Scientific journal
Название журнала на английском

1 1
1

Рассматриваются вопросы оценки потерь энергии в жизненном цикле тягового электропривода (от источника энергии до колеса для перспективного парка электромобилей). Приведен алгоритм методики оценки потерь энергии в источнике генерации на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях, в электрических сетях и трансформаторных подстанциях и на пунктах заправки. Приведены результаты оценки потерь энергии в каждом из указанных элементов жизненного цикла.

Известно, что использование тягового электропривода в качестве энергоустановки на автотранспортных средствах имеет значительные экологические преимущества по сравнению с энергоустановками на жидком нефтяном или газовым моторном топливе [1].

Согласно данным аналитического агентства «Автостат», на 01.01.2020 год в России было зарегистрировано 4,6 тыс. электромобилей, что составляет менее 0,01 % численности автомобильного парка. Однако по мнению специалистов, среднесрочной и долгосрочной перспективе доля в автомобильном парке автомобилей с электроприводом может возрасти до 5-10 % [2, 3], прежде всего в крупных городах. В этой связи актуальной становится проблема изыскания дополнительных мощностей производства электроэнергии для нужд автомобильного транспорта, а также развития распределительной и заправочной инфраструктуры [4]. Между тем, увеличение численности зарядных станций для быстрой или медленной зарядки электромобилей, рост протяженности электросетей и трансформаторных станций приведет к увеличению энергетических потерь в каждом из элементов технологической цепи жизненного цикла энергоресурса – от получения электроэнергии на электростанциях до затрат энергии на привод электромобиля и обеспечения комфорта в салоне. Необходимо разработать методику, которая позволит оценить энергозатраты от «источника до колеса» применительно к парку автотранспортных средств с тяговым электроприводом города, региона или государства.

Основными источниками потерь энергии в жизненном цикле электроэнергии для использования в электромобилях являются генерирующие станции, электросети, трансформаторные подстанции, пункты заправки, а также сами электромобили при выполнении транспортной работы.

В Российской Федерации основными типами генерирующих электростанций являются тепловые, работающие на газообразном, жидком и твердом топливе, атомные и гидроэлектростанции. Их доли в выработке электроэнергии соответственно составляют 64, 19 и 17 процентов, а коэффициент полезного действия – в среднем 33, 42 и 92 процентов.

Потери при передаче электроэнергии от электростанции до потребителя

Фактические потери электроэнергии – разность электроэнергии, поступившей в сеть, и электроэнергии, отпущенной из сети потребителя, можно оценить по формуле [5]

kutirin01.wmf кВт.ч (1)

где Wp – значение реактивной составляющей потребляемой электроэнергии за рассчитываемый период, кВт.ч; Wa – значение активной составляющей потребляемой электроэнергии за рассчитываемый период, кВт.ч; Uср – среднее напряжение линии за рассчитываемый период, кВ; Ro- удельное активное сопротивление на 1 км провода (кабеля) при его температуре 20 °С (паспортные данные), Ом/км; L – длина линии, км; T – число часов эксплуатации линии за рассчитываемый период, ч.

Эти потери включают в себя: потери энергии в элементах сети, имеющие чисто физический характер, расход электроэнергии на работу оборудования, установленного на подстанциях и обеспечивающего передачу электроэнергии, погрешности фиксации электроэнергии приборами ее учета, коммерческие потери, обусловленные хищениями электроэнергии.

При рассмотрении потерь необходимо определится с динамикой развития структуры парка автотранспорта в России по типу энергоустановок. По прогнозам МАДИ в 2030 парк легковых, грузовых электромобилей и электробусов по разным сценариям будет составлять 1,145-1,15 млн. ед., а в 2050 5,6-11,7 млн. ед.

Энергетические потери при различных видах зарядки электромобилей оценивались исходя из допущения, что при обычной зарядке легкового электромобиля при времени заряда около 7 часов потери энергии составят при:

зарядке от бытовой сети на самой зарядной станции – 1,95 %;

зарядке от трехфазной сети с мощностью 44 кВ*ч – 3,2 %;

ускоренной зарядке от постоянного тока и мощностью 110 кВ*ч – 8,54 %. Во время быстрой зарядки может наблюдаться значительный нагрев ёмкостных ячеек и ШИМ контролера [6].

По данным исследования стоит отметить достаточно значительное количество энергетических потерь при прогнозируемом развитии электротранспорта в России. Потери рассмотрены на полном цикле зарядки – с момента генерации электроэнергии до конечного процесса зарядки электромобиля составляют 19 %.