Материалы Международной студенческой научной конференции
Студенческий научный форум 2024

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ ПАРКА ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ

Кутырин Б.А. 1 Носов С.М. 1
1 Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
1. Трофименко Ю.В. Теория экологических характеристик автомобильных энергоустановок. Автореферат дис. ... доктора технических наук / Моск. гос. автомобильно-дорожный ин-т. Москва, 1996.
2. Трофименко Ю.В., Комков В.И., Григорьева Т.Ю. Прогноз численности и структуры автомобильного парка Российской Федерации по экологическому классу, типу энергоустановок и виду топлива на период до 2030 года / В сборнике: Урбоэкология. Экологические риски урбанизированных территорий. Научный симпозиум. – Самарский научный центр РАН, Самарский государственный технический университет. 2017. С. 196-212.
3. Trofimenko Y., Komkov V., Donchenko V. Problems and prospects of sustainable low carbon development of transport in Russia / В сборнике: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 3. Сер. «International Conference on Sustainable Cities» 2018. С. 012014.
4. Власова И.. Без питания: почему электромобили не ездят по России. Газета.ru [Электронный ресурс] https://www.gazeta.ru/business/2020/02/02/12939890.shtml (дата доступа 07.02.2020).
5. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчётов, 2015. – 456 с.
6. ГОСТ Р МЭК 61851-1-2014, Система токопроводящей зарядки электромобилей. Часть 1, Общие требования, IEC 61851-1:2010, Electric vehicle conductive charging system, Part 1: General requirements, (IDT), Издание официальное, 2014.

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 %.


Библиографическая ссылка

Кутырин Б.А., Носов С.М. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ ПАРКА ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2024". – 2020. – № 5. – С. 89-90;
URL: https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=307 (дата обращения: 22.05.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674