Al fine di risolvere i problemi di bassa potenza e difficoltà di ricarica nelle aree rurali, questo articolo propone una strategia per la costruzione di stazioni integrate di accumulo e ricarica ottica in tali aree, e illustra i metodi di applicazione concreta di tale strategia.
I risultati dimostrano che la costruzione di stazioni di ricarica integrate con accumulo ottico nelle città può migliorare significativamente l'efficienza del consumo di elettricità e ridurre i costi di investimento e di esercizio.
L'importanza di realizzare una stazione integrata di archiviazione e ricarica ottica.
Con l'aumento del numero di veicoli elettrici, cresce anche la domanda di ricarica. Se non gestita correttamente, questa domanda può causare un notevole spreco di energia elettrica durante il processo di ricarica, con conseguente forte pressione sul sistema elettrico. La realizzazione di stazioni di ricarica integrate per l'accumulo e la ricarica di energia elettrica può risolvere efficacemente questi problemi.
La stazione di ricarica integrata è una nuova modalità di stazione di ricarica che applica la generazione di energia fotovoltaica e la tecnologia di accumulo energetico alla stazione di ricarica, offrendo una soluzione efficace per la ricarica dei veicoli elettrici.
In questa modalità, l'energia fotovoltaica generata può essere trasmessa direttamente alla stazione di ricarica tramite la rete elettrica, e quindi, caricando la batteria, può fornire elettricità ai veicoli elettrici; la tecnologia di accumulo di energia prevede l'utilizzo di apparecchiature di accumulo di energia distribuite nella rete, che vengono utilizzate quando l'utente ha bisogno di immettere elettricità nella rete. Rispetto alle stazioni di ricarica tradizionali, le stazioni di ricarica integrate con accumulo e ricarica ottica possono migliorare efficacemente l'efficienza operativa del sistema elettrico.
La stazione di ricarica integrata con tecnologia di accumulo e ricarica ottica può ridurre efficacemente i costi di ricarica elettrica e i costi operativi durante il processo di ricarica dei veicoli elettrici.
In base a questo modello, gli impianti fotovoltaici e i sistemi di accumulo di energia continueranno a funzionare fino all'esaurimento dell'elettricità nella rete, e l'energia generata durante la ricarica dei veicoli elettrici verrà fornita dalle stazioni di ricarica integrate.
Per gli utenti, questo modello non solo consente di risparmiare sui costi, ma anche di ridurre efficacemente lo spreco di energia. Nel processo operativo reale, la stazione di ricarica e stoccaggio ottico può raggiungere i massimi benefici economici e sociali ottimizzando la configurazione e la gestione della programmazione.
Pertanto, si può affermare che la stazione di ricarica integrata con memorizzazione e ricarica ottica rappresenta una nuova tipologia di stazione di ricarica con ottime prospettive di sviluppo.
Analisi della situazione attuale della costruzione della rete elettrica nelle aree rurali
Costruzione della rete elettrica nelle aree urbane
Attualmente, la rete elettrica delle aree rurali del nostro Paese è ancora nella fase di una struttura tradizionale basata principalmente su linee aeree; l'automazione della rete di distribuzione, la digitalizzazione e l'applicazione di altre tecnologie moderne sono insufficienti e la maggior parte delle città e dei villaggi sono ancora privi di elettricità. Nella costruzione della rete elettrica nelle aree rurali del nostro Paese si riscontrano cinque problemi principali.
1) Il basso livello di automazione della rete di distribuzione in alcuni villaggi e città, l'imperfezione del sistema di automazione della rete di distribuzione e la mancanza di monitoraggio in tempo reale e di allerta precoce sul funzionamento della rete di distribuzione, influiscono seriamente sul normale funzionamento del sistema di automazione della rete di distribuzione in tali aree.
2) Il raggio di copertura della linea di distribuzione è maggiore in alcune aree rurali, il che impedisce alla linea di distribuzione di ridurre efficacemente tale raggio.
3) La struttura della rete di distribuzione in alcune aree rurali presenta un grave fenomeno di invecchiamento, e alcune linee di distribuzione hanno addirittura problemi come la sezione ridotta dei conduttori, il diametro ridotto dei fili e l'invecchiamento delle apparecchiature.
4). In alcune zone rurali si riscontrano problemi nella configurazione della compensazione della potenza reattiva, come ad esempio l'insufficiente capacità delle apparecchiature e la limitata capacità di compensazione della potenza reattiva.
5) Le aziende fornitrici di energia elettrica in alcuni villaggi e città mancano di un meccanismo di gestione scientifico e razionale, di un'idea di pianificazione e progettazione, nonché di analisi e previsione del consumo di energia da parte degli utenti.
La struttura energetica dell'area del comune
La struttura energetica nelle aree rurali è caratterizzata da un elevato inquinamento, un alto consumo energetico e una bassa efficienza.
Con il rapido sviluppo dell'economia cinese, il tenore di vita della popolazione continua a migliorare, ma aumenta anche la domanda di energia, con un conseguente elevato consumo di combustibili fossili e un progressivo inquinamento ambientale.
Negli ultimi anni, la struttura energetica nelle aree rurali è stata ottimizzata e migliorata, e il livello di utilizzo e la quantità di energia pulita sono aumentati in modo evidente.
1). La capacità di carico delle aree rurali è ridotta e i residenti di tali aree hanno un basso consumo energetico e utilizzano principalmente apparecchi elettrici a bassa potenza.
2) Il numero di veicoli elettrici (EVS) nelle aree rurali è in aumento. Gli EVS sono alimentati principalmente da energia elettrica e utilizzano la rete elettrica per fornire energia ausiliaria. L'aumento del numero di EVS comporterà inevitabilmente un aumento del carico elettrico.
3) La struttura dell'approvvigionamento energetico nelle aree rurali è irragionevole. A causa del basso consumo di elettricità, della struttura di approvvigionamento energetico monolitica e della mancanza di una pianificazione e progettazione scientifica e razionale, è difficile soddisfare la domanda di elettricità nelle aree rurali.
4). Nelle aree rurali si riscontra un grave sovraccarico, dovuto in parte a problemi di bassa tensione e invecchiamento delle linee, che compromettono seriamente la sicurezza e la stabilità del sistema elettrico.
Qualità dell'energia elettrica nella rete di distribuzione nell'area urbana
La qualità dell'energia elettrica è uno dei fattori importanti che influenzano la qualità della vita degli abitanti delle zone rurali, nonché uno dei principali problemi che le aziende elettriche devono affrontare. Attualmente, la qualità dell'energia elettrica della rete di distribuzione nelle aree rurali si confronta principalmente con i seguenti tre aspetti problematici.
1) La deviazione di tensione della rete elettrica rurale è elevata e la tensione di alcuni utenti presenta una deviazione negativa.
2) Il grado di squilibrio della tensione trifase della rete di distribuzione in alcuni villaggi e città supera i limiti previsti dalla normativa nazionale.
3) Nelle aree rurali si verificano gravi fenomeni di squilibrio trifase nella rete di distribuzione, che causano problemi di qualità dell'energia elettrica per gli utenti finali.
Caso di studio sulla realizzazione di una stazione integrata di stoccaggio e ricarica ottica.
Al fine di promuovere al meglio lo sviluppo economico delle aree rurali, lo Stato incentiva attivamente la costruzione di stazioni di ricarica per veicoli elettrici. Attualmente, nel nostro Paese persistono ancora alcuni problemi nella realizzazione di tali stazioni, come ad esempio la difficoltà di individuare le aree più adatte, il basso tasso di utilizzo delle infrastrutture e la scarsa efficienza di ricarica.
A tal fine, il nostro Paese ha avviato un processo accelerato di costruzione di stazioni di ricarica per veicoli elettrici. Per risolvere il problema della ricarica dei veicoli elettrici nelle aree rurali, è possibile realizzare stazioni di ricarica integrate con accumulo e ricarica tramite tecnologia ottica.
La stazione di ricarica integrata è composta da tre parti: un sistema di generazione di energia fotovoltaica, un sistema di accumulo di energia e la stazione di ricarica. Durante la fase di costruzione, è necessario realizzare prima il sistema di generazione di energia fotovoltaica e successivamente utilizzare il sistema di accumulo di energia per gestire la ricarica dei veicoli elettrici.
Inoltre, è necessario installare colonnine di ricarica CA e colonnine di ricarica CC nella stazione di ricarica per agevolare la ricarica dei veicoli elettrici.
Nel complesso, il livello di sviluppo economico delle aree rurali è relativamente basso, quindi il costo di costruzione di stazioni di ricarica e stoccaggio ottico integrate è relativamente contenuto. Prendendo come esempio una cittadina, il cui livello economico si colloca nella fascia media nazionale, la costruzione di una stazione di ricarica e stoccaggio ottico integrata può generare buoni benefici economici.
1). La città stessa dispone di sufficienti risorse di luce e di terreno, che possono essere pienamente utilizzate per costruire una stazione di ricarica integrata per l'accumulo e la ricarica di energia elettrica.
Nella progettazione di una stazione integrata di ricarica e stoccaggio ottico, è necessario innanzitutto scegliere i materiali da costruzione e la forma strutturale appropriati, per poi procedere alla progettazione tenendo conto della posizione geografica e delle condizioni climatiche locali.
Ad esempio, se la città, grazie al clima freddo, alla sufficiente luce solare e alle risorse territoriali relativamente abbondanti, può optare per pannelli fotovoltaici per costruire una stazione integrata di accumulo e ricarica.
2) L'impianto fotovoltaico è principalmente responsabile della ricarica dei veicoli elettrici, mentre il sistema di accumulo di energia si occupa dell'immagazzinamento dell'elettricità. L'impianto fotovoltaico e il sistema di accumulo di energia dovrebbero essere integrati in modo razionale durante la costruzione.
Inoltre, è necessario impostare in modo appropriato la capacità e la quantità di batterie di accumulo e di accumulo di energia nel sistema di accumulo. La capacità della batteria deve essere impostata in base al fabbisogno di carica del veicolo elettrico. In generale, la capacità della batteria può essere determinata in base alle condizioni di utilizzo, alla posizione geografica e alla domanda di mercato del veicolo elettrico. Su questa base, è necessario progettare in modo razionale i tempi e l'efficienza di ricarica del veicolo elettrico.
3). La stazione di ricarica integrata per archiviazione e ricarica ottica necessita inoltre di una configurazione adeguata delle varie apparecchiature della stazione di ricarica.
Nella costruzione di una stazione di ricarica integrata, è opportuno scegliere apparecchiature di buona qualità e dalle prestazioni stabili per evitare guasti che potrebbero compromettere il normale funzionamento della stazione.
Inoltre, migliorando il grado di intelligenza della stazione di ricarica, è possibile realizzare la gestione intelligente della memoria ottica e della stazione di ricarica integrata.
4). Dopo la costruzione della stazione di ricarica integrata, è necessario effettuare il collaudo e la prova di funzionamento della stazione:
① Deve essere conforme agli standard nazionali e agli standard di settore per l'accettazione;
② Se la sua costruzione è conforme ai requisiti delle politiche locali e ai requisiti di accettazione da parte dell'utente;
③ Dovrebbe essere accettato per il suo normale funzionamento. Il funzionamento di prova comprende principalmente i seguenti due aspetti: ① Verificare se la stazione di ricarica è conforme agli standard di ricarica e alle norme correlate; ② Verificare se la stazione di ricarica è conforme alle norme di sicurezza e agli standard correlati.
Configurazione integrata della capacità del banco di ricarica e archiviazione ottica.
Il tempo di ricarica di un veicolo elettrico è influenzato principalmente dalla potenza e dal tempo di ricarica del veicolo elettrico, ovvero dal tempo di ricarica della batteria e dal tempo di ricarica della quantità di energia elettrica.
Pertanto, è necessario stimare il tempo di ricarica in base alla potenza del veicolo elettrico. Attualmente, nel nostro Paese non esiste uno standard unificato per le colonnine di ricarica e i tempi di ricarica delle colonnine di diverse marche variano considerevolmente. Per questo motivo, possiamo utilizzare alcuni metodi per stimare il tempo di ricarica. Le colonnine di ricarica sono state classificate in base a tempi di ricarica di 4 ore, 12 ore e 16 ore rispettivamente.
Secondo il metodo sopra descritto, è possibile stimare il tempo di ricarica della colonnina di ricarica e ottenere il tempo di ricarica per colonnine con diverse configurazioni di capacità. Nell'assegnazione della capacità delle colonnine di ricarica, è inoltre necessario tenere pienamente conto delle caratteristiche dei residenti delle aree rurali e delle esigenze di ricarica dei veicoli elettrici.
I diversi livelli di tensione dei veicoli elettrici richiedono una potenza diversa, quindi la configurazione delle apparecchiature della stazione di ricarica deve essere adattata alle esigenze specifiche.
In circostanze normali, gli abitanti delle zone rurali hanno livelli di tensione di 220V e 110V, quindi nella costruzione delle stazioni di ricarica è necessario che le colonnine di ricarica siano dotate dei corrispondenti livelli di tensione.
Prendiamo ad esempio la provincia di Anhui: in circostanze normali, i livelli di tensione nelle zone residenziali rurali sono di 10 kV e 35 kV. Con l'aumento della potenza dei veicoli elettrici e la riduzione dei tempi di ricarica, il tempo medio di ricarica diminuirà gradualmente.
Progetto integrato di deposito ottico e stazione di ricarica
Analisi dei benefici economici
La stazione di ricarica integrata offre 4 livelli di potenza: 120 kW, 250 kW, 400 kW e 600 kW. È stato riscontrato che il tasso interno di rendimento è del 10,24% e il periodo di ammortamento è di 3,65 anni per la potenza di 120 kW.
Considerato il numero limitato di veicoli elettrici e la bassa domanda di ricarica nel nostro Paese, possiamo optare per un progetto di piccola capacità per la costruzione di una stazione di ricarica integrata, al fine di soddisfare le attuali esigenze di ricarica dei veicoli elettrici nelle aree rurali.
Realizzazione di una stazione integrata per l'archiviazione e la ricarica di dispositivi ottici.
Difficoltà tecniche e soluzioni
Per l'ulteriore sviluppo di sistemi integrati di archiviazione ottica e stazioni di ricarica nelle aree rurali, è necessario risolvere le seguenti problematiche tecniche.
1) Progettazione e realizzazione del sistema di accumulo di energia lato utente. La progettazione e la realizzazione del sistema di accumulo di energia lato utente sono fondamentali per la costruzione della stazione integrata di accumulo e ricarica ottica nelle aree rurali.
2) Il controllo coordinato del sistema di generazione di energia fotovoltaica e del sistema di ricarica. È necessario considerare appieno il coordinamento e il controllo tra il sistema di generazione di energia fotovoltaica e il sistema di ricarica durante la costruzione di una stazione di ricarica integrata nelle aree rurali. Il controllo coordinato tra il sistema di generazione di energia fotovoltaica e il sistema di ricarica comprende principalmente due aspetti:
Da un lato, si tratta del controllo coordinato tra il sistema di generazione di energia fotovoltaica e il sistema di accumulo di energia, dall'altro, si tratta del controllo coordinato tra il sistema di generazione di energia fotovoltaica e il sistema di ricarica.
Il controllore di carica e scarica, il regolatore di potenza e altri dispositivi possono essere utilizzati per coordinare il controllo tra il sistema di generazione di energia fotovoltaica e il sistema di accumulo di energia.
Quando la potenza erogata dal sistema di generazione di energia fotovoltaica è insufficiente, l'energia in eccesso può essere reintegrata tempestivamente nella stazione di ricarica tramite il regolatore di carica e scarica; il regolatore di potenza può essere utilizzato per ridurre la capacità di generazione fotovoltaica, evitando così il sovraccarico.
Inoltre, il supercondensatore può essere utilizzato per realizzare la funzione di carica delle apparecchiature per la generazione di energia fotovoltaica.
3) Strategia di controllo della connessione alla rete per le stazioni di ricarica. In circostanze normali, le reti elettriche di piccole dimensioni nelle aree rurali causano instabilità di connessione alla rete. Per garantire la sicurezza del consumo di energia nelle aree rurali, un gran numero di fonti di energia distribuita nella rete elettrica dovrebbe essere controllato e gestito da un controllore connesso alla rete.
Allo stesso tempo, l'alimentazione distribuita può essere collegata alla rete elettrica tramite un convertitore lato rete.
Inoltre, è necessario utilizzare batterie, supercondensatori e altri dispositivi per realizzare il controllo coordinato dell'alimentazione distribuita.
4) Progettazione del controllo della distribuzione di potenza della stazione di ricarica. In generale, quando la capacità di accumulo di energia lato utente è insufficiente, la potenza in eccesso può essere aggiunta alla stazione di ricarica tramite un convertitore bidirezionale; quando invece la capacità di accumulo di energia lato utente è sufficiente, è possibile utilizzare supercondensatori per caricare e scaricare le apparecchiature di generazione di energia fotovoltaica.
5). La gestione e il funzionamento della stazione di ricarica integrata per l'archiviazione e la ricarica ottica. Nello specifico, comprende i seguenti sette aspetti: ① Elaborare un piano di lavoro efficace; ② Rafforzare la formazione del personale competente; ③ Ispezionare e manutenere regolarmente le apparecchiature; ④ Istituire e migliorare il sistema di gestione operativa della stazione di ricarica; ⑤ Organizzare e svolgere regolarmente diverse attività di formazione; ⑥ Istituire e migliorare il meccanismo di funzionamento e manutenzione della stazione di ricarica; ⑦ Gestire tempestivamente i guasti alle apparecchiature, ecc.
Questo articolo analizza la tecnologia e l'economia dei progetti di generazione di energia fotovoltaica e di accumulo energetico, giungendo alla conclusione che la costruzione di stazioni di ricarica integrate nelle aree rurali è fattibile.
Il programma presenta notevoli vantaggi economici e sociali e soddisfa i requisiti per lo sviluppo del settore della produzione di energia da fonti rinnovabili nell'ambito dell'obiettivo "Doppio Carbonio" in Cina. Con il continuo progresso delle tecnologie di produzione di energia da fonti rinnovabili, la tecnologia fotovoltaica e quella di accumulo energetico saranno sempre più diffuse.
Pertanto, il nostro Paese dovrebbe intensificare la ricerca su tecnologie avanzate per la generazione di energia da fonti rinnovabili, come le tecnologie di accumulo energetico e le tecnologie di generazione di energia fotovoltaica, al fine di fornire maggiore supporto allo sviluppo del settore della produzione di energia da fonti rinnovabili.
