Con el objetivo de abordar los problemas de baja potencia y dificultad de carga en las zonas rurales, este artículo propone la estrategia de construir una estación integrada de almacenamiento óptico y carga en zonas rurales, e introduce los métodos de aplicación concretos de dicha estrategia.
Los resultados demuestran que la construcción de estaciones de carga integradas con almacenamiento óptico en las ciudades puede mejorar significativamente la eficiencia del consumo de electricidad y reducir los costos de inversión y los costos operativos.
La importancia de construir una estación integrada de almacenamiento y carga óptica.
Con el aumento del número de vehículos eléctricos, también aumenta la demanda de recarga. Si no se gestiona adecuadamente, se producirá un gran desperdicio de energía eléctrica durante el proceso de recarga, lo que ejercerá una gran presión sobre nuestro sistema eléctrico. La construcción de estaciones de recarga integradas con almacenamiento óptico puede solucionar eficazmente estos problemas.
La estación de carga integrada es un nuevo modelo de estación de carga que aplica tecnología de generación de energía fotovoltaica y almacenamiento de energía a la estación de carga para proporcionar una buena solución para la carga de vehículos eléctricos.
En este modo, la energía fotovoltaica generada se transmite directamente a la estación de carga a través de la red eléctrica, y luego, al cargar la batería, se suministra electricidad a los vehículos eléctricos. La tecnología de almacenamiento de energía consiste en el uso de equipos de almacenamiento distribuidos en la red, que se utilizan cuando el usuario necesita suministrar electricidad a la red. En comparación con las estaciones de carga tradicionales, las estaciones de carga integradas con almacenamiento óptico mejoran eficazmente la eficiencia operativa del sistema eléctrico.
La estación de carga integrada de almacenamiento óptico y carga puede reducir eficazmente el coste de la carga eléctrica y el coste de funcionamiento durante el proceso de carga de los vehículos eléctricos.
Según este modelo, los sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento de energía seguirán funcionando hasta que la red eléctrica se quede sin electricidad, y la carga generada durante el proceso de carga de los vehículos eléctricos será cubierta por estaciones de carga integradas.
Para los usuarios, este modelo no solo permite ahorrar costes, sino también reducir eficazmente el consumo energético. En la práctica, la estación de carga y almacenamiento óptico puede alcanzar los máximos beneficios económicos y sociales mediante la optimización de la configuración y la gestión de la programación.
Por lo tanto, se puede decir que la estación de carga integrada con almacenamiento óptico y carga es un nuevo tipo de estación de carga con buenas perspectivas de desarrollo.
Análisis de la situación actual de la construcción de redes eléctricas en zonas rurales.
Construcción de la red eléctrica en las zonas urbanas.
Actualmente, la red eléctrica rural de nuestro país aún se basa en la estructura tradicional, principalmente con líneas aéreas. La automatización de la red de distribución, la digitalización y la aplicación de otras tecnologías modernas son insuficientes, y la mayoría de los pueblos y aldeas siguen sin electricidad. Existen cinco problemas en la construcción de la red eléctrica en las zonas rurales de nuestro país.
1). El bajo nivel de automatización de la red de distribución en algunos pueblos y ciudades, el sistema de automatización de la red de distribución imperfecto y la falta de monitoreo en tiempo real y alerta temprana de la operación de la red de distribución, afectan seriamente el funcionamiento normal del sistema de automatización de la red de distribución en pueblos y ciudades.
2). El radio de suministro de la línea de distribución es mayor en algunas zonas rurales, lo que hace que la línea de distribución no pueda acortar el radio de suministro de manera efectiva.
3). La estructura de la red de distribución en algunas zonas rurales presenta un grave problema de envejecimiento, e incluso algunas líneas de distribución tienen problemas como una sección transversal pequeña del conductor, un diámetro de cable pequeño y envejecimiento de los equipos.
4). Existen algunos problemas en la configuración de la compensación de potencia reactiva en algunas zonas rurales, como la capacidad insuficiente de los equipos y la capacidad de compensación de potencia reactiva.
5). Las empresas de suministro eléctrico en algunos pueblos y ciudades carecen de un mecanismo de gestión científico y razonable, de ideas de planificación y diseño, y de análisis y predicción del consumo de energía por parte del usuario.
La estructura energética del área del municipio
La estructura energética en las zonas rurales se caracteriza por una alta contaminación, un elevado consumo de energía y una baja eficiencia.
Con el rápido desarrollo de la economía china, el nivel de vida de la población sigue mejorando, la demanda de energía también aumenta, lo que conlleva un gran consumo de combustibles fósiles y, como consecuencia, una creciente contaminación ambiental.
En los últimos años, la estructura energética en las zonas rurales se ha optimizado y modernizado, y el nivel de utilización y la cantidad de energía limpia han aumentado notablemente.
1). La capacidad de carga de las zonas rurales es pequeña, y los residentes de las zonas rurales tienen un bajo consumo de energía y utilizan principalmente aparatos eléctricos de baja potencia.
2) El número de vehículos eléctricos (VE) en las zonas rurales está aumentando. Los VE funcionan principalmente con energía eléctrica y utilizan la red eléctrica como fuente de energía auxiliar. El aumento en el número de VE conllevará inevitablemente un incremento en la demanda de energía eléctrica.
3). La estructura del suministro eléctrico en las zonas rurales es inadecuada. Debido al bajo consumo de electricidad, la estructura de suministro eléctrico único y la falta de una planificación y un diseño científicos y razonables, resulta difícil satisfacer la demanda de electricidad en las zonas rurales.
4). Existe una grave sobrecarga en las zonas rurales, algunas de las cuales presentan problemas de baja tensión y líneas obsoletas, lo que afecta seriamente al funcionamiento seguro y estable del sistema eléctrico.
Calidad de la energía de la red de distribución en la zona urbana.
La calidad del suministro eléctrico es uno de los factores importantes que afectan la calidad de vida de los residentes rurales, y también es uno de los principales problemas que las empresas eléctricas deben resolver. Actualmente, la calidad del suministro eléctrico de la red de distribución en las zonas rurales se enfrenta principalmente a los siguientes tres aspectos del problema.
1). La desviación de voltaje de la red eléctrica rural es grande, y el voltaje de algunos usuarios presenta una desviación negativa.
2). El grado de desequilibrio de la tensión trifásica de la red de distribución en algunos pueblos y ciudades está fuera del rango de la norma nacional.
3). En las zonas rurales se producen graves desequilibrios trifásicos en la red de distribución, lo que genera problemas de calidad de la energía para los usuarios.
Estudio de caso sobre la construcción de una estación integrada de almacenamiento y carga óptica.
Para impulsar el desarrollo económico de las zonas rurales, el Estado promueve activamente la construcción de estaciones de recarga para vehículos eléctricos. Sin embargo, en la actualidad, persisten algunos problemas en la construcción de estas estaciones en nuestro país, como la dificultad para ubicarlas, la baja utilización de las instalaciones y la escasa eficiencia de la recarga.
Con este fin, nuestro país comenzó a acelerar la construcción de estaciones de carga para vehículos eléctricos. Para solucionar el problema de la carga de vehículos eléctricos en zonas rurales, se pueden construir estaciones de carga integradas de almacenamiento óptico y recarga en dichas zonas.
La estación de carga integrada consta de tres partes: un sistema de generación de energía fotovoltaica, un sistema de almacenamiento de energía y la propia estación de carga. Durante la construcción, es necesario instalar primero el sistema de generación de energía fotovoltaica y, posteriormente, utilizar el sistema de almacenamiento de energía para gestionar la carga de los vehículos eléctricos.
Además, es necesario instalar postes de carga de CA y postes de carga de CC en la estación de carga para facilitar la carga de vehículos eléctricos.
En general, el nivel de desarrollo económico de las zonas rurales es relativamente bajo, por lo que el costo de construir estaciones de carga integradas con almacenamiento óptico es relativamente bajo. Tomando como ejemplo un municipio, su nivel económico se sitúa en un nivel medio a nivel nacional, y la construcción de una estación de carga integrada con almacenamiento óptico puede generar buenos beneficios económicos.
1). La propia ciudad cuenta con suficientes recursos de luz y terrenos, que pueden utilizarse plenamente para construir la estación de carga integrada de almacenamiento y carga de luz.
En el diseño de una estación integrada de almacenamiento y carga óptica, primero se deben elegir los materiales de construcción y la forma estructural adecuados, y luego combinarlos con la ubicación geográfica local y las condiciones climáticas para realizar el diseño.
Por ejemplo, en una ciudad con clima frío, suficiente luz y recursos de terreno relativamente abundantes, se pueden elegir paneles fotovoltaicos para construir una estación integrada de almacenamiento y carga.
2). El sistema fotovoltaico se encarga principalmente de cargar los vehículos eléctricos, mientras que el sistema de almacenamiento de energía se encarga de almacenar la electricidad. El sistema fotovoltaico y el sistema de almacenamiento de energía deben combinarse de forma adecuada durante la construcción.
Además, es necesario establecer de forma razonable la capacidad y la cantidad de baterías de almacenamiento de energía en el sistema de almacenamiento. La capacidad de la batería debe ajustarse según la demanda de carga del vehículo eléctrico. En general, la capacidad de la batería se puede determinar en función del uso, la ubicación y la demanda del mercado del vehículo eléctrico. Sobre esta base, se debe diseñar de forma óptima el tiempo y la eficiencia de carga del vehículo eléctrico.
3). La estación de carga integrada de almacenamiento y carga óptica también necesita configurar razonablemente los diversos equipos de la estación de carga.
En la construcción de la estación de carga integrada, se debe procurar elegir equipos de buena calidad y rendimiento estable para evitar fallas en los equipos que afecten el funcionamiento normal de la estación de carga.
Además, la gestión inteligente del almacenamiento óptico y la estación de carga integrada se puede lograr mejorando el grado de inteligencia de la estación de carga.
4). Tras la construcción de la estación de carga integrada, es necesario llevar a cabo la aceptación y la puesta en marcha de prueba de la estación:
① Debe estar en consonancia con las normas nacionales y las normas de la industria para su aceptación;
② Si su construcción se ajusta a los requisitos de la política local y a los requisitos del usuario para su aceptación;
③ Debe aceptarse su funcionamiento normal. La operación de prueba incluye principalmente los dos aspectos siguientes: ① Se debe probar si la estación de carga cumple con los estándares de carga y las normas relacionadas; ② Se debe probar si la estación de carga cumple con las normas de seguridad y los estándares relacionados.
Configuración de capacidad de pila de carga integrada con almacenamiento y carga óptica
El tiempo de carga de un vehículo eléctrico se ve afectado principalmente por la potencia y el tiempo de carga del vehículo eléctrico, es decir, el tiempo de carga de la batería y el tiempo de carga de la cantidad de energía eléctrica.
Por lo tanto, es necesario estimar el tiempo de carga según la potencia del vehículo eléctrico. Actualmente, no existe un estándar unificado para los puntos de recarga en nuestro país, y el tiempo de carga varía considerablemente entre las distintas marcas. Por ello, podemos utilizar diversos métodos para estimar dicho tiempo. Los puntos de recarga se clasificaron en 4, 12 y 16 horas, respectivamente.
Según el método anterior, se puede estimar el tiempo de carga del punto de recarga y obtener el tiempo de carga para diferentes configuraciones de capacidad. Al asignar la capacidad de los puntos de recarga, también debemos considerar plenamente las características de los residentes rurales y las necesidades de carga de los vehículos eléctricos.
Los vehículos eléctricos con diferentes niveles de voltaje requieren diferente potencia, por lo que la configuración del equipo de la estación de carga debe ajustarse a las necesidades.
En circunstancias normales, los residentes rurales disponen de niveles de voltaje de 220 V y 110 V, por lo que en la construcción de estaciones de carga es necesario equipar los puntos de carga con los niveles de voltaje correspondientes.
Tomemos como ejemplo la provincia de Anhui: en circunstancias normales, los niveles de voltaje en las zonas rurales residenciales oscilan entre 10 kV y 35 kV. Con el aumento de la potencia de los vehículos eléctricos y la reducción del tiempo de carga, el tiempo medio de carga disminuirá gradualmente.
Proyecto integrado de almacenamiento óptico y estación de carga
Análisis de beneficios económicos
La estación de carga integrada ofrece cuatro potencias: 120 kW, 250 kW, 400 kW y 600 kW. Se ha determinado que la tasa interna de retorno es del 10,24 % y el período de recuperación de la inversión es de 3,65 años cuando la potencia es de 120 kW.
Debido al reducido número de vehículos eléctricos y a la baja demanda de recarga en nuestro país, podemos optar por un proyecto de pequeña capacidad para construir la estación de recarga integrada, con el fin de satisfacer las necesidades actuales de recarga de vehículos eléctricos en las zonas rurales.
Construcción de una estación integrada de almacenamiento y carga óptica.
Dificultades técnicas y soluciones
Para el desarrollo ulterior de estaciones integradas de almacenamiento y carga óptica en zonas rurales, es necesario resolver las siguientes dificultades técnicas.
1). El diseño y la construcción del sistema de almacenamiento de energía del lado del usuario. El diseño y la construcción del sistema de almacenamiento de energía del lado del usuario es clave para la construcción de la estación integrada de almacenamiento óptico y carga en áreas rurales.
2). El control coordinado del sistema de generación de energía fotovoltaica y el sistema de carga. Es necesario considerar plenamente la coordinación y el control entre el sistema de generación de energía fotovoltaica y el sistema de carga al construir una estación de carga integrada en zonas rurales. El control coordinado entre el sistema de generación de energía fotovoltaica y el sistema de carga incluye principalmente dos aspectos:
Por un lado, se trata del control coordinado entre el sistema de generación de energía fotovoltaica y el sistema de almacenamiento de energía; por otro lado, se trata del control coordinado entre el sistema de generación de energía fotovoltaica y el sistema de carga.
Los controladores de carga y descarga, los reguladores de potencia y otros dispositivos pueden utilizarse para coordinar el control entre el sistema de generación de energía fotovoltaica y el sistema de almacenamiento de energía.
Cuando la potencia de salida del sistema de generación de energía fotovoltaica es insuficiente, el controlador de carga y descarga puede reponer el exceso de energía en la estación de carga a tiempo, y el regulador de potencia puede utilizarse para reducir la capacidad de generación fotovoltaica, evitando así la sobrecarga.
Además, el supercondensador puede utilizarse para lograr la función de carga de los equipos de generación de energía fotovoltaica.
3). Estrategia de control de la estación de carga conectada a la red. En circunstancias normales, las redes eléctricas de pequeña escala en zonas rurales pueden provocar inestabilidad en la conexión a la red. Para garantizar la seguridad del consumo eléctrico en zonas rurales, un controlador de conexión a la red debe controlar y gestionar un gran número de fuentes de alimentación distribuidas en la red eléctrica.
Al mismo tiempo, el suministro de energía distribuida puede conectarse a la red eléctrica a través del convertidor del lado de la red.
Además, es necesario utilizar baterías, supercondensadores y otros dispositivos para lograr el control coordinado del suministro de energía distribuida.
4). Diseño del control de distribución de energía de la estación de carga. En general, cuando la capacidad de almacenamiento de energía del usuario es insuficiente, el exceso de energía se puede agregar a la estación de carga mediante un convertidor bidireccional, y cuando la capacidad de almacenamiento de energía del usuario es suficiente, se pueden utilizar supercondensadores para cargar y descargar el equipo de generación de energía fotovoltaica.
5). Operación, mantenimiento y gestión de la estación de carga integrada de almacenamiento y carga óptica. Específicamente, incluye los siguientes siete aspectos: ① Formular un plan de trabajo sólido; ② Fortalecer la capacitación del personal pertinente; ③ Inspeccionar y mantener el equipo regularmente; ④ Establecer y mejorar el Sistema de Gestión de Operaciones de la estación de carga; ⑤ Organizar y llevar a cabo regularmente diversas actividades de capacitación; ⑥ Establecer y mejorar el mecanismo de operación y mantenimiento de la estación de carga; ⑦ Abordar las fallas del equipo de manera oportuna, etc.
Este artículo analiza la tecnología y la economía de los proyectos de generación de energía fotovoltaica y almacenamiento de energía, y llega a la conclusión de que es factible construir estaciones de carga integradas en zonas rurales.
Este programa ofrece importantes beneficios económicos y sociales, y cumple con los requisitos para el desarrollo de la industria de generación de energía renovable en el marco del objetivo de reducción de emisiones de carbono en China. Con el continuo avance de la tecnología de generación de energía renovable, la tecnología fotovoltaica y la de almacenamiento de energía se utilizarán cada vez más.
Por lo tanto, nuestro país debería incrementar la investigación sobre tecnologías avanzadas de generación de energía, como la tecnología de almacenamiento de energía y la tecnología de generación de energía fotovoltaica, para brindar mayor apoyo al desarrollo de la industria de generación de energía renovable.
