Электромобили это. Электромобили: технология Vehicle-to-Grid и перспективы развития в России

Как работает технология Vehicle-to-Grid. Какие преимущества дает использование электромобилей в качестве накопителей энергии. Почему электромобили важны для развития возобновляемой энергетики. Каковы перспективы внедрения V2G в России.

Что такое технология Vehicle-to-Grid (V2G)

Технология Vehicle-to-Grid (V2G) подразумевает возможность организации двунаправленного потока электроэнергии между электромобилем и электрической сетью. Это означает, что электромобиль может не только заряжаться от сети, но и отдавать накопленную в аккумуляторе энергию обратно при необходимости.

Основные компоненты системы V2G:

• Электромобиль с аккумуляторной батареей
• Двунаправленное зарядное устройство
• Система управления и коммуникации
• Электрическая сеть

Двунаправленное зарядное устройство является ключевым элементом, обеспечивающим преобразование переменного тока сети в постоянный для зарядки аккумулятора и обратно — для передачи энергии в сеть.

Преимущества технологии V2G

Внедрение технологии Vehicle-to-Grid имеет ряд важных преимуществ:

1. Выравнивание пиковых нагрузок в энергосистеме
2. Финансовая выгода для владельцев электромобилей
3. Поддержка развития возобновляемой энергетики
4. Повышение надежности энергоснабжения
5. Снижение необходимости в строительстве новых электростанций

Как технология V2G помогает выравнивать нагрузку в сети? Электромобили заряжаются ночью, когда потребление энергии низкое, а в часы пик могут отдавать накопленную энергию обратно в сеть, снижая пиковую нагрузку.

Роль электромобилей в развитии возобновляемой энергетики

Электромобили с технологией V2G играют важную роль в развитии возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Почему это происходит?

• Аккумуляторы электромобилей могут накапливать избыточную энергию от ВИЭ
• V2G позволяет компенсировать нестабильность генерации солнечных и ветряных электростанций
• Электромобили становятся распределенным хранилищем энергии для энергосистемы

Таким образом, массовое внедрение электромобилей с V2G может стать ключевым фактором для увеличения доли ВИЭ в энергобалансе.

Технические аспекты реализации V2G

Для работы системы Vehicle-to-Grid необходимы следующие технические компоненты:

• Двунаправленное зарядное устройство с инвертором
• Система управления зарядом/разрядом аккумулятора
• Коммуникационный модуль для связи с энергосетью
• Счетчик электроэнергии

Ключевую роль играет двунаправленное зарядное устройство. Его основные функции:

1. Преобразование переменного тока сети в постоянный для зарядки аккумулятора
2. Преобразование постоянного тока аккумулятора в переменный для передачи в сеть
3. Регулирование тока заряда и разряда

Важно обеспечить высокий КПД преобразования и минимальные искажения при работе в сеть.

Варианты использования технологии V2G

Технология Vehicle-to-Grid может применяться в различных сценариях:

• V2H (Vehicle-to-Home) — питание дома от электромобиля
• V2B (Vehicle-to-Building) — использование электромобилей для энергоснабжения зданий
• V2G (Vehicle-to-Grid) — работа электромобилей на электрическую сеть

В каких случаях может быть полезна технология V2H? Например, при отключении электричества электромобиль сможет обеспечить аварийное энергоснабжение дома в течение нескольких дней.

Проблемы внедрения технологии V2G

Несмотря на очевидные преимущества, массовое внедрение технологии V2G сталкивается с рядом проблем:

• Высокая стоимость двунаправленного зарядного оборудования
• Необходимость модернизации электросетей
• Отсутствие единых стандартов
• Ускоренный износ аккумуляторов электромобилей
• Сложности с расчетом экономической эффективности

Как решить проблему ускоренного износа аккумуляторов при использовании V2G? Необходимо разработать оптимальные алгоритмы управления зарядом/разрядом, ограничивающие глубину разряда аккумулятора.

Перспективы развития V2G в России

Технология Vehicle-to-Grid пока не получила широкого распространения в России. Основные причины:

• Небольшой парк электромобилей
• Отсутствие необходимой инфраструктуры
• Низкая осведомленность о технологии
• Отсутствие нормативной базы

Однако в долгосрочной перспективе внедрение V2G в России представляется перспективным направлением. Для этого необходимо:

1. Развитие рынка электромобилей
2. Создание зарядной инфраструктуры
3. Разработка нормативной базы
4. Реализация пилотных проектов
5. Стимулирование потребителей к использованию V2G

При комплексном подходе технология V2G может стать важным элементом развития интеллектуальных энергосистем в России.

Электромобили: будущее уже здесь | Forbes.ru

Мировые продажи электромобилей растут высокими темпами, но у российских автомобилистов они по-прежнему непопулярны

Мегаполисы — это живой организм, в котором транспорт играет роль кровеносной системы. Он циркулирует по артериям-дорогам, быстро доставляя пассажиров и грузы на любые расстояния. В XIX веке высокая мобильность воспринимается нами как должное, и мы не готовы отказываться от свободы передвижения. Однако у комфорта есть своя цена — развитая транспортная инфраструктура и переизбыток личного автотранспорта приводят к ухудшению экологической ситуации в городе. Уже сегодня возможным компромиссом между сохранением мобильности и снижением вредного воздействия на окружающую среду могут стать электромобили.

По данным EV-Volumes, первое полугодие 2016 года было наиболее успешным: мировые продажи автомобилей возросли на 5%, а электромобилей (любого типа) — на рекордные 49% по сравнению с первым полугодием 2015 года. Рынок электротранспорта по скорости роста опережал традиционный в 10 раз, но его доля все еще составляла 1% от объема мирового автомобильного рынка.

Темп развития задают европейские страны: они внедряют государственные программы поддержки и не боятся прибегать к мерам, которые могут показаться радикальными. Например, Германия, Норвегия и Нидерланды планируют на национальном уровне отказаться от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Азия не отстает: в Японии число зарядных станций недавно превзошло число заправочных станций, а Китай лидирует по росту продаж электромобилей.

Иностранный опыт интересен и тем, как меняется имиджевая составляющая электромобилей. Еще несколько лет назад электрокары принято было считать непрактичной дорогой игрушкой для коротких поездок. Однако важным элементом в их позиционировании на рынке стал запуск в 2012 году Международной автомобильной ассоциацией «Формулы-E» — электромобильной альтернативы «Формулы-1». Ее по праву можно назвать драйвером индустрии и экспериментальной лабораторией: на глазах у экспертов автомобильного мира и миллионов телезрителей инженеры испытывают новейшие разработки.

Любители автогонок могут воочию убедиться, что электрокары, чья скорость на гоночном треке может достигать 225 км/ч, ничуть не уступают автомобилям на традиционном топливе. Все больше компаний, заинтересованных в развитии электромобилей, принимают активное участие в проведении «Формулы-E». И Enel не исключение: в 2016 году она стала глобальным спонсором автогонок. Этапы «Формулы-E» проходят по всему миру. В 2015 году посмотреть, что же все-таки из себя представляют электромобили? могли и жители Москвы, где этап гонки развернулся вокруг стен Кремля. Надеюсь, в будущем «Формула-Е» еще не раз вернется в Россию.

Наблюдая за стремительными темпами развития индустрии, я думаю о том, что наше будущее — это электромобили. По мере того как правительства разных стран разрабатывают меры государственной поддержки, инженеры проводят испытания в области беспроводной зарядки и беспилотного управления, это будущее с каждым днем становится ближе.

Все больше автомобильных брендов, включая крупнейших игроков, таких как Mercedes, BMW и Ford, разрабатывают концепт-кары и выпускают автомобили на батареях. Инфраструктура для зарядки продолжает развиваться, чтобы владельцы электромобилей могли не только свободно передвигаться по городу, но и пользоваться шоссе и автострадами, не боясь остановиться на середине пути.

Если электротранспорт станет основным средством передвижения, объем CO₂ в атмосфере может значительно сократиться. По данным европейской ассоциации Eurelectric, электромобиль производит 66 г CO₂ на 1 км пробега, когда как традиционный автомобиль на бензине — 124 г. Это первичный экологический эффект замены традиционных видов топлива электричеством. Вторичного эффекта можно достичь благодаря развитию неуглеродной энергетики, в том числе возобновляемой энергетики, тогда и выбросов от транспорта станет меньше, а эмиссия парниковых газов при производстве электроэнергии значительно сократится.

Еще одним преимуществом станет снижение шумового воздействия. Города станут не только чище, но и тише — электромобили практически бесшумны. Для безопасности пешеходов автопроизводители даже разработали специальную систему оповещения. Такими сигналами уже оснащены Nissan Leaf, Audi R8 e-tron, BMW i3 и i8.

Помимо экологического эффекта у электрокаров есть еще и экономический. Отказ от бензина или дизеля может оказаться выгодным. По подсчетам российских аналитиков, проезжая на электромобиле 20 000 км в год, водитель тратит на его зарядку всего 41 рубль в сутки. Для сравнения, владелец традиционного автомобиля, по примерным подсчетам, расходует на топливо 191 рубль в сутки, что в сумме за год может составить около 2% от средней заработной платы.

Электрокары: российский опыт

У электротранспорта в России серьезные перспективы. Содержание государственной программы развития электрического автотранспорта в РФ до 2025 года свидетельствует о том, что российское правительство осведомлено о препятствиях, стоящих на пути популяризации электрокаров, и готово делать все необходимое, чтобы их устранить. Среди предложений — ликвидация транспортного налога, бесплатные городские парковки, льготные тарифы на платных дорогах и даже доступ к выделенным полосам для общественного транспорта. Эти предложения вкупе с усилиями правительства по развитию инфраструктуры зарядных станций должны мотивировать россиян сделать выбор в пользу электротранспорта.

Согласно постановлению российского правительства, число зарядных станций с 1 ноября 2016 года должно увеличиться с сотни до тысяч, при этом в России сейчас зарегистрировано только 722 автомобиля с приводом от батарей (по данным агентства «Автостат»). Данный факт подтверждает, что россияне пока не торопятся пересаживаться на экотранспорт, несмотря на готовность правительства их поддержать.

Почему электрокары пока не популярны у российских автомобилистов? В первую очередь здесь играет роль высокая стоимость машин, обусловленная дороговизной комплектующих, в частности аккумулятора. Однако результаты исследования бизнес-школы «Сколково» показали, что электрическая Tesla Model S смогла обойти Mercedes S-класса по совокупной стоимости содержания. Расходы на обслуживание Tesla оказались ниже, чем потребовал бы классический немецкий автомобиль на бензине. Приобретая электромобиль, водитель выигрывает в долгосрочной перспективе — он получает транспортное средство качественной сборки со сравнительно низкой стоимостью содержания.

Еще одним фактором может являться непонимание того, как и где заряжать электромобиль. Мало кто знает, что существуют зарядные станции на 8-6 часов, на 2-3 часа, даже на час и меньше. Водитель может выбрать станцию, исходя из типа зарядного устройства, разъема и необходимого для поездки количества энергии. Подключая транспорт на ночь к сети, можно быть уверенным, что наутро он будет полностью готов к работе.

Vehicle-2-Grid: транспорт для «протребителя»

Качественно новым этапом развития индустрии электромобилей стало появление технологической концепции Vehicle-2-Grid (V2G). Все началось с идеи двустороннего обмена энергией между автомобилем и городской сетью, по сути, это дает возможность водителям, полностью зарядив электромобиль, вернуть излишки энергии в сеть и получить за это деньги. Впервые о V2G заговорили в начале нулевых, но на тот момент еще не было готовых к использованию технологических решений.

По популярности Vehicle-2-Grid пока нельзя сравнить с концепциями интернета вещей, самоуправляемыми автомобилями или блокчейн, но она уже легла в основу разработок нескольких крупных компаний из различных индустрий. Google исследовала возможности V2G в США, Nissan запустил несколько проектов в Японии, Дании и Великобритании. Концепцией энергообмена между автовладельцами и энергосетью интересуются и на уровне муниципалитетов. Так, например, власти Амстердама привлекли местного сетевого оператора и консультантов по окружающей среде, чтобы переосмыслить транспортную инфраструктуру города. Растет интерес к V2G и в Северной Америке. В штате Калифорния разработана стратегия внедрения этой технологии на ближайшие несколько лет.

Жизнь владельца V2G-мобиля выглядит так: ночью, когда нагрузка на электросеть минимальна и тарифы на электроэнергию невысоки, электромобиль заряжается. Утром в пиковые часы, добравшись до рабочего места, водитель продает неиспользованную энергию по высокому тарифу. После обеда, в часы средней нагрузки, транспортное средство можно дозарядить, а вечером продать излишки энергии по высокому тарифу. Такая простая схема не только выгодна, но и может помочь стабилизировать работу городской энергосети. Технология V2G применима не только на личном автотранспорте: корпоративные автомобили и общественный транспорт с крупными батареями, оставаясь ночью подключенными на парковках и в депо, могут поддерживать мощность и безопасность сети.

Точно такой же принцип работает и с автономной домашней сетью. Энергообмен между автомобилем и домом становится возможным благодаря системе Vehicle-to-Home (Vehicle-2-Home, V2H). Электромобиль способен обеспечивать среднестатистический частный дом энергией в течение двух дней. Использование V2G в сочетании с V2H позволяет обладателям домашних солнечных панелей стать частью системы «протребления» — одновременного производства и потребления энергии. Получая энергию от домашних солнечных панелей, водитель заряжает свой транспорт, а затем продает излишки энергии городской сети в периоды высокой нагрузки.

Сегодня электротранспорт — это торжество инновационных технологий энергетической и машиностроительной отраслей. Электромобили способны значительно улучшить качество жизни человека. Сейчас автоконцерны, крупнейшие производители аккумуляторов, батарей и зарядных устройств, международные энергетические компании, не исключая нашу, активно ищут пути внедрения технологической концепции V2G. Ее потенциал огромен: согласно прогнозу экспертов Navigant Research, мировая выручка от решений на основе V2G к 2020 году вырастет с $900 000 до $190 млн ежегодно. Эта многообещающая цифра способна не только привлечь компании из самых различных индустрий в открытие новых перспективных сфер применения V2G, но и со временем убедить водителей сделать выбор в пользу электротранспорта.

От Forbes:

Согласно статистике, продажи электромобилей в России в прошлом году сократились на 28%. За весь 2016 год в стране удалось реализовать только 83 электромобиля. Падают в стране и продажи электрокаров Tesla: всего 34 авто (58 в 2015 году). Тогда как в мире реализация электромобилей в прошлом году выросла на 18% до 650 000 машин (550 000 в 2015 году). Среди лидеров — Китай и США. В КНР число зарегистрированных электрокаров увеличилось на 53% и достигло 1 млн единиц. Соединенные Штаты занимают второе место в мире благодаря 153 000 электромобилям, проданным в 2016 году.     

Концепция Vehicle-to-grid. Почему электромобили являются единственным шансом на развитие возобновляемой энергетики? / Хабр

Постановка проблемы

Проблема развития альтернативной энергетики, которая основана на использовании энергии ветра, солнца и топливных элементов, во всем мире вызывает огромный интерес, и ученые стараются найти новые технологии, новые устройства, которые могли бы аккумулировать энергию, хранить ее и использовать при необходимости. Одним из главных препятствий при создании накопителей электроэнергии является задача балансировки подачи в сеть энергии, которая получена от возобновляемых источников, в соответствии с потребностями потребителей. Одним из вариантов решения этой проблемы является концепция vehicle-to-grid (V2G), которая напрямую принимает участие в управлении спросом на электроэнергию и помогает избавиться от данной сложности.

Цель

Этот пост является анализом концепции двухстороннего использования электромобилей, подразумевающей подключение машины в общую электрическую сеть для подзарядки автомобиля с возможностью выдачи электроэнергии обратно в сеть для участия в управлении спросом на электроэнергию, а также выявление преимуществ и недостатков данной технологии.

Анализ

Для приведения в движение электромобилей (ЭМ) используются как синхронные, так и асинхронные двигатели. Электромобиль заряжается от источника электроэнергии, который находится вне транспортного средства, он может быть автономным – от солнечной батареи или водородного генератора, преобразующего топливо в электричество. Будущее транспорта – более эффективные системы электропривода. При рассмотрении большого количества современных электромобилей, а также мощности их систем хранения энергии были предложены дополнительные преимущества их применения как накопителей энергии. Однако есть много вопросов: какое дополнительное оборудование и программное обеспечение потребуется для доставки накопленной энергии; какие коммуникационные системы нужны; можно ли это сделать, не затрагивая потребности водителя; каково будет влияние на срок службы батареи; какие мотивы существуют для достижения этого и кто выигрывает от этой идеи.

Технология V2G подразумевает возможность организации контролируемого и двунаправленного потока электрической энергии между транспортным средством и электрической сетью. Электрическая энергия поступает от сети к автомобилю, для того чтобы зарядить батарею. Электрическая энергия отдается от транспортного средства в сеть, когда электроэнергетической компании необходима энергия, например, для обеспечения пиковой мощности. Исследования показывают, что транспортные средства не используются для активных перевозок более 90 % времени. Поэтому в это время батареи ЭМ могут использоваться для обслуживания рынков электроэнергии без ущерба для их основной транспортной функции. Технология V2G включает в себя концепции vehicle-to-home (когда электромобиль находится дома) или vehicle-to-building (когда электромобиль находится в коммерческом здании). В этих случаях батарея может использоваться для питания электрической нагрузки.

Электрическая энергия, которая хранится внутри батареи электромобилей, может быть использована для ограничения максимума нагрузки и повышения качества электрической энергии. Ограничения максимума нагрузки – это ограничение нагрузки в пиковое время. В концепции smart grid электромобиль может стать важной частью сети и действовать как распределенный источник электроэнергии. ЭМ обеспечит хранение и поддержит стабильность сети путем отдачи необходимого количества мощности с меньшим загрязнением окружающей среды. Прежде чем интегрировать ЭМ в сеть, чтобы передать мощность обратно в энергосистему, необходимо выполнить несколько условий:

• по стандарту IEEE 519 общее искажение гармоник должно быть ниже 5 %, поскольку оно напрямую связано с загрязнением сети;

• коэффициент мощности должен быть близок к единице;

• транспортное средство должно иметь достаточное количество заряда, зарезервированного в аккумуляторе.

Для зарядки или разрядки энергии задействуются три системных компонента: место, где ЭМ соединяется с электрической сетью; оборудование питания ЭМ, к которому подключается транспортное средство; аккумулятор для ЭМ с системой контроля заряда. Место, где ЭМ соединяется с электрической сетью, может быть домом владельца, парковкой или общественной зарядной станцией. ЭМ могут питаться от источников постоянного и переменного тока на различных уровнях мощности. Каждый ЭМ может иметь несколько компонентов для управления и регулирования скорости зарядки аккумулятора. Все эти компоненты играют определенную роль в определении режимов работы и функциональности.

Общество автомобильных инженеров установило уровни зарядки переменного и постоянного тока, как показано в таблице и рис. 1.

Зарядное устройство переменного тока	Зарядное устройство постоянного тока
Mode 1: 240 В, однофазное, максимум 16 A, максимум 3,8 кВт	Mode 1: 200…450 В, максимум 80 A, максимум 19,2 кВт
Mode 2: 240 В, однофазное, максимум 32 A, максимум 7,6 кВт	Mode 2: 200…450 В, максимум 200 A, максимум 90 кВт
Mode 3: подлежит определению, может быть трехфазным	Mode 4: подлежит определению, может охватывать 200…600 В, максимум 400 А, максимум 240 кВт

Рисунок 1 — Базовая структура зарядных устройств

Питание из сети подается в виде переменного тока в помещения, где установлено оборудование питания ЭМ. Аккумуляторы ЭМ хранят постоянный ток. Таким образом, для завершения зарядки требуется преобразование переменного тока в постоянный. И, наоборот, при работе в режиме V2G постоянный ток в батарее ЭМ необходимо преобразовать в переменный, для того, чтобы вернуть его в сеть.

Владельцы ЭМ смогут заряжать свои транспортные средства в четырех местах: по месту жительства или на основной ночной парковке; по месту работы; в автопарке; на коммерческих станциях.

При наличии необходимой инфраструктуры владельцы ЭМ будут подзаряжать аккумуляторы по месту жительства. Однако ЭМ придется парковать на долгое время. Необходимо учитывать, что тарифы на коммунальные услуги являются низкими в нерабочие вечерние часы, ранние утренние часы и в выходные дни. Поэтому владельцам ЭМ рекомендуется заряжать свои автомобили в это время.

Ожидается, что большая часть зарядки жилых помещений будет осуществляться через зарядку Mode 2 переменного тока, поскольку она имеет более короткое время зарядки по сравнению с Mode 1 переменного тока. Производители оборудования для зарядки переменного тока Mode 2 обеспечат различные функции (т. е. базовую зарядку, коммуникационный модуль, измеритель дохода и многофункциональный сенсорный экран). Следовательно, на основе предоставленных функций некоторые версии этого оборудования могут быть в пределах финансовой досягаемости владельцев ЭМ. Хотя зарядка переменного тока Mode 1 требует более длительного времени, некоторым владельцам ЭМ может быть достаточно восстановить емкость аккумулятора за ночь, однако Mode 1 (при наличии) вызывает перегрузку для жилых сервисных панелей, а Mode 2 постоянного тока непрактичен для дома из-за значительных затрат, необходимых для обновления коммунальной сети.

Идут споры о важности взимания платы на рабочем месте в учреждениях работодателя. Преимущества для работодателей или коммерческих хостов в плане взимания платы заключаются в предоставлении услуг своим клиентам и потенциальном доходе от рекламы. Однако работодатели могут сталкиваться с такими трудностями, как налоги, стоимость оборудования и инфраструктуры для зарядки ЭМ и управление имеющимися зарядными станциями. Кроме того, коммерческие хосты могут испытывать трудности, такие как дополнительная нагрузка на их объект, соответствующие расходы по требованию от их поставщика энергии и потеря общих парковочных мест.

ЭМ, прибывающие на работу, будут полностью заряжены до часов пикового спроса в этом районе. Затем эти ЭМ как агрегированное хранилище могут предложить более дешевое решение для удовлетворения требований пикового спроса. Также их можно использовать для энергообеспечения здания (vehicle-to-building, V2B) или поставить резервную мощность для критических бизнес-операций. Некоторые батареи ЭМ могут быть разряжены во время пика и могут не успеть зарядиться для домашней сети. Поэтому каждый владелец ЭМ должен будет определить минимальный уровень заряда аккумулятора для своего ЭМ, который будет использоваться для поездок после работы. В V2B владелец здания получает выгоду от снижения стоимости энергии, а владельцы ЭМ получают платежи от объекта за использование батареи.

Парк транспортных средств – это группы транспортных средств, принадлежащих или арендованных предприятием, государственным учреждением или другой организацией, а не отдельным лицом или семьей. Примерами являются транспортные средства, эксплуатируемые компаниями по прокату автомобилей, компаниями такси, коммунальными службами, общественными автобусными компаниями. Зарядка автопарка происходит в рабочей среде для ЭМ, принадлежащих компании. Эти ЭМ будут доступны для услуг V2G в нерабочее время. Некоторые типы автопарков могут иметь большие преимущества в области V2G, чем другие. Например, парк школьных автобусов с электроприводом может обеспечить значительную доступность накопленной энергии, которая накопится в нерабочее время. Поскольку эти автобусы имеют большие блоки батарей, эксплуатируются на известных маршрутах в будний день, а затем припаркованы на ночь и в выходные дни, потенциал V2G велик.

В настоящее время в коммерческом секторе наблюдается толчок в установке зарядных станций. Тип предприятий, которые будут устанавливать зарядные станции, будет варьироваться, а версия установленного оборудования ЭМ будет отличаться. Станции зарядки Mode 3 могут быть установлены в местах, где владельцы ЭМ будут оставаться достаточно времени, чтобы позволить аккумуляторам зарядиться. Эти места могут включать рестораны, театры, торговые центры, больницы, адвокатские конторы и стоматологические кабинеты. Зарядка постоянного тока Mode 4 может использоваться в таких местах, как рестораны, кафе, магазины и бензоколонки, поскольку клиенты получат значительный заряд за считанные минуты. Также быстрые зарядные устройства постоянного тока можно использовать на магистралях между большими городами.

Есть много вопросов реализации, которые должны быть решены, прежде чем системы V2G могут быть широко приняты. Примерами являются бизнес-процессы, публичная политика и стандартные домены.

Участниками в ускорении процесса интеграции ЭМ в энергосистему являются:

1. Электроэнергетические компании: они имеют некоторые барьеры по внедрению V2G. В качестве новой технологии барьерами V2G являются требования к совместимости, развивающиеся стандарты, влияние на срок службы батареи ЭМ и требования к задержке компьютерной сети. Нетехнологическими барьерами являются отсутствие инвестиционного капитала, ответственность и подотчетность за надежность сетей и отсутствие определенности в рыночных ценах.

2. Производители транспортных средств: крупные инвестиции были сделаны в исследования, разработки и производство ЭМ. Однако V2G вызывает неопределенность, связанную со временем автономной работы и емкостью аккумуляторов. Таким образом, демонстрационные испытания и экономический анализ необходимы для доказательства концепции и определения того, имеет ли она смысл для производителей и поставщиков батарей. Производители ЭМ не желают разрешать разряд энергии от батарей с помощью какого-либо контроля, кроме системы управления ЭМ. Это связано с тем, что открытие ЭМ для внешних интерфейсов управления, таких как сигналы цен или регулирования от коммунальных служб или накопителей, может вызвать дополнительный риск. Производители ЭМ столкнутся с трудностями, поскольку они не могут знать до доставки автомобиля, захочет ли владелец участвовать в операциях V2G или нет. Таким образом, им нужно будет либо предоставить всем автомобилям возможности длительного обслуживания автомобиля с операциями V2G, либо базовые гарантии по другим показателям, таким как количество циклов батареи.

3. Владельцы ЭМ: они будут мотивированы преимуществами, сбалансированными с рисками. Преимущества включают в себя денежные, экологические и сетевые положительные факторы, которые должны быть взвешены с учетом влияния срока службы батареи, наличия транспортного средства и простоты использования. Владельцы ЭМ должны знать, как часто и сколько им будут платить.

4. Правительство: из-за неопределенности нового рынка электротранспорта необходима четкая политика директив, стандартов и поддержки рынка.

Если батареи ЭМ напрямую подключить к шине постоянного тока, то ток заряда и разряда необходимо будет контролировать. Поэтому между шиной постоянного тока и аккумулятором необходимо ставить двунаправленный преобразователь для регулирования тока заряда и разряда. Пример топологии для системы V2G показан на рис. 2.

Рисунок 2 — Блок-схема технологии V2G

Двунаправленное зарядное устройство является интерфейсом между сетью и электромобилем; оно имеет две ступени: сетевой инвертор и повышающий или понижающий преобразователь постоянного тока. Это двунаправленное зарядное устройство может выполнять две основные функции: режим зарядного устройства и V2G (рис. 3).

Рисунок 3 — Топология двунаправленного зарядного устройства

Выводы

В результате исследования для концепции vehicle-to-grid были выделены следующие преимущества:

• выравнивание пиковой нагрузки: V2G помогает обеспечить питание сети, когда спрос высок, и заряжает батареи ЭМ ночью, когда спрос низкий;

• финансовые: владельцы ЭМ могут получить финансовую выгоду от V2G;

• для хранения возобновляемой энергии: ЭМ может помочь развитию возобновляемых источников энергии. ЭМ может хранить избыточную энергию в ветреные или солнечные периоды. Позже ЭМ может возвратить энергию назад в сеть, когда потребность высока. Таким образом, ЭМ может стабилизировать и сгладить прерывистость возобновляемой энергии;

• поддержка во время отключения электроэнергии: V2G, как ожидается, будет иметь жизненно важную роль во время отключения электроэнергии.

Однако стоит отметить, что данная концепция имеет следующие недостатки:

• капитальные и энергетические затраты на силовую электронику: для подключения ЭМ к электросети требуется двунаправленный интерфейс;

• время работы от батарей: батареи ЭМ имеют жизнь 1000 циклов. Частая зарядка и разрядка сократят время работы батарей. Следовательно, каждый владелец ЭМ должен продавать накопленную энергию обратно в сеть, когда спрос достаточно высок, чтобы вернуть стоимость;

• сложность моделирования: концепция V2G по-прежнему является текущим исследованием, поскольку большинство проектов и схем управления, предложенных учеными, слишком сложны для реализации. Еще больше исследований требуется для снижения сложности и стоимости совместимости V2G на ЭМ;

• рынок: он используется для покупки электроэнергии у владельцев ЭМ. Необходимо быть уверенным, что коммунальные службы собираются получить эти объемы энергии, ведь вся мощность от ЭМ будет передаваться в электроэнергетические компании.

Ученые должны провести достаточное количество тестирований и оценку для получения вспомогательных данных, которые позволили бы свести к минимуму риски и избавиться от барьеров при принятии V2G. Это является одним из основных препятствий для принятия решений регулирующими органами.

Преимущества электромобилей и соображения

Все виды электромобилей могут способствовать экономии топлива, снижению затрат на топливо и сокращению выбросов.

Фото из Форта

Энергетическая безопасность

Соединенные Штаты стали нетто-экспортером нефти в 2020 году, при этом экспорт превысил импорт, хотя импорт в размере 7,86 млн баррелей в день оставался важной частью балансировки спроса и предложения на внутреннем и международном рынках. рынки. В целом на транспортный сектор приходится примерно 30% общих потребностей США в энергии и 70% потребления нефти в США. Использование более энергоэффективных транспортных средств, таких как гибридные и электрические автомобили, поддерживает экономику США и помогает диверсифицировать транспортный парк США. Несколько источников топлива, используемых для выработки электроэнергии, обеспечивают более надежный источник энергии для электрифицированной части транспортного сектора. Все это способствует энергетической безопасности нашей страны.

Гибридные электрические транспортные средства (ГЭМ) обычно потребляют меньше топлива, чем аналогичные обычные транспортные средства, поскольку в них используются технологии электропривода для повышения эффективности транспортного средства за счет рекуперативного торможения, т. е. восстановления энергии, теряемой при торможении. Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и полностью электрические транспортные средства, также называемые аккумуляторными электромобилями (BEV), способны питаться исключительно электричеством, которое производится в Соединенных Штатах из природного газа, угля, атомной энергии. энергии, энергии ветра, гидроэнергетики и солнечной энергии.

Затраты

Хотя затраты на электроэнергию для электромобилей, как правило, ниже, чем для аналогичных обычных транспортных средств, закупочные цены могут быть значительно выше. Цены, вероятно, сравняются с ценами на обычные автомобили, поскольку объемы производства увеличиваются, а аккумуляторные технологии продолжают совершенствоваться. Кроме того, первоначальные затраты могут быть компенсированы за счет экономии на топливе, федерального налогового кредита, а также государственных и коммунальных льгот. Федеральная налоговая льгота на квалифицированные электромобили с подключаемым электроприводом доступна для покупок электромобилей у производителей, которые еще не достигли определенных пороговых значений продаж автомобилей. Он предоставляет налоговый кредит в размере от 2500 до 7500 долларов США для новых покупок, причем сумма определяется размером автомобиля и емкостью его аккумулятора. Некоторые штаты и электроэнергетические компании также предлагают стимулы, многие из которых можно найти в базе данных законов и стимулов. Для получения более подробной информации о доступных поощрениях свяжитесь с местной коалицией «Чистые города».

Используйте Калькулятор стоимости транспортного средства, чтобы сравнить стоимость владения отдельными моделями электромобилей и обычных транспортных средств за весь срок службы.

Экономия топлива

Электромобили могут значительно сократить расходы на топливо благодаря высокой эффективности компонентов электропривода. Поскольку полностью электрические автомобили и PHEV полностью или частично зависят от электроэнергии, их экономия топлива измеряется иначе, чем у обычных автомобилей. Обычными показателями являются мили на галлон бензинового эквивалента (MPGe) и киловатт-часы (кВтч) на 100 миль. В зависимости от того, как они управляются, сегодняшние полностью электрические автомобили малой грузоподъемности (или PHEV в электрическом режиме) могут превышать 130 миль на галлон и могут проехать 100 миль, потребляя всего 25–40 кВтч.

ГЭМ обычно обеспечивают лучшую экономию топлива и более низкие затраты на топливо, чем аналогичные обычные автомобили. Например, FuelEconomy.gov указывает Toyota Corolla Hybrid 2021 года с комбинированной оценкой экономии топлива EPA по городу и шоссе в 52 мили на галлон (MPG), в то время как оценка для обычной Corolla 2021 года (четырехцилиндровый, автоматический) составляет 34 MPG.

. Используйте инструмент «Найти автомобиль» на сайте FuelEconomy.gov, чтобы сравнить рейтинги экономии топлива отдельных гибридных и обычных моделей.

Экономия топлива полностью электрических транспортных средств средней и большой грузоподъемности и PHEV в значительной степени зависит от перевозимой нагрузки и рабочего цикла, но при правильном применении полностью электрические транспортные средства сохраняют значительное преимущество по соотношению расхода топлива и затрат по сравнению с их обычные аналоги.

Доступность инфраструктуры

Преимущество полностью электрических транспортных средств и гибридных электромобилей заключается в гибкой зарядке, поскольку электрическая сеть находится рядом с большинством мест, где люди паркуются. Для безопасной доставки энергии из электросети в аккумулятор транспортного средства необходима зарядная станция, которую иногда называют оборудованием для питания электромобилей (EVSE). Водители могут заряжаться на ночь в доме, а также в многоквартирном доме, на рабочем месте или на общественной зарядной станции, если она доступна. PHEV стали более гибкими, потому что они также могут заправляться бензином или дизельным топливом (или, возможно, другим топливом в будущем), когда это необходимо.

Общественные зарядные станции не так распространены, как заправки. Производители зарядного оборудования, автопроизводители, коммунальные службы, коалиции «Чистые города», муниципалитеты и правительственные учреждения быстро создают национальную сеть общественных зарядных станций. По данным Альтернативного локатора заправочных станций, в 2021 году количество общедоступных зарядных станций достигло более 41 000, предлагая более 100 000 мест для зарядки. Ищите электрические зарядные станции рядом с вами.

Выбросы

Электрические и гибридные транспортные средства могут значительно сократить выбросы по сравнению с обычными автомобилями. Полностью электрические автомобили не производят выбросов выхлопных газов, а PHEV не производят выбросов выхлопных газов при работе в полностью электрическом режиме. Преимущества выбросов HEV зависят от модели автомобиля и типа гибридной силовой системы.

Выбросы электромобиля в течение жизненного цикла зависят от источника электроэнергии, используемого для его зарядки, и зависят от региона. В географических районах, где для производства электроэнергии используются источники энергии с относительно низким уровнем загрязнения, электромобили, как правило, имеют преимущество по выбросам в течение жизненного цикла по сравнению с аналогичными обычными автомобилями, работающими на бензине или дизельном топливе. В регионах, которые в значительной степени зависят от традиционного производства электроэнергии, электромобили могут не демонстрировать значительного преимущества в плане выбросов в течение жизненного цикла. Используйте инструмент источников электроэнергии и выбросов, чтобы сравнить выбросы топливного цикла по типу транспортного средства и состоянию.

Аккумуляторы

Усовершенствованные аккумуляторы в электромобилях рассчитаны на длительный срок службы, но со временем изнашиваются. Несколько производителей электромобилей предлагают 8-летнюю гарантию на аккумуляторную батарею. Прогнозное моделирование, проведенное Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, показывает, что современные батареи могут работать от 12 до 15 лет в умеренном климате (от 8 до 12 лет в экстремальных климатических условиях).

Обратитесь к своему дилеру за информацией о сроке службы батареи и гарантиях для конкретной модели. Хотя производители не публикуют цены на сменные батареи, некоторые из них предлагают программы расширенной гарантии с ежемесячной оплатой. Если батареи необходимо заменить вне гарантийного срока, это может быть значительным расходом. Ожидается, что цены на аккумуляторы снизятся по мере совершенствования аккумуляторных технологий и увеличения объемов производства.

Интерактивная версия этикетки электромобиля

Прочтите текстовое описание этикетки
 

Наведите указатель мыши на цифры, чтобы увидеть подробности.

1. Технология автомобиля и топливо
Показывает тип топлива или видов топлива, которые может использовать автомобиль. Чаще всего вы увидите «Автомобиль с бензиновым двигателем», «Автомобиль с гибким топливом: бензин-этанол» или «Автомобиль с дизельным двигателем».
Подробнее об автомобильных технологиях и топливе

2. Экономия топлива
На этикетках электромобилей указаны значения эффективности использования топлива в городе, на шоссе и в смешанном цикле в милях на галлон в эквиваленте (MPGe). MPGe — это показатель, основанный на содержании энергии, который можно использовать для сравнения различных автомобильных технологий и видов топлива.
Подробнее о расходе топлива

3. Сравнение расхода топлива с другими автомобилями
Посмотрите здесь, чтобы сравнить расход топлива этого автомобиля с другими автомобилями той же категории и узнать самый высокий расход топлива среди всех автомобилей.
Подробнее о сравнении экономии топлива с другими автомобилями

4. Вы экономите
Это оценка того, насколько больше (или меньше) будет стоить топливо для этого автомобиля в течение пяти лет по сравнению со средним новым автомобилем, основанная на предположениях. указаны в печати в нижней части этикетки.
Подробнее о том, как вы экономите/тратите больше за 5 лет по сравнению со средним автомобилем

5. Расход топлива
Расчетный расход топлива в киловатт-часах на 100 миль при комбинированном движении по городу и шоссе. В отличие от MPG, потребление напрямую связано с количеством использованной электроэнергии и, следовательно, с расходами на электроэнергию.

Подробнее о норме расхода топлива

6. Ориентировочная годовая стоимость топлива
Расчетная годовая стоимость топлива для транспортного средства, основанная на предположениях, перечисленных в печати внизу этикетки.
Подробнее о расчетной годовой стоимости топлива

7. Оценка экономии топлива и выбросов парниковых газов
Оценка от 1 до 10 на основе экономии топлива и выбросов парниковых газов, где оценка 10 является наилучшей. Указатель показывает, где этот автомобиль находится в радиусе действия.
Подробнее об экономии топлива и рейтинге выбросов парниковых газов

8. CO ₂ Информация о выбросах
Показывает выбросы CO ₂ из выхлопной трубы в граммах на милю для комбинированного движения по городу и шоссе, а также выбросы автомобиля с самым низким уровнем выбросов CO

2 . У электромобилей нет выхлопных газов. Объясняется, что потребители могут узнать больше о выбросах при производстве электроэнергии на сайте www.fueleconomy.gov.
Подробнее о CO ₂ Информация о выбросах

9. Рейтинг смога
Оценка от 1 до 10, где оценка 10 является наилучшей, на основе выбросов выхлопных газов, которые способствуют загрязнению воздуха. Указатель показывает, где этот автомобиль находится в радиусе действия.
Подробнее о рейтинге смога

10. Подробности мелким шрифтом
См. здесь информацию, связанную с оценками и рейтингами, такими как предположения, использованные для определения ориентировочной годовой стоимости топлива (15 000 миль в год и 0,12 доллара США за киловатт-час).