Como reduzir a perda de energia da estação de carregamento de EV?
Na era do rápido desenvolvimento de novos veículos de energia, Estações de carregamento EV, como centros de fornecimento de energia para veículos elétricos, têm sua eficiência operacional e controle de custos de importância crítica. No entanto, muitos operadores e investidores de estações de carregamento de EV encontraram um problema desconcertante na operação real: há uma diferença significativa entre a eletricidade registrada pelo medidor da rede e a eletricidade medida e liquidada para veículos de carregamento, às vezes superior a 10%, e essa proporção varia de mês para mês. Isso não afeta apenas os benefícios econômicos da estação de carregamento de EV, mas também coloca os operadores em um dilema sobre como reduzir especificamente as perdas. Este artigo conduzirá uma análise aprofundada das perdas de energia em cada estágio do Estação de carregamento EV Operação e propor estratégias gerais eficazes de redução de perdas para ajudar as estações de carregamento de EV a obter redução de custos e melhoria da eficiência.
A principal perda de energia em estações de carregamento de EV ocorre durante a conversão de energia CA da rede para energia CC para baterias de veículos. Este processo envolve vários dispositivos e estágios, incluindo transformadores, cabos de alta e baixa tensão, interruptores de alta e baixa tensão, pilhas de carregamento e SVGs (Geradores de Var Estático). Todos esses dispositivos geram perdas de energia durante a operação e a quantidade de perda varia dependendo do tipo de dispositivo e do status operacional.
Na operação real, o ponto de medição para liquidação de eletricidade com a rede está localizado na sala de comutação de alta tensão, enquanto o ponto de medição para faturamento do cliente e liquidação da taxa de serviço está no lado DC da pistola de carregamento. Isso leva a dificuldades em controlar e calcular com precisão a perda de eletricidade entre os dois pontos de medição. Como a perda de energia na transmissão e conversão é inevitável, existe uma discrepância entre as leituras do medidor da rede e a eletricidade liquidada com os veículos de carregamento. A incerteza dessa diferença traz vários problemas operacionais, como contabilidade de custos imprecisa e margens de lucro comprimidas.
A seguir, uma análise detalhada das perdas de energia nos principais equipamentos e estágios da estação de carregamento de EV, fornecendo uma base sólida para estratégias de redução de perdas subsequentes.
A perda de transformador é uma das principais fontes de perda de energia em estações de carregamento de EV, principalmente dividida em perda sem carga (perda de ferro) e perda de carga (perda de cobre). A perda sem carga refere-se à perda quando o transformador opera sem carga, que está intimamente relacionada ao material principal e ao processo de fabricação e é independente da carga. Geralmente, os transformadores de liga amorfa têm menores perdas sem carga do que os transformadores de aço silício; os transformadores imersos em óleo têm menores perdas sem carga do que os transformadores do tipo seco; quanto maior o nível de eficiência do núcleo, menor a perda sem carga. Por exemplo, os transformadores SCB13 e S13 de eficiência de primeiro nível têm menor perda sem carga do que os transformadores SCB11 e S13 de eficiência de terceiro nível.
A perda de carga depende do material do enrolamento e do tamanho da carga. Os enrolamentos de cobre têm perdas menores do que o alumínio, e uma carga maior aumenta a perda de carga. Transformadores de diferentes classificações de potência também têm diferentes perdas sem carga e sem carga. Quanto maior o transformador, maior a perda sem carga e maior a perda de carga na potência nominal. No entanto, sob carga fixa, ao usar transformadores de diferentes classificações, quanto maior o transformador, maior a perda sem carga e menor a perda de carga.
Os SVGs são configurados para atender aos requisitos de avaliação do fator de potência da rede. Suas perdas são proporcionais à capacidade configurada, incluindo perda fixa e perda variável. A perda fixa é determinada quando a configuração é fixa, enquanto a perda variável está relacionada ao conteúdo harmônico e à demanda de potência reativa durante a operação.
A perda do cabo é afetada principalmente pela resistividade, corrente, comprimento do cabo e área da seção transversal. A resistividade está relacionada não apenas ao tipo de material, mas também a fatores externos, como temperatura, pressão e campo magnético. Geralmente, a resistividade do metal aumenta com a temperatura. A perda do cabo é inversamente proporcional à área da seção transversal e proporcional ao quadrado da corrente e do comprimento do cabo. Portanto, aumentar a área da seção transversal do cabo, reduzir o comprimento e reduzir a corrente pode reduzir a perda de linha.
Em estações de carregamento de EV, a distribuição de média tensão é normalmente usada, com o lado da alta tensão do transformador em 10 kV e o lado da baixa tensão em 380 V. Como a corrente de alta tensão é apenas 1 / 26 da corrente de baixa tensão, a perda de linha de cabos de alta tensão do mesmo comprimento é muito menor do que a de cabos de baixa tensão.
As perdas por pilha de carregamento incluem perda de espera e perda operacional. A perda de espera das pilhas AC é geralmente inferior a 10 W e a perda operacional é insignificante. As pilhas DC têm perda de espera geralmente abaixo de 10 W, resultando em cerca de 0,24 kWh de perda de espera por dia. Durante a operação, as pilhas DC convertem AC em DC, resultando em perda de energia ativa. Embora os fabricantes afirmem eficiência acima de 95%, a eficiência real dos carregadores rápidos DC está intimamente relacionada ao poder de carga e à temperatura ambiental. A eficiência não é ideal tanto na potência máxima quanto na baixa, e cai significativamente na potência baixa.
Em seguida, nos concentramos em estratégias de redução de perdas para estações de carregamento de EV de vários aspectos, incluindo seleção de equipamentos, otimização de layout e gerenciamento de manutenção diária, propondo soluções práticas para ajudar operadores e investidores a obter redução de custos e melhoria da eficiência.
Ao selecionar transformadores, devem ser consideradas perdas de carga e sem carga. Para transformadores de 630 kVA ou abaixo, tanto os transformadores imersos em óleo quanto os do tipo seco são aplicáveis, enquanto os transformadores de 800 kVA e acima são principalmente do tipo seco. Os transformadores imersos em óleo são mais baratos do que os do tipo seco e têm menor perda sem carga, mas maior perda de carga. Do ponto de vista da perda abrangente anual, os transformadores imersos em óleo têm menor perda total. Além disso, um único transformador de grande potência tem menor perda total em comparação com vários menores. Por exemplo, dois transformadores de 800 kVA têm maior perda total do que um transformador de 1600 kVA.
Os transformadores de liga amorfa, embora mais caros, têm menor perda sem carga. Tomando um transformador de 800 kVA do tipo seco no Delta do Rio das Pérolas como exemplo, o transformador de liga amorfa reduz a perda sem carga em 0,735 kW, economiza 6.438,6 kWh anualmente e economiza aproximadamente 5.000 CNY em custos de eletricidade por ano. Portanto, considerando o retorno do investimento e o risco operacional, se o aumento do custo do transformador de liga amorfa não exceder a economia anual de eletricidade multiplicada por anos operacionais e por 0,4, recomenda-se priorizar os transformadores de liga amorfa.
O princípio para reduzir a perda de cabos é "alta tensão para transmissão de longa distância, baixa tensão para distribuição de curta distância". Nas estações de carregamento de EV, as posições do painel de alta tensão e das pilhas de carregamento são geralmente fixas. Portanto, ajustar a colocação do transformador pode reduzir a perda de linha. Colocar transformadores perto de pilhas de carregamento DC, embora aumente o comprimento do cabo de alta tensão, reduz significativamente o comprimento do cabo de baixa tensão, reduzindo efetivamente o investimento do cabo e a perda da linha operacional.
Ao selecionar a seção transversal do cabo, o princípio do projeto econômico deve ser seguido. Como a corrente através dos cabos de alta tensão é muito menor do que através dos cabos de baixa tensão, a seção transversal dos cabos de alta tensão pode ser selecionada economicamente. Para cabos de baixa tensão, devido a maiores investimentos e perdas, pode-se considerar a adição de gabinetes de distribuição de baixa tensão dentro da estação. Os cabos principais de baixa tensão do transformador ao gabinete de distribuição são selecionados economicamente, enquanto os cabos ramificados do gabinete de distribuição às pilhas de carga são selecionados com base na segurança, reduzindo assim o investimento e as perdas.
Os modelos de pilha de carregamento devem corresponder ao tipo de veículo com a energia de carregamento mais alta na estação de carregamento EV para garantir a operação na faixa de eficiência ideal e reduzir as perdas. Se a pilha for muito grande, pode operar com baixa potência por longos períodos; se for muito pequena, pode operar com potência nominal por longos períodos, reduzindo a eficiência e aumentando as perdas operacionais.
Além disso, a tensão lateral CA das estacas de carregamento pode ser melhorada para 690 V ou 800 V. Isso permite que os transformadores usem modelos comuns de 10 kV / 690 V, reduzindo a corrente lateral CA em aproximadamente 50% para a mesma potência de carregamento, reduzindo a perda de linha de baixa tensão, reduzindo a seção transversal do cabo e reduzindo o investimento.
Além da seleção de equipamentos e otimização de layout, a operação e manutenção diárias são essenciais para reduzir a perda de energia.
Manutenção do Equipamento: Inspecione regularmente carregadores, transformadores e cabos para garantir o funcionamento adequado. Preste atenção às conexões do cabo quanto à frouxidão ou corrosão e substitua os componentes danificados imediatamente para reduzir a perda causada por contato inadequado.
Controle Ambiental: Garanta o resfriamento adequado do equipamento de carregamento para evitar a redução da eficiência devido ao superaquecimento ou superresfriamento. Ajuste o tempo de operação durante temperaturas extremas para reduzir a operação em condições desfavoráveis.
Gerenciamento de carregamento: Otimize o processo de carregamento para evitar fases prolongadas de carregamento de baixa eficiência, como reduzir o tempo de carregamento por gotejamento desnecessário. Planeje corretamente o carregamento do veículo para manter os carregadores dentro da faixa de alta eficiência.
Educação do usuário: eduque os proprietários de EV sobre a perda normal de energia e os fatores que influenciam, reduzindo mal-entendidos e ajudando os usuários a cooperar com as operações da estação.
A perda de energia é inevitável no carregamento, mas deve estar dentro de uma faixa razoável. As perdas do carregador rápido DC são normalmente de 5 10%, enquanto as perdas do carregador AC são ligeiramente menores, geralmente de 3 8%. Isso significa que se 10 kWh entrarem em um carregador, a bateria receberá cerca de 9 9,7 kWh.
A perda de energia é influenciada pela eficiência de conversão do equipamento, qualidade do cabo e da conexão, condições ambientais e status da bateria. Módulos de alta eficiência podem atingir 97% de conversão, o que significa que 97 kWh de cada entrada de 100 kWh chega à bateria. Cabos e conectores de alta qualidade com menor resistência reduzem a perda térmica. Fatores ambientais como temperatura e umidade afetam a eficiência; temperaturas extremas podem reduzir a eficiência do carregador e aumentar a impedância da bateria, causando perda adicional de energia. Condições da bateria, resistência interna e curvas de carregamento também afetam a conversão de energia final, especialmente durante o carregamento por gotejamento, quando a eficiência é menor e a proporção de perdas é maior.
A perda de energia é um fator chave que afeta a lucratividade da estação de carregamento de EV. Ao analisar as perdas em cada estágio e implementar estratégias de redução direcionadas, a perda de energia pode ser efetivamente reduzida, melhorando os benefícios econômicos. Os operadores devem considerar a seleção de equipamentos, otimização de layout e manutenção diária para obter redução de custos e melhoria de eficiência. Educar os usuários sobre a perda de energia e seus fatores também contribui para uma operação estável a longo prazo. Só assim as estações de carregamento de EV podem servir melhor aos proprietários de EV e alcançar o desenvolvimento sustentável em meio ao rápido crescimento de novos veículos de energia.
