本稿では、農村地域における低電力負荷や充電困難といった問題に対処するため、農村地域に光蓄電と充電を統合したステーションを構築する戦略を提案し、その戦略の具体的な適用方法を紹介する。
調査結果によると、都市部に光ストレージと充電機能を統合した充電ステーションを建設することで、電力消費効率を大幅に向上させることができ、投資コストと運用コストを削減できることが示された。
光ストレージと充電ステーションを統合的に構築することの重要性
電気自動車の台数が増加するにつれ、充電需要も増加しています。適切に管理されない場合、電気自動車の充電プロセスにおいて大量の電力が無駄になり、電力系統に大きな負担がかかります。光蓄電・充電一体型充電ステーションの建設は、上記の問題を効果的に解決できます。
統合型充電ステーションは、太陽光発電と蓄電技術を充電ステーションに適用することで、電気自動車の充電に優れたソリューションを提供する、新しい充電ステーションの形態です。
この方式では、太陽光発電で得られた電力を系統連系により充電ステーションに直接送電し、バッテリーを充電することで電気自動車に電力を供給します。エネルギー貯蔵技術は、グリッド内に分散配置されたエネルギー貯蔵装置を使用し、ユーザーが電力系統に電力を供給する必要があるときに利用します。従来の充電ステーションと比較して、光蓄電・充電一体型充電ステーションは、電力系統の運用効率を効果的に向上させることができます。
光ストレージと充電機能を統合した充電ステーションは、電気自動車の充電プロセスにおける電気料金と運用コストを効果的に削減できる。
このモデルでは、電力網の電力が枯渇するまで太陽光発電システムと蓄電システムが稼働し続け、電気自動車の充電プロセス中に発生する電力は、統合型充電ステーションによって賄われる。
ユーザーにとって、このモデルはコスト削減だけでなく、エネルギーの無駄を効果的に削減できます。実際の運用プロセスにおいて、光ストレージおよび充電ステーションは、構成とスケジュール管理を最適化することで、最大の経済的および社会的利益を実現できます。
したがって、光ストレージと充電機能を統合した充電ステーションは、発展の見込みが高い新しいタイプの充電ステーションであると言える。
農村地域における電力網構築の現状分析
町域における電力網の建設
現在、我が国の農村部の電力網は依然として従来の電力網構造に基づいた段階にあり、主に架空送電線が用いられ、配電網の自動化、デジタル化などの現代技術の応用が不十分で、ほとんどの町や村は依然として電気が通っていません。我が国の農村部における電力網の構築には、5つの問題点があります。
1) 一部の村や町における配電網の自動化レベルの低さ、配電網自動化システムの不完全さ、配電網運用のリアルタイム監視と早期警告の欠如は、村や町における配電網自動化システムの正常な運用に深刻な影響を与えている。
2) 一部の農村地域では配電線の供給半径が広いため、配電線が供給半径を効果的に短縮できない。
3) 一部の農村地域では配電網の構造に深刻な老朽化現象が見られ、配電線の中には導体の断面積が小さい、電線径が小さい、機器の老朽化などの問題があるものもあります。
4) 一部の農村地域では、設備容量や無効電力補償容量が不足しているなど、無効電力補償の構成にいくつかの問題がある。
5) 一部の村や町の電力供給企業は、科学的かつ合理的な管理メカニズム、計画設計の考え方、およびユーザー側の電力消費の分析と予測が不足している。
町域のエネルギー構造
農村地域のエネルギー構造は、高レベルの汚染、高レベルのエネルギー消費、そして低レベルの効率性を特徴としている。
中国経済の急速な発展に伴い、人々の生活水準は向上し続けており、エネルギー需要も増加している。その結果、化石燃料の消費量が増加し、環境汚染が深刻化している。
近年、農村地域におけるエネルギー構造は最適化・高度化が進み、クリーンエネルギーの利用レベルと量が明らかに増加している。
1) 農村地域の電力負荷容量は小さく、農村地域の住民は電力消費量が少なく、主に低電力の電気製品を使用している。
2) 農村部における電気自動車（EVS）の台数は増加傾向にある。EVSは主に電気エネルギーで駆動し、電力系統から補助エネルギーを供給される。EVSの台数増加は、必然的に電力負荷の増加につながる。
3) 農村部の電力供給構造は不合理である。電力消費量が少ないこと、電力供給構造が単一であること、科学的かつ合理的な計画と設計が欠如していることから、農村部の電力需要を満たすことは困難である。
4) 農村地域では深刻な過負荷が発生しており、低電圧や送電線の老朽化といった問題も抱えており、電力システムの安全かつ安定した運用に深刻な影響を与えている。
町域における配電網の電力品質
電力品質は、農村住民の生活の質に影響を与える重要な要素の一つであり、電力企業が解決しなければならない主要な問題の一つでもあります。現在、農村地域の配電網の電力品質は、主に以下の3つの側面で問題に直面しています。
1) 農村部の電力ネットワークの電圧偏差が大きく、一部の利用者の電圧に負の偏差が見られる。
2) 一部の村や町の配電網の三相電圧の不平衡度は、国家基準の範囲を超えている。
3) 農村地域の配電網では深刻な三相不平衡現象が発生しており、これがユーザー側の電力品質の問題につながっている。
光ストレージと充電ステーションを統合したシステムの構築に関する事例研究
農村地域の経済発展をより促進するため、国は新エネルギー充電ステーションの建設を積極的に推進している。しかしながら、現在、我が国の新エネルギー充電ステーションの建設には、充電ステーションの立地条件の悪さ、充電設備の利用率の低さ、充電効率の低さなど、いくつかの問題点が存在する。
このため、我が国は電気自動車充電ステーションの建設を加速させ始めました。農村部における電気自動車充電の問題を解決するために、光蓄電と充電を一体化した充電ステーションを農村部に建設することができます。
統合型充電ステーションは、太陽光発電システム、蓄電システム、充電ステーションの3つの部分から構成されます。建設プロセスにおいては、まず太陽光発電システムを構築し、次に蓄電システムを用いて電気自動車の充電を管理する必要があります。
さらに、電気自動車の充電の利便性を高めるため、充電ステーションには交流充電ポストと直流充電ポストの両方を設置する必要がある。
概して、農村地域の経済発展レベルは比較的低いため、光データ保存・充電一体型充電ステーションの建設コストも比較的低い。ある郷を例にとると、その郷の経済レベルは国内の中位に位置しており、光データ保存・充電一体型ステーションの建設は良好な経済効果をもたらすことができる。
1) 町自体に十分な光資源と土地資源があり、これらを最大限に活用して蓄電と充電を統合した充電ステーションを建設することができる。
光ストレージと充電ステーションを統合した設計においては、まず適切な建築材料と構造形式を選択し、次に現地の地理的位置と気候条件を考慮して設計を行うべきである。
例えば、寒冷な気候、十分な日照量、比較的豊富な土地資源といった条件を満たす町では、太陽光発電パネルを用いて蓄電・充電一体型ステーションを建設することができます。
2) 太陽光発電システムは主に電気自動車の充電を担い、蓄電システムは発電された電力を貯蔵する役割を担います。太陽光発電システムと蓄電システムは、建設時に適切な方法で組み合わせる必要があります。
さらに、エネルギー貯蔵システムにおける蓄電池の容量と数量を適切に設定する必要がある。蓄電池の容量は、電気自動車の充電需要に応じて設定すべきである。一般的に、蓄電池の容量は、電気自動車の使用状況、設置場所、市場需要に基づいて決定できる。これに基づき、電気自動車の充電時間と充電効率を合理的に設計する必要がある。
3) 光ストレージと充電を統合した充電ステーションでは、充電ステーションの各種機器を合理的に構成する必要がある。
統合型充電ステーションの建設においては、機器の故障を防ぎ、充電ステーションの正常な動作を妨げないよう、高品質で安定した性能を持つ機器を選択するよう努めるべきである。
さらに、充電ステーションのインテリジェント度を高めることで、光ストレージと充電を統合した充電ステーションのインテリジェントな管理を実現できる。
4) 統合充電ステーションの建設後、ステーションの受入検査と試運転を実施する必要があります。
① 国家規格および業界規格に準拠していることが承認条件となる。
② その構造が、現地の政策要件および利用者の受入要件に適合しているかどうか。
③ 通常の運用が認められる必要があります。試運転は主に次の 2 つの側面を含みます。① 充電ステーションが充電規格および関連規範に適合しているかどうかをテストする必要があります。② 充電ステーションが安全規制および関連基準に適合しているかどうかをテストする必要があります。
光ストレージと充電を統合した充電スタック容量構成
電気自動車の充電時間は、主に電気自動車の出力と充電時間、つまりバッテリーの充電時間と電気量の充電時間によって左右されます。
したがって、電気自動車の出力に応じて充電時間を推定する必要があります。現在、我が国には充電ステーションの統一規格がなく、異なるブランドの充電ステーションの充電時間はかなり異なるため、充電ステーションの充電時間を推定するためにいくつかの方法を使用できます。充電ステーションは、それぞれ4時間、12時間、16時間で分類されます。
上記の方法により、充電ステーションの充電時間を推定することができ、容量構成の異なる充電ステーションの充電時間を取得できる。充電ステーションの容量配分においては、農村住民の特性や電気自動車の充電ニーズも十分に考慮する必要がある。
電気自動車の電圧レベルによって必要な電力が異なるため、充電ステーションの機器構成はニーズに応じて決定されます。
通常、農村部の住民は220Vと110Vの電圧レベルを使用しているため、充電ステーションの建設においては、それぞれの電圧レベルに対応した充電柱を設置する必要がある。
安徽省を例にとると、通常、農村部の住宅用電圧は10kVと35kVである。電気自動車の出力向上と充電時間の短縮に伴い、平均充電時間は徐々に短くなるだろう。
光ストレージと充電ステーションを統合したプロジェクト
経済便益分析
4種類の出力（120kW、250kW、400kW、600kW）を備えた統合型充電ステーションについて、出力が120kWの場合、内部収益率は10.24%、投資回収期間は3.65年であることが分かった。
我が国では電気自動車の台数が少なく、充電需要も低いため、小規模なプロジェクトを選択して統合型充電ステーションを建設することで、現在の農村地域における電気自動車の充電ニーズを満たすことができる。
光ストレージと充電ステーションを統合した施設の建設
技術的な問題と解決策
農村地域における光ストレージと充電ステーションの統合型システムのさらなる発展のためには、以下の技術的な課題を解決する必要がある。
1) 利用者側エネルギー貯蔵システムの設計と構築。利用者側エネルギー貯蔵システムの設計と構築は、農村地域における統合型光蓄電・充電ステーションの構築の鍵となる。
2) 太陽光発電システムと充電システムの協調制御。農村地域に統合充電ステーションを建設する際には、太陽光発電システムと充電システム間の協調制御を十分に考慮する必要があります。太陽光発電システムと充電システム間の協調制御は、主に次の2つの側面を含みます。
一方では、太陽光発電システムとエネルギー貯蔵システム間の協調制御であり、他方では、太陽光発電システムと充電システム間の協調制御である。
充電・放電制御装置、電力調整器などの装置を用いることで、太陽光発電システムとエネルギー貯蔵システム間の制御を協調させることができる。
太陽光発電システムの出力電力が不足している場合、余剰電力は充放電コントローラによって適時に充電ステーションに補充され、電力レギュレータを使用して太陽光発電容量を低減することで過充電を回避できます。
さらに、スーパーキャパシタは太陽光発電装置の充電機能を実現するためにも使用できる。
3) 充電ステーションの系統連系制御戦略。通常、農村部の小規模電力網は系統連系の不安定性を引き起こします。農村部における電力消費の安全性を確保するためには、電力網内の多数の分散型電源を系統連系コントローラによって制御・管理する必要があります。
同時に、分散型電源は系統側コンバータを介して電力系統に接続することができる。
さらに、分散型電源の協調制御を実現するためには、バッテリー、スーパーキャパシタなどのデバイスを利用する必要がある。
4) 充電ステーションの電力分配制御設計。一般的に、ユーザー側のエネルギー貯蔵容量が不足している場合は、双方向コンバータを介して余剰電力を充電ステーションに追加でき、ユーザー側のエネルギー貯蔵容量が十分な場合は、スーパーキャパシタを使用して太陽光発電設備を充放電できます。
5) 光ストレージと充電が一体化した充電ステーションの運用保守および管理。具体的には、次の 7 つの側面が含まれます。① 健全な作業計画を策定する。② 関係者のトレーニングを強化する。③ 機器を定期的に点検および保守する。④ 充電ステーション運用管理システムを確立および改善する。⑤ 各種トレーニング活動を定期的に組織および実施する。⑥ 充電ステーションの運用および保守メカニズムを確立および改善する。⑦ 機器の故障にタイムリーに対処する、など。
本稿では、太陽光発電とエネルギー貯蔵プロジェクトの技術と経済性を分析し、農村地域に統合型充電ステーションを建設することは実現可能であるという結論を導き出す。
この計画は経済的・社会的に優れた効果があり、中国の「ダブルカーボン」目標の下での新エネルギー発電産業の発展要件を満たしています。新エネルギー発電技術の継続的な進歩に伴い、太陽光発電技術はより広く利用されるようになり、エネルギー貯蔵技術も同様に広く利用されるようになるでしょう。
したがって、我が国は、新エネルギー発電産業の発展をより一層支援するために、新エネルギー貯蔵技術や太陽光発電技術といった先進的な新エネルギー発電技術の研究を強化すべきである。
