costos de importancia crítica. Sin embargo, muchos operadores e inversores de estaciones de carga de vehículos eléctricos se han encontrado con un problema desconcertante en la operación real: existe una diferencia significativa entre la electricidad registrada por el medidor de red y la electricidad medida y establecida para cargar vehículos, a veces superior al 10%, y esta proporción varía mes a mes. Esto no solo afecta los beneficios económicos de la estación de carga de vehículos eléctricos, sino que también pone a los operadores en un dilema sobre cómo reducir específicamente las pérdidas. Este artículo llevará a cabo un análisis en profundidad de las pérdidas de potencia en cada etapa de Estación de carga EV Operación y proponer estrategias efectivas de reducción de pérdidas generales para ayudar a las estaciones de carga de vehículos eléctricos a lograr la reducción de costos y la mejora de la eficiencia.
La principal pérdida de energía en las estaciones de carga de vehículos eléctricos ocurre durante la conversión de energía de CA de la red a energía de CC para baterías de vehículos. Este proceso involucra múltiples dispositivos y etapas, que incluyen transformadores, cables de alta y baja tensión, interruptores de alta y baja tensión, pilas de carga y SVG (Generadores de Var Estáticos). Todos estos dispositivos generan pérdidas de energía durante el funcionamiento, y la cantidad de pérdida varía según el tipo de dispositivo y el estado de funcionamiento.
En funcionamiento real, el punto de medición para la liquidación de electricidad con la red se encuentra en la sala de interruptores de alta tensión, mientras que el punto de medición para la facturación del cliente y la liquidación de tarifas de servicio está en el lado DC de la pistola de carga. Esto conduce a dificultades para controlar y calcular con precisión la pérdida de electricidad entre los dos puntos de medición. Dado que la pérdida de energía en la transmisión y conversión es inevitable, existe una discrepancia entre las lecturas del medidor de red y la electricidad instalada con vehículos de carga. La incertidumbre de esta diferencia trae múltiples problemas operativos, como una contabilidad de costos inexacta y márgenes de ganancia comprimidos.
Solo identificando las etapas específicas y las causas de las pérdidas en la estación de carga de vehículos eléctricos se pueden formular medidas efectivas de reducción de pérdidas. A continuación se presenta un análisis detallado de las pérdidas de potencia en equipos clave y etapas de la estación de carga de vehículos eléctricos, proporcionando una base sólida para estrategias posteriores de reducción de pérdidas.
La pérdida del transformador es una de las principales fuentes de pérdida de potencia en las estaciones de carga de vehículos eléctricos, dividida principalmente en pérdida sin carga (pérdida de hierro) y pérdida de carga (pérdida de cobre). La pérdida sin carga se refiere a la pérdida cuando el transformador funciona sin carga, que está estrechamente relacionada con el material del núcleo y el proceso de fabricación y es independiente de la carga. Generalmente, los transformadores de aleación amorfa tienen menores pérdidas sin carga que los transformadores de acero al silicio; los transformadores sumergidos en aceite tienen menores pérdidas sin carga que los transformadores de tipo seco; cuanto mayor es el nivel de eficiencia del núcleo, menor es la pérdida sin carga. Por ejemplo, los transformadores de eficiencia de primer nivel SCB13 y S13 tienen una menor pérdida sin carga que los transformadores de eficiencia de tercer nivel SCB11 y S13.
La pérdida de carga depende del material de bobinado y del tamaño de la carga. Los devanados de cobre tienen pérdidas más bajas que el aluminio y una mayor carga aumenta la pérdida de carga. Los transformadores de diferentes potencias también tienen diferentes pérdidas de carga y sin carga. Cuanto mayor sea el transformador, mayor será la pérdida sin carga y mayor será la pérdida de carga a la potencia nominal. Sin embargo, bajo carga fija, cuando se utilizan transformadores de diferentes calificaciones, cuanto mayor sea el transformador, mayor será la pérdida sin carga y menor será la pérdida de carga.
Los SVG están configurados para cumplir con los requisitos de evaluación del factor de potencia de la red. Sus pérdidas son proporcionales a la capacidad configurada, incluidas las pérdidas fijas y las pérdidas variables. La pérdida fija se determina una vez fija la configuración, mientras que la pérdida variable está relacionada con el contenido armónico y la demanda de potencia reactiva durante la operación.
La pérdida de cable se ve afectada principalmente por la resistividad, la corriente, la longitud del cable y el área de la sección transversal. La resistividad está relacionada no solo con el tipo de material sino también con factores externos como la temperatura, la presión y el campo magnético. Generalmente, la resistividad del metal aumenta con la temperatura. La pérdida de cable es inversamente proporcional al área de la sección transversal y proporcional al cuadrado de la corriente y la longitud del cable. Por lo tanto, aumentar el área de la sección transversal del cable, reducir la longitud y reducir la corriente puede reducir la pérdida de línea.
En las estaciones de carga de vehículos eléctricos, se suele utilizar distribución de media tensión, con lado del transformador de alta tensión a 10 kV y lado de baja tensión a 380 V. Dado que la corriente de alta tensión es solo 1 / 26 de la corriente de baja tensión, la pérdida de línea de cables de alta tensión de la misma longitud es mucho menor que la de los cables de baja tensión.
Las pérdidas de pilotes de carga incluyen pérdidas en espera y pérdidas operativas. La pérdida en espera de las pilas de CA es generalmente inferior a 10 W y la pérdida operativa es insignificante. Las pilas de CC tienen una pérdida en espera generalmente inferior a 10 W, lo que resulta en una pérdida en espera de aproximadamente 0,24 kWh por día. Durante el funcionamiento, las pilas de CC convierten CA en CC, lo que resulta en una pérdida de energía activa. Aunque los fabricantes afirman una eficiencia superior al 95%, la eficiencia real de los cargadores rápidos de CC está íntimamente relacionada con la potencia de carga y la temperatura ambiental. La eficiencia no es óptima tanto a plena como a baja potencia, y cae significativamente a baja potencia.
A continuación, nos enfocamos en las estrategias de reducción de pérdidas para las estaciones de carga de vehículos eléctricos desde múltiples aspectos, incluida la selección de equipos, la optimización del diseño y la gestión diaria del mantenimiento, proponiendo soluciones prácticas para ayudar a los operadores e inversores a lograr la reducción de costos y la mejora de la eficiencia.
Al seleccionar transformadores, se deben considerar tanto las pérdidas sin carga como las pérdidas de carga. Para transformadores de 630 kVA o menos, se aplican tanto transformadores sumergidos en aceite como transformadores de tipo seco, mientras que los transformadores de 800 kVA y superiores son principalmente de tipo seco. Los transformadores sumergidos en aceite son más baratos que los de tipo seco y tienen una menor pérdida sin carga pero una mayor pérdida de carga. Desde la perspectiva de la pérdida integral anual, los transformadores sumergidos en aceite tienen una menor pérdida total. Además, un solo transformador de gran potencia tiene una menor pérdida total en comparación con varios más pequeños. Por ejemplo, dos transformadores de 800 kVA tienen una pérdida total mayor que un transformador de 1600 kVA.
Los transformadores de aleación amorfa, aunque más caros, tienen una menor pérdida sin carga. Tomando como ejemplo un transformador de tipo seco de 800 kVA en el delta del río Pearl, el transformador de aleación amorfa reduce la pérdida sin carga en 0,735 kW, ahorra 6.438.6 kWh al año y ahorra aproximadamente 5.000 CNY en costos de electricidad por año. Por lo tanto, considerando el retorno de la inversión y el riesgo operativo, si el mayor costo del transformador de aleación amorfa no supera el ahorro anual de electricidad multiplicado por años operativos y por 0,4, se recomienda priorizar los transformadores de aleación amorfa.
El principio para reducir la pérdida de cable es "alto voltaje para transmisión a larga distancia, bajo voltaje para distribución a corta distancia". Dentro de las estaciones de carga de vehículos eléctricos, las posiciones de los conmutadores de alto voltaje y las pilas de carga suelen ser fijas. Por lo tanto, ajustar la colocación del transformador puede reducir la pérdida de línea. La colocación de transformadores cerca de las pilas de carga de CC, aunque aumenta la longitud del cable de alto voltaje, reduce significativamente la longitud del cable de bajo voltaje, reduciendo efectivamente tanto la inversión del cable como la pérdida de línea operativa.
Al seleccionar la sección transversal del cable, se debe seguir el principio de diseño económico. Dado que la corriente a través de los cables de alta tensión es mucho menor que a través de los cables de baja tensión, la sección transversal de los cables de alta tensión se puede seleccionar de forma económica. Para cables de baja tensión, debido a mayores inversiones y pérdidas, se puede considerar agregar armarios de distribución de baja tensión dentro de la estación. Los cables principales de baja tensión desde el transformador hasta el gabinete de distribución se seleccionan de forma económica, mientras que los cables de rama desde el gabinete de distribución hasta las pilas de carga se seleccionan en función de la seguridad, reduciendo así tanto la inversión como las pérdidas.
Los modelos de pila de carga deben coincidir con el tipo de vehículo con la energía de carga más alta en la estación de carga de vehículos eléctricos para garantizar el funcionamiento en el rango de eficiencia óptimo y reducir las pérdidas. Si la pila es demasiado grande, puede funcionar a baja potencia durante períodos prolongados; si es demasiado pequeña, puede funcionar a potencia nominal durante largos períodos, tanto reduciendo la eficiencia como aumentando la pérdida operativa.
Además, el voltaje lateral de CA de las pilas de carga se puede mejorar a 690 V o 800 V. Esto permite que los transformadores usen modelos comunes de 10 kV / 690 V, reduciendo la corriente lateral de CA en aproximadamente un 50% para la misma potencia de carga, reduciendo la pérdida de línea de bajo voltaje, reduciendo la sección transversal del cable y reduciendo la inversión.
Más allá de la selección de equipos y la optimización del diseño, la operación y el mantenimiento diarios son críticos para reducir la pérdida de energía.
Mantenimiento del equipo: inspeccione regularmente los cargadores, transformadores y cables para garantizar un funcionamiento adecuado. Preste atención a las conexiones de los cables por holgura o corrosión y reemplace los componentes dañados rápidamente para reducir las pérdidas causadas por un mal contacto.
Control ambiental: asegure el enfriamiento adecuado del equipo de carga para evitar la reducción de la eficiencia debido al sobrecalentamiento o sobrecalentamiento. Ajuste el tiempo de funcionamiento durante temperaturas extremas para reducir el funcionamiento en condiciones desfavorables.
Gestión de carga: optimice el proceso de carga para evitar fases de carga prolongadas de baja eficiencia, como reducir el tiempo de carga lenta innecesario. programe adecuadamente la carga del vehículo para mantener los cargadores dentro del rango de alta eficiencia.
Educación del usuario: eduque a los propietarios de vehículos eléctricos sobre la pérdida de energía normal y los factores que influyen, reduciendo los malentendidos y ayudando a los usuarios a cooperar con con las operaciones de la estación.
La pérdida de energía es inevitable en la carga, pero debe estar dentro de un rango razonable. Las pérdidas del cargador rápido de CC suelen ser del 5 al 10%, mientras que las pérdidas del cargador de CA son ligeramente menores, generalmente del 3 al 8%. Esto significa que si entran 10 kWh en un cargador, la batería recibe entre 9 y 9,7 kWh.
La pérdida de energía está influenciada por la eficiencia de conversión del equipo, la calidad del cable y la conexión, las condiciones ambientales y el estado de la batería. Los módulos de alta eficiencia pueden alcanzar el 97% de conversión, lo que significa que 97 kWh de cada 100 kWh de entrada llega a la batería. Cables y conectores de alta calidad con menor resistencia reducen la pérdida térmica. Factores ambientales como la temperatura y la humedad afectan la eficiencia; las temperaturas extremas pueden reducir la eficiencia del cargador y aumentar la impedancia de la batería, provocando una pérdida de energía adicional. Las condiciones de la batería, la resistencia interna y las curvas de carga también afectan la conversión de energía final, especialmente durante la carga lenta cuando la eficiencia es menor y la proporción de pérdida es mayor.
La pérdida de energía es un factor clave que afecta la rentabilidad de la estación de carga de vehículos eléctricos. Al analizar las pérdidas en cada etapa e implementar estrategias de reducción específicas, la pérdida de energía se puede reducir de manera efectiva, mejorando los beneficios económicos. Los operadores deben considerar la selección de equipos, la optimización del diseño y el mantenimiento diario para lograr la reducción de costos y la mejora de la eficiencia. Educar a los usuarios sobre la pérdida de energía y sus factores también contribuye al funcionamiento estable a largo plazo. Solo de esta manera las estaciones de carga de vehículos eléctricos pueden servir mejor a los propietarios de vehículos eléctricos y lograr un desarrollo sostenible en medio de un rápido crecimiento de vehículos de nueva energía.
