Visando solucionar os problemas de baixa potência e dificuldade de carregamento em áreas rurais, este artigo propõe a estratégia de construção de estações integradas de armazenamento óptico e carregamento nessas áreas, e apresenta os métodos concretos de aplicação dessa estratégia.
Os resultados mostram que a construção de estações de carregamento integradas com armazenamento óptico e carregamento de energia em áreas urbanas pode melhorar significativamente a eficiência do consumo de eletricidade, além de reduzir os custos de investimento e operacionais.
A importância de construir estações integradas de armazenamento e carregamento óptico.
Com o aumento do número de veículos elétricos, a demanda por recarga também cresce. Se não for gerenciada adequadamente, essa demanda levará a um grande desperdício de energia elétrica durante o processo de recarga, sobrecarregando o sistema elétrico. A construção de estações de recarga integradas com armazenamento óptico de energia pode solucionar esses problemas de forma eficaz.
A estação de carregamento integrada é um novo modelo de estação de carregamento que aplica a geração de energia fotovoltaica e a tecnologia de armazenamento de energia à estação de carregamento, oferecendo uma boa solução para o carregamento de veículos elétricos.
Nesse modo, a energia fotovoltaica gerada pode ser transmitida diretamente para a estação de carregamento através da rede elétrica, e então, ao carregar a bateria, fornece eletricidade para veículos elétricos. A tecnologia de armazenamento de energia consiste no uso de equipamentos de armazenamento de energia dispersos na rede, que fornecem eletricidade à rede quando o usuário precisa. Comparada com a estação de carregamento tradicional, a estação de carregamento integrada com armazenamento óptico e carregamento pode melhorar efetivamente a eficiência operacional do sistema de energia.
A estação de carregamento integrada de armazenamento óptico e carregamento pode reduzir efetivamente o custo da carga elétrica e o custo operacional durante o processo de carregamento de veículos elétricos.
Nesse modelo, os sistemas fotovoltaicos e de armazenamento de energia continuarão operando até que a rede elétrica se esgote, e a carga gerada durante o processo de carregamento de veículos elétricos será suprida por estações de carregamento integradas.
Para os usuários, este modelo não só permite economizar custos, como também reduz efetivamente o desperdício de energia. Na prática, a estação de armazenamento e carregamento óptico pode alcançar o máximo benefício econômico e social por meio da otimização da configuração e do gerenciamento de horários.
Portanto, pode-se afirmar que a estação de carregamento integrada com armazenamento óptico e carregamento é um novo tipo de estação de carregamento com boas perspectivas de desenvolvimento.
Análise da situação atual da construção de redes elétricas em áreas rurais.
Construção de rede elétrica em áreas urbanas
Atualmente, a rede elétrica rural do nosso país ainda se encontra na fase de estrutura tradicional, baseada principalmente em linhas aéreas, com automação da rede de distribuição e digitalização insuficientes, resultando em falta de energia elétrica para a maioria das cidades e vilas. Existem cinco problemas na construção da rede elétrica em áreas rurais do nosso país.
1) O baixo nível de automação da rede de distribuição em algumas vilas e cidades, o sistema de automação da rede de distribuição imperfeito e a falta de monitoramento em tempo real e alerta precoce da operação da rede de distribuição afetam seriamente o funcionamento normal do sistema de automação da rede de distribuição nessas localidades.
2) O raio de alcance da linha de distribuição é maior em algumas áreas rurais, o que impede que a linha de distribuição reduza efetivamente o raio de alcance.
3) A estrutura da rede de distribuição em algumas áreas rurais apresenta um grave fenômeno de envelhecimento, e algumas linhas de distribuição chegam a ter problemas como seção transversal de condutor pequena, diâmetro de fio pequeno e equipamentos envelhecidos.
4) Existem alguns problemas na configuração da compensação de potência reativa em algumas áreas rurais, como capacidade insuficiente de equipamentos e capacidade de compensação de potência reativa.
5) As empresas de fornecimento de energia em algumas vilas e cidades carecem de mecanismos de gestão científicos e razoáveis, de ideias de planejamento e projeto, e de análise e previsão do consumo de energia por parte do usuário.
A estrutura energética da área do município
A estrutura energética nas áreas rurais é caracterizada por alta poluição, alto consumo de energia e baixa eficiência.
Com o rápido desenvolvimento da economia chinesa, o padrão de vida da população continua a melhorar, mas a demanda por energia também aumenta, resultando em um grande consumo de energia fóssil e, consequentemente, em crescente poluição ambiental.
Nos últimos anos, a estrutura energética nas áreas rurais foi otimizada e modernizada, e o nível de utilização e a quantidade de energia limpa aumentaram consideravelmente.
1) A capacidade de carga das áreas rurais é pequena, e os moradores dessas áreas têm baixo consumo de energia e utilizam principalmente aparelhos elétricos de baixa potência.
2) O número de veículos elétricos (VEs) em áreas rurais está aumentando. Os VEs são movidos principalmente a energia elétrica e utilizam a rede elétrica para fornecer energia auxiliar. O aumento no número de VEs resultará inevitavelmente em um aumento na demanda por energia elétrica.
3) A estrutura de fornecimento de energia em áreas rurais é inadequada. Devido ao baixo consumo de eletricidade, à estrutura de fornecimento de energia única e à falta de planejamento e projeto científicos e racionais, é difícil atender à demanda de eletricidade em áreas rurais.
4) Há sobrecarga grave em áreas rurais, algumas das quais apresentam problemas de baixa tensão e linhas antigas, o que afeta seriamente a operação segura e estável do sistema de energia.
Qualidade da energia na rede de distribuição na área urbana
A qualidade da energia é um dos fatores importantes que afetam a qualidade de vida dos moradores rurais, e também um dos principais problemas que as empresas de energia elétrica devem resolver. Atualmente, a qualidade da energia na rede de distribuição em áreas rurais enfrenta principalmente os seguintes três aspectos problemáticos.
1) O desvio de tensão na rede elétrica rural é grande, e a tensão de alguns usuários apresenta desvio negativo.
2) O grau de desequilíbrio da tensão trifásica da rede de distribuição em algumas vilas e cidades está acima dos limites estabelecidos pela norma nacional.
3) Há sérios problemas de desequilíbrio trifásico na rede de distribuição em áreas rurais, o que leva a problemas de qualidade de energia para os usuários.
Estudo de caso sobre a construção de uma estação integrada de armazenamento e carregamento óptico.
Para melhor promover o desenvolvimento econômico das áreas rurais, o Estado incentiva vigorosamente a construção de estações de recarga de energias renováveis. Atualmente, ainda existem alguns problemas na construção dessas estações no país, como a dificuldade de localização, a baixa utilização da infraestrutura e a baixa eficiência de recarga.
Para atingir esse objetivo, nosso país começou a acelerar a construção de estações de recarga para veículos elétricos. A fim de solucionar o problema da recarga de veículos elétricos em áreas rurais, estações de recarga integradas, com armazenamento óptico e carregamento, podem ser construídas nessas regiões.
A estação de carregamento integrada consiste em três partes: sistema de geração de energia fotovoltaica, sistema de armazenamento de energia e estação de carregamento. No processo de construção, é necessário construir primeiro o sistema de geração de energia fotovoltaica e, em seguida, utilizar o sistema de armazenamento de energia para gerenciar o carregamento dos veículos elétricos.
Além disso, é necessário instalar pontos de carregamento CA e CC na estação de carregamento para proporcionar maior comodidade ao carregamento de veículos elétricos.
De modo geral, o nível de desenvolvimento econômico das áreas rurais é relativamente baixo, portanto o custo de construção de estações de carregamento integradas com armazenamento óptico de energia é relativamente baixo. Tomando como exemplo um município, cujo nível econômico se encontra em um patamar intermediário no país, a construção de uma estação de carregamento integrada com armazenamento óptico de energia pode gerar bons benefícios econômicos.
1) A própria cidade possui recursos de luz e de terreno suficientes, que podem ser totalmente utilizados para construir a estação de carregamento integrada de armazenamento e recarga de energia.
No projeto de uma estação integrada de armazenamento e carregamento óptico, deve-se primeiro escolher os materiais de construção e a forma estrutural adequados e, em seguida, considerar a localização geográfica e as condições climáticas locais para elaborar o projeto.
Por exemplo, em uma cidade com clima frio, luminosidade suficiente e recursos de terra relativamente abundantes, é possível optar por painéis fotovoltaicos para construir uma estação integrada de armazenamento e carregamento.
2) O sistema fotovoltaico é o principal responsável pelo carregamento de veículos elétricos, enquanto o sistema de armazenamento de energia é responsável por armazenar a eletricidade. O sistema fotovoltaico e o sistema de armazenamento de energia devem ser combinados de forma adequada durante a construção.
Além disso, é necessário definir adequadamente a capacidade e a quantidade de baterias de armazenamento de energia no sistema de armazenamento de energia. A capacidade da bateria deve ser definida de acordo com a demanda de carga do veículo elétrico. Em geral, a capacidade da bateria pode ser determinada considerando a situação de uso, a localização e a demanda de mercado do veículo elétrico. Com base nisso, o tempo e a eficiência de carregamento do veículo elétrico devem ser projetados de forma adequada.
3) A estação de carregamento integrada com armazenamento óptico e carregamento também precisa configurar de forma adequada os diversos equipamentos da estação de carregamento.
Na construção de uma estação de carregamento integrada, deve-se priorizar a escolha de equipamentos de boa qualidade e com desempenho estável, a fim de evitar falhas que afetem o funcionamento normal da estação.
Além disso, o gerenciamento inteligente do armazenamento óptico e da estação de carregamento integrada pode ser realizado aprimorando o grau de inteligência da estação de carregamento.
4) Após a construção da estação de carregamento integrada, é necessário realizar a aceitação e o teste de funcionamento da estação:
① Deve estar em conformidade com as normas nacionais e os padrões da indústria para aceitação;
② Se a sua construção está em conformidade com os requisitos da política local e com os requisitos de aceitação do utilizador;
③ Deve ser aprovado para o seu funcionamento normal. O teste de funcionamento inclui principalmente os seguintes dois aspectos: ① Deve ser testado se a estação de carregamento está em conformidade com as normas de carregamento e normas relacionadas; ② Deve ser testado se a estação de carregamento está em conformidade com as normas de segurança e normas relacionadas.
Configuração integrada de capacidade de carregamento e armazenamento óptico
O tempo de carregamento de um veículo elétrico é afetado principalmente pela potência e pelo tempo de carregamento do veículo, ou seja, pelo tempo de carregamento da bateria e pelo tempo de carregamento da carga elétrica.
Portanto, é necessário estimar o tempo de carregamento de acordo com a potência do veículo elétrico. Atualmente, não existe um padrão unificado para pontos de recarga em nosso país, e o tempo de carregamento de pontos de recarga de diferentes marcas varia bastante. Assim, podemos utilizar alguns métodos para estimar o tempo de carregamento dos pontos de recarga. Os pontos de recarga foram classificados de acordo com 4 horas, 12 horas e 16 horas, respectivamente.
De acordo com o método acima, o tempo de carregamento do ponto de recarga pode ser estimado, e o tempo de carregamento do ponto de recarga com diferentes configurações de capacidade pode ser obtido. Na alocação de capacidade dos pontos de recarga, também devemos considerar plenamente as características dos moradores rurais e as necessidades de carregamento de veículos elétricos.
Os diferentes níveis de voltagem dos veículos elétricos requerem diferentes níveis de potência, portanto, a configuração do equipamento da estação de carregamento depende das necessidades do cliente.
Em circunstâncias normais, os moradores rurais trabalham com tensões de 220V e 110V, portanto, na construção de estações de carregamento, é necessário equipar-se com pontos de recarga nas tensões correspondentes.
Tomando como exemplo a província de Anhui, em circunstâncias normais, os níveis de tensão nas áreas rurais residenciais variam entre 10 kV e 35 kV. Com o aumento da potência dos veículos elétricos e a consequente redução do tempo de carregamento, o tempo médio de recarga diminuirá gradualmente.
Projeto integrado de armazenamento óptico e estação de carregamento
Análise de benefícios econômicos
A estação de carregamento integrada com 4 níveis de potência é de 120 kW, 250 kW, 400 kW e 600 kW. Constatou-se que a taxa interna de retorno é de 10,24% e o período de retorno do investimento é de 3,65 anos quando a potência é de 120 kW.
Devido ao pequeno número de veículos elétricos e à baixa demanda por recarga em nosso país, podemos optar por um projeto de pequena capacidade para construir a estação de recarga integrada, a fim de atender às atuais necessidades de recarga de veículos elétricos nas áreas rurais.
Construção de estação integrada de armazenamento e carregamento óptico
Dificuldades técnicas e soluções
As seguintes dificuldades técnicas precisam ser resolvidas para o desenvolvimento futuro de estações integradas de armazenamento óptico e carregamento em áreas rurais.
1) Projeto e construção do sistema de armazenamento de energia do lado do usuário. O projeto e a construção do sistema de armazenamento de energia do lado do usuário são fundamentais para a construção da estação integrada de armazenamento óptico e carregamento em áreas rurais.
2) O controle coordenado do sistema de geração de energia fotovoltaica e do sistema de carregamento. É necessário considerar plenamente a coordenação e o controle entre o sistema de geração de energia fotovoltaica e o sistema de carregamento ao construir uma estação de carregamento integrada em áreas rurais. O controle coordenado entre o sistema de geração de energia fotovoltaica e o sistema de carregamento abrange principalmente dois aspectos:
Por um lado, trata-se do controle coordenado entre o sistema de geração de energia fotovoltaica e o sistema de armazenamento de energia; por outro lado, trata-se do controle coordenado entre o sistema de geração de energia fotovoltaica e o sistema de carregamento.
Controladores de carga e descarga, reguladores de potência e outros dispositivos podem ser usados para coordenar o controle entre o sistema de geração de energia fotovoltaica e o sistema de armazenamento de energia.
Quando a potência de saída do sistema de geração de energia fotovoltaica for insuficiente, o excesso de energia pode ser reposto na estação de carregamento em tempo hábil pelo controlador de carga e descarga. O regulador de potência pode ser usado para reduzir a capacidade de geração fotovoltaica, evitando assim a sobrecarga.
Além disso, o supercapacitor pode ser usado para realizar a função de carregamento de equipamentos de geração de energia fotovoltaica.
3) Estratégia de controle de estações de carregamento conectadas à rede. Em circunstâncias normais, pequenas redes elétricas em áreas rurais podem apresentar instabilidade na conexão à rede. Para garantir a segurança do consumo de energia nessas áreas, um grande número de sistemas de geração distribuída conectados à rede deve ser controlado e gerenciado por um controlador de conexão à rede.
Ao mesmo tempo, o sistema de alimentação distribuída pode ser conectado à rede elétrica através do conversor do lado da rede.
Além disso, é necessário utilizar baterias, supercapacitores e outros dispositivos para alcançar o controle coordenado do fornecimento de energia distribuída.
4) Projeto de controle de distribuição de energia da estação de carregamento. Em geral, quando a capacidade de armazenamento de energia do lado do usuário é insuficiente, o excesso de energia pode ser adicionado à estação de carregamento por meio de um conversor bidirecional. Quando a capacidade de armazenamento de energia do lado do usuário é suficiente, supercapacitores podem ser utilizados para carregar e descarregar os equipamentos de geração de energia fotovoltaica.
5) Operação, manutenção e gestão de estações de carregamento integradas para armazenamento e recarga óptica. Especificamente, inclui os seguintes sete aspectos: ① Formular um plano de trabalho sólido; ② Reforçar o treinamento do pessoal relevante; ③ Inspecionar e manter os equipamentos regularmente; ④ Estabelecer e aprimorar o Sistema de Gestão Operacional da estação de carregamento; ⑤ Organizar e realizar regularmente diversas atividades de treinamento; ⑥ Estabelecer e aprimorar o mecanismo de operação e manutenção da estação de carregamento; ⑦ Lidar com falhas de equipamentos de forma oportuna, etc.
Este artigo analisa a tecnologia e a economia dos projetos de geração de energia fotovoltaica e armazenamento de energia, e conclui que é viável construir estações de carregamento integradas em áreas rurais.
O projeto apresenta bons benefícios econômicos e sociais e atende aos requisitos de desenvolvimento da indústria de geração de energia renovável no âmbito da meta de "dupla emissão de carbono" na China. Com o progresso contínuo da tecnologia de geração de energia renovável, a tecnologia de geração de energia fotovoltaica será mais amplamente utilizada, assim como a tecnologia de armazenamento de energia.
Portanto, nosso país deve aumentar a pesquisa em tecnologias avançadas de geração de novas energias, como tecnologias de armazenamento de energia e geração de energia fotovoltaica, para fornecer mais suporte ao desenvolvimento da indústria de geração de energia renovável.
