CC BY
78
Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esi.today 2020, №5, Том 12 / 2020, No 5, Vol 12 https://esj.today/issue-5-2020.html URL статьи: https://esj.today/PDF/54SAVN520.pdf Ссылка для цитирования этой статьи:
Анисимов И. А., Горбунова А. Д. Закономерности эксплуатации городской зарядной инфраструктуры электромобилей для оценки ее энергообеспечения от различных источников энергии // Вестник Евразийской науки, 2020 №5, https://esj.today/PDF/54SAVN520.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
For citation:
Anisimov I.A., Gorbunova A.D. (2020). Patterns of the urban charging infrastructure operation for electric vehicles to assess its energy supply from various energy sources. The Eurasian Scientific Journal, [online] 5(12). Available at: https://esj. today/PDF/54S AVN520.pdf (in Russian)
Статья подготовлена в рамках реализации государственного задания в сфере науки на выполнение научных проектов, выполняемых коллективами научных лабораторий образовательных организаций высшего образования, подведомственных Минобрнауки России по проекту: «Новые закономерности и решения для функционирования городских транспортных систем в парадигме «Переход от владения личным автомобилем к мобильности как услуге»» (№ 0825-2020-0014, 2020-2022 гг.).
УДК 625.748.54 ГРНТИ 73.43.71
Анисимов Илья Александрович
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», Тюмень, Россия
Профессор, ведущий научный сотрудник Кандидат технических наук, доцент E-mail: anisimovia@tyuiu.ru
Горбунова Анастасия Дмитриевна
ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», Тюмень, Россия
Младший научный сотрудник E-mail: gorbunovaad94@gmail.com
Закономерности эксплуатации городской зарядной инфраструктуры электромобилей для оценки ее энергообеспечения от различных источников энергии
Аннотация. В настоящее время в мире наблюдается активное развитие возобновляемых источников энергии. Их доля в общем количестве произведенной электрической энергии достигла 26 %. Однако применение данных технологий при энергообеспечении объектов в городах имеет некоторые недостатки, одним из которых является отсутствие стабильности в количестве вырабатываемой энергии. Для решения данной проблемы в настоящее время используются аккумуляторные батареи. Развитие электрических транспортных средств, которые могут быть применены в системе энергообеспечения городов в качестве дополнительных мобильных, позволит в будущем снизить капитальные затраты на создание систем энергообеспечения с возобновляемыми источниками энергии. При этом данная тенденция должна также сопровождаться развитием соответствующей зарядной инфраструктуры. Таким образом, цель данной статьи заключается в изучении функционирования существующей зарядной инфраструктуры и оценке возможности ее энергообеспечения от возобновляемых источников энергии. В статье представлен анализ ранее выполненных работ в области организации системы энергообеспечения объектов от возобновляемых источников энергии и с применением электрических транспортных средств, как дополнительных мобильных аккумуляторных батарей. В результате анализа авторами
статьи было выявлено, что до настоящего момента не разработана комплексная методика расчета параметров зарядной инфраструктуры, которая будет учитывать особенности функционирования существующей сети и позволит снизить капитальные затраты для владельцев зарядной инфраструктуры, а также эксплуатационные затраты для владельцев электромобилей. Авторами статьи проведена обработка и представлены результаты анализа данных об особенностях функционирования существующей зарядной инфраструктуры в различных городах Российской Федерации. Полученные результаты являются одним из аспектов, который будет учитываться при разработке инструмента для выравнивания распределения спроса в течение года в холодных климатических районах и постоянства нагрузки, способствующей повышению использования энергосистемы от возобновляемых источников энергии. Также полученные результаты будут основой для разработки алгоритма подбора необходимого оборудования.
Ключевые слова: зарядная инфраструктура; возобновляемые источники энергии; электромобили; закономерности функционирования; город; энергообеспечение; зарядная сессия
Возобновляемые источники энергии являются одним из основных экологически чистых направлений развития энергообеспечения объектов в городах [1-3]. В 2018 году их доля в общем количестве произведенной электрической энергии достигла 26 % [4]. Данные тенденции обусловлены снижением затрат на оборудование и развитием станций от возобновляемых источников энергии. Также положительное влияние оказало внедрение стимулирующей политики. Наиболее активно развиваемыми видами возобновляемых источников энергии являются ветер и солнце. Доля ветряной и солнечной энергии в 2018 году составила более 9 % от общего количества выработанной энергии [4]. При этом, несмотря на значительное замедление роста потребления электроэнергии в 2019 г. на 2,9 пунктов, наблюдается увеличение количества энергии полученной от солнца на +11 % и от ветра на +22 % [5].
Применение данных технологий при энергообеспечении объектов в городах сопровождается некоторыми недостатками, одним из которых является изменчивость количества вырабатываемой энергии. Для решения данной проблемы в настоящее время используются аккумуляторные батареи, которые приводят к частичному увеличению капитальных затрат. Согласно мнению, представленному в отчете IRENA, в качестве накопителей энергии от возобновляемых источников могут выступать электромобили, количество которых к 2030 г. должно увеличиться до 160 млн единиц [6] Для реализации данного подхода предполагается создание и развитие умных зарядных сетей, которые позволят не только потреблять, но и отдавать энергию в электросети города.
В настоящее время развитие электротранспорта и внедрение программ по повышению экологичности автомобильного транспорта привели к созданию и развитию зарядной инфраструктуры [7; 8]. На 1 января 2018 г. наиболее развитая зарядная инфраструктура была создана в Нидерландах [9]. Здесь количество зарядных станций на 100 км автомобильных дорог составило 19,3 ед. Суммарное количество зарядных станций в мире в этом же году превысило 5 млн единиц, при этом только 540 000 зарядных станций являлись общественными [9]. Данное отношение обусловлено отсутствием развитой зарядной инфраструктуры в городах, что характерно для Российской Федерации. В этом случае резко увеличивается количество «точек подключения», организованных владельцами электромобилей. Согласно данным IRENA дальнейшее развитие подобной самостоятельно организованной зарядной инфраструктуры может привести к резкому увеличению потребляемой энергии в часы пиковой нагрузки на
Введение
энергосистему города [10]. Поэтому создание общественной зарядной инфраструктуры является обязательным условием развития электромобилей, которые могут быть использованы как движимые накопители энергии при организации энергообеспечения объектов города от возобновляемых источников.
В настоящее время существуют исследования, направленные на организацию зарядной инфраструктуры. Авторы данных работ, как правило, рассматривают только модели расположения зарядной инфраструктуры или определяют их необходимое количество. Разработка модели расположения зарядных станций основывается на расстоянии до электрической сети или пешеходную доступность зарядной станции для водителей электромобилей. Расчет необходимого количества зарядных станций учитывает социально-экономические факторы и образ потенциального владельца электромобиля. При этом принципы эксплуатации существующей зарядной инфраструктуры, как правило, не рассматриваются. Хотя авторы исследований, направленных на проектирование автообслуживающих предприятий, отмечают важность изучения особенностей эксплуатации существующей зарядной инфраструктуры. Это позволит снизить капитальные затраты на создание сетей и эксплуатационные затраты для владельцев электромобилей. Поэтому данное исследование направлено на разработку методологии для определения необходимого количества зарядных станций для электромобилей и их расположения на территории города. Оно будет основываться не только на образе потенциального владельца электромобилей, но и на особенностях функционирования существующей зарядной инфраструктуры.
Цель данной статьи заключается в изучении функционирования существующей зарядной инфраструктуры и оценке возможности ее энергообеспечения от возобновляемых источников энергии.
Возобновляемые источники энергии, рассматриваемые в современных исследованиях, являются одним из способов снижения нагрузки на энергосеть города в пиковые часы [11]. Так Bernie D.P. предложено создавать фотоэлектрическую систему зарядных станций для электромобилей на парковках около мест труда, для того чтобы снизить пиковую нагрузку на электрическую сеть города в вечернее время [12]. Однако существуют исследования, которые рассматривают возможность восполнения энергии в домашней сети, использующей для энергообеспечения фотоэлектрические панели. Для этого анализируются баланс электрической энергии, а также технические характеристики электромобилей, используемых для восполнения энергии в сети [13-15]. Полученные результаты показывают, что использование электромобилей для восполнения энергии в домашних энергосетях способно снизить пиковую нагрузку на 37 %.
Реализация данных методов снижения пиковой нагрузки на сеть требует создания систем интеллектуального управления зарядной инфраструктурой. Это является одним из направлений будущих исследований в области развития зарядной инфраструктуры [16]. Системы V2G (автомобиль-электрическая сеть), позволяющие координировать действия участников энергосистемы города, является обязательным элементом развития интеллектуальной зарядной инфраструктуры. В настоящее время установлено, что неконтролируемая и случайная зарядка электромобилей может привести к повышенным потерям и изменению диапазонов пиковой нагрузки в сети города [17]. Решение данных проблем достигается путем разработки стратегии управления временными рамками заряда электромобилей. Это позволит достичь снижения затрат на генерацию необходимой энергии.
Влияние зарядной инфраструктуры на нагрузку электрической сети города изменяется путем подбора оптимального ее типа (быстрые зарядные станции / обмен батарей, домашние зарядные станции, общественные зарядные станции / рабочие места) [18]. Однако данный метод, как правило, может быть использован только на стадии проектирования. В ходе
эксплуатации зарядной инфраструктуры для снижения пикового спроса в электрической сети от зарядной инфраструктуры рассматривают системы интеллектуального управления нагрузкой, которые учитывают зоны времени, предпочитаемые владельцами электромобилей для зарядки [19]. Определение времени подключения и отключения электромобилей от зарядных станций предложено определять с помощью датчиков, установленных в транспортные средства или объекты подключения [20; 21]. Данные устройства также позволят дифференцированно начислять плату за потребление энергии или передачи ее обратно в энергосеть города. Тарифное регулирование в данном случае предложено реализовать с помощью моделирования многослойного рынка, который будет включать в себя агрегаторов (продавцов энергии энергосети), владельцев электромобилей (продавцов энергии агрегаторам) и элементов умной городской энергосистемы (покупателя электроэнергии) [22]. Результаты данного моделирования показывают, что предлагаемый подход значительно увеличивает полезность электромобилей по сравнению с классическим способом их эксплуатации. Но, по мнению L. Drude, реализация данного подхода требует жесткого регулирования тарифов [23]. В противном случае он может вызвать резкое падение цен на электроэнергию.
Развитие представленных технологий возможно только при создании зарядных устройств, использующих возобновляемые источники энергии. В настоящее время M. Singh, P. Kumar и I. Kar разработали устройство для внедрения зарядной инфраструктуры в интеллектуальную сеть [24]. Данное устройство способно удовлетворять различным требованиям владельцев электромобилей путем изменения скорости заряда, состояния заряда батареи и другое. Y. Garkynak и A. Khaligh предложили систему для заряда электромобиля от домашней сети, использующей фотоэлектрические панели, устойчивую в течение всего года в Чикаго, США [25]. Основные физические и электрические требования к общедоступным зарядным станциям с питанием от альтернативных источников энергии также являются важным этапом создания зарядной станции, что представлено в работе [26]. В данном случае требования были получены на основе сравнительного анализа различных механизмов преобразования энергии от возобновляемых источников.
Интеграция возобновляемых источников энергии в зарядную инфраструктуру способствует не только снижению пиковой нагрузки в энергосети города, но также и повышению прибыльности зарядных станций. Внедрение фотоэлектрических элементов и ветрогенератора в быструю зарядную станцию позволили снизить капитальные затраты на установку станций [27]. Развитие подобных технологий приводит к повышению вовлеченности различных энергетических организаций в создание зарядной инфраструктуры [28; 29].
Важным условием проектирования сети зарядных станций является определение их оптимального положения на территории города и необходимое количество. Определение местоположения зарядных станций с возобновляемыми источниками энергии, как правило, основано на минимизации потерь энергии и отклонения напряжения в распределительной сети [30; 31]. Расчет численности зарядных станций, который определяет мощность, генерируемую возобновляемыми источниками энергии, выполняется на основе теории систем массового обслуживания и имитационном моделировании особенностей их функционирования [32; 33].
Таким образом, до настоящего момента исследования в области организации зарядной инфраструктуры не разработали комплексных методик расчета параметров зарядной инфраструктуры при энергообеспечении от возобновляемых источников энергии. Они не рассматривали особенности функционирования существующей сети зарядных станций, что может дать возможность снизить капитальные затраты для ее владельцев, а также эксплуатационные затраты для владельцев электромобилей. При этом полученные закономерности способствуют оценке возможности энергообеспечения существующей зарядной инфраструктуры от возобновляемых источников энергии.
Методы
Особенности функционирования зарядной инфраструктуры были выявлены на основе анализа массива данных о количестве зарядных сессий, выполняемых в различное время суток в трех городах РФ, которые на 1 июля 2019 г. обладали наибольшим количеством зарядных станций. Это были г. Москва, г. Санкт-Петербург и г. Тюмень. Выбор данных городов также был обусловлен их климатическими особенностями.
Исходными данными для анализа являются:
• количество зарядных сессий, выполняемых совокупностью зарядных станций в течение суток;
• количество электромобилей, использующих общественную зарядную инфраструктуру;
• количество зарядных станций на территории города;
• время суток, в которое выполняется зарядная сессия.
Данные были получены с помощью программы, уведомляющей о подключении к зарядной станции PlugShare. Их обработка и анализ выполнялся в программе Microsoft Excel.
Результатами исследования стали:
• кривые изменения количества зарядных сессий, выполняемых общественными зарядными станциями в течение суток, в различные месяцы года;
• кривые изменения количества электромобилей, заряжаемых от общественной зарядной инфраструктуры в различные месяцы;
• кривые изменения количества зарядных сессий одного электромобиля в течение месяца;
• кривая коэффициента использования общественной зарядной станции в течение суток.
Полученные результаты позволят разработать подход к подбору возобновляемых источников энергии для энергообеспечения общественной зарядной инфраструктуры в ходе следующих этапов исследования.
Результаты
Количество зарядных сессий, выполняемых общественными зарядными станциями в течение суток, имеет вероятностный характер. Поэтому для определения данного показателя, характерного каждому месяцу года, были построены функции распределения и определено их математическое ожидание. Полученные результаты были представлены с помощью кривых, отражающих изменение количества зарядных сессий в различных городах, что представлено на рисунке 1.
В ходе анализа представленных данных установлено, что при значительном понижении температуры, которое наблюдается в г. Тюмени в зимний период, происходит снижение количества зарядных сессий, выполняемых общественной зарядной инфраструктурой. В качестве предположения первоначально авторами была выдвинута гипотеза о том, что при понижении температуры в зимний период наблюдается снижение численности эксплуатируемых электромобилей. Однако кривые, которые представлены на рисунке 2, не подтверждает данную гипотезу.
2018 год 2019 год
(С)
Рисунок 1. Кривые изменения количества зарядных сессий, выполняемых общественной зарядной инфраструктурой, в течение года для: а - г. Москвы, b - г. Санкт-Петербург, c - г. Тюмени (разработано автором)
2018 года 2019 года
(с)
Рисунок 2. Кривые изменения количества электромобилей, заряжаемых от общественной зарядной инфраструктуры в: а - г. Москве, Ь - г. Санкт-Петербурге, c - г. Тюмени (разработано автором)
Количество электромобилей в зимний период, использующих общественную зарядную инфраструктуру, остается неизменным. Данную гипотезу также подтверждают данные, полученные ранее авторами о количестве зарядных сессий 1 электромобиля в течение месяца, что представлено на рисунке 3.
2018 год 2019 год
(С)
Рисунок 3. Кривые изменения количества зарядных сессий 1 электромобиля, выполняемых общественной зарядной инфраструктурой в течение месяца в: а - г. Москве, Ь - г. Санкт-Петербурге, с - г. Тюмени (разработано автором)
Понижение температуры окружающего воздуха вызывает снижение количества зарядных сессий 1 электромобиля, выполняемых общественной зарядной инфраструктурой в течение месяца. В результате в зимний период при низких температурах воздуха количество зарядных сессий от домашней точки подключения увеличивается. Причинами данного явления, полученными в ходе ранее проведенного этапа исследований, стали снижение скорости передачи энергии тяговой аккумуляторной батарее электромобиля, а, следовательно, увеличение продолжительности заряда.
Данные кривые позволяют в будущем нам разработать инструменты для более равномерного распределения спроса в течение года в холодных климатических районах и постоянства нагрузки, способствующей повышению использования энергосистемы от возобновляемых источников энергии. Также полученные результаты будут основой для разработки алгоритма подбора необходимого оборудования.
Развитию альтернативных источников энергии при энергообеспечении зарядной инфраструктуры также должен способствовать подход владельцев электромобилей к временному диапазону заряда транспортных средств. Кривые, описывающие коэффициент использования зарядной станции в течение суток в настоящее время, представлены на рисунке 4.
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Время суток
---Эмпирическая кривая изменения коэффициента использования
зарядной станции
-Теоретическая кривая изменения коэффициента использования
зарядной станции
Рисунок 4. Кривые изменения коэффициента использования зарядных станций в течение суток (разработано автором)
В ходе анализа представленных данных установлено, что пик количества зарядных сессий, выполняемых общественными зарядными станциями, приходится на дневное время суток. Данное распределение способствует энергообеспечению зарядных станций от фотоэлектрических панелей. Однако при более подробном рассмотрении также видно, что значительное количество зарядных сессий, выполняется в вечерние часы пиковой нагрузки на энергетические сети. В данном случае энергообеспечение зарядной инфраструктуры от возобновляемых источников энергии может быть затруднено, так как согласно ранее приведенным работам в вечерние часы пик электромобиль должно отдавать излишки энергии в электросети города. Поэтому для повышения согласованности генерации энергии от возобновляемых источников энергии (а именно, солнца и ветра), необходимо проводить стимулирование и вводить интеллектуальные системы управления для смещения представленного распределения коэффициента использования на утреннее с 9:00 и дневное до 17:00 время.
Обсуждение
Представленные в статье подходы и результаты позволяют по-иному взглянуть на вопрос размещения зарядных станций на территории городских агломираций. Предлагаемые ранее подходы, в основном зарубежными авторами включают в себя факторы, не приемлемые на территории Российской Федерации. В качестве главенствующих факторов были выбраны количество зарядных сессий и количество электромобилей. Также был рассмотрен вопрос о возможности применения возобновляемых источников энергии для использования в зарядной инфраструктуре электротранспорта.
Развитие электромобилей является одним из направлений, способствующих увеличению доли энергии, генерируемой возобновляемыми источниками энергии.
В результате анализа ранее выполненных работ установлено, что в настоящее время активно развиваются технологии получения, накопления и передачи энергии электромобилями. Однако для реализации данного подхода необходимо разработать обоснованный подход к расчету необходимого количества зарядных станций и их расположения.
В ходе экспериментальных исследований получены кривые об изменении спроса на зарядные станции в течение года, а также распределение количества зарядных сессий в течение суток. Авторами установлено, что в зимний период при значительном понижении температуры наблюдается снижение спроса на зарядные станции. Это обусловлено увеличение продолжительности времени заряда электромобиля. При изучении распределения количества
зарядных сессий авторами выявлено, что для повышения эффективности использования возобновляемых источников энергии необходимо провести его смещение в сторону утреннего и дневного диапазона времени заряда. Это позволит снизить нагрузку на электрическую сеть города в вечерние часы пиковой нагрузки.
Полученные результаты исследования позволят в дальнейшем разработать инструменты для более равномерного распределения спроса в течение года в холодных климатических районах и постоянства нагрузки, способствующей повышению использования энергосистемы от возобновляемых источников энергии. Также полученные результаты будут основой для разработки алгоритма подбора необходимого оборудования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Anisimov, I.A., Burakova, A.D. and Burakova, L.N. (2018). Increasing the efficiency of electricity production from renewable source for charging electric vehicles. Inter. Multi-Conf. on Ind. Engin. and Mod. Techn. 46: 18393143. DOI: 10.1109/FarEastCon.2018.8602620.
2. Burakova, A.D., Burakova, L.N., Anisimov, I.A. and Burakova, O.D. (2017). Evalution of the operation efficiency of solar panels in winter. IOP Conf. Ser.: Eath and Environ. Sci. 72 (1): 012022. DOI: 10.1088/1755-1315/72/1/012022.
3. Khemariya, M. and Mittal, A. (2010). Modeling & simulation of different components of a stand-alone photovoltaic and PEM fuel cell hybrid system. Inter. J. on Emerging Techn. 1(2): 60-67.
4. IRENA (2018). Renewable capacity statistics 2018. Available at: https://www.irena.org/publications/2018/Mar/Renewable-Capacity-Statistics-2018. Accessed on 10 June.
5. IRENA (2019). A report from the international renewable energy agency to the G20 climate sustainability working group. Available at: https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2019/Jun/IRENA_G20_climate_sustainabili ty_2019.pdf. Accessed on 10 June.
6. IRENA (2019). Innovation outlook: Smart charging for electric vehicles. Available at: https://www.irena.org/publications/2019/May/Innovation-Outlook-Smart-Charging. Accessed on 10 June.
7. Gorbunova, A.D., Anisimov I.A., Fadyushin, A.A., Tishin, M. and Zakharov, D.A. (2019). Assessment of modern technology influence in the transport industry to reduce carbon dioxide emissions. IOP Conf. Ser.: Eath and Environ. Sci. 224 (1): 012050. DOI: 10.1088/1755-1315/224/1/012050.
8. Anisimov, I.A., Gorbunova, A.D., Burakova, L.N. and Burakova, O.D. (2018). Evaluation of the effectiveness of the adaptive traffic management system for its development and interaction with electric transport. IOP Conf. Ser.: Eath and Environ. Sci. 177(1): 012013. DOI: 10.1088/1755-1315/177/1/012013.
9. IRENA (2019). Innovation landscape brief: Electric-vehicle smart charging. Available at: https://irena.org/-
/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2019/ Sep/IRENA_EV_smart_charging_201 9.pdf?la=en&hash=E77FAB7422226D29931E8469698C709EFC13EDB2. Accessed on 10 June.
10. IRENA (2016). The Renewable Route to Sustainable Transport: A Working Paper based on Remap. Available at: https://www.irena.org/publications/2016/Aug/The-Renewable-Route-to-Sustainable-Transport-A-working-paper-based-on-Remap. Accessed on 10 June.
11. Frade, I., Ribeiro, A., Goncalves, G. and Antunes, A. (2011). Optimal location of charging stations for electric vehicles in a neighborhood in Lisbon, Portugal. Trans. Res. Rec. Jour. of the Trans. Res. Board. 225 (2): 91-98.
12. Gimenez-Gaydou, D., Ribeiro, A., Gutierrea, J. and Antunes, A. (2016). Optimal location of battery electric vehicle charging stations in urban areas: A new approach. Inter. Jour. of Sus. Trans. 10 (4): 393-405.
13. Mak, H., Rong, Y. and Shen, Z. (2013). Infrastructure planning for electric vehicles with battery swapping. Management science. 59 (7): 1557-1575.
14. Daskin, M. (2008). What you should know about location modeling. Naval Res. Logist. 405 (5): 283-294.
15. Daskin, M. (2013). Network and Discrete Location. Models, Algorithms, and Applications. New Jersey: John Wiley & Sons.
16. Mahor, A., Khan, A. and Soni, M. (2013). Development and simulation of solar photovoltaic model using Matlab/simulink. Inter. J. on Emerg. Techn. 4(1): 62-65.
17. Birnie, D. P. (2009). Solar-to vehicle (S2V) systems for powering commuters of the future. J. of Power Sour., 186: 539-542.
18. Li, Ch., Luo, F., Chen Y., An, Y., Xu, Z. and Li, X. (2017). Smart home energy management with vehicle-to-home technology. IEEE Inter. Conf. on Control and Autom. 109: 136-142. DOI: 10.1109/ICCA.2017.8003048.
19. Yoshimi, K., Osawa M., Yamashita, D., Niimura, T., Yokoyama, R., Masuda, T., Kondou, H. and Hirota, T. (2012). Practical storage and utilization of household photovoltaic energy by electric vehicle battery. IEEE PES Innov. Smart Grid Techn. (ISGT). 192: 1-8. DOI: 10.1109/ISGT.2012.6175688.
20. Mahmud, K., Morsalin, S., Kafle, Y.R. and Town G.E. (2016). Improved peak shaving in grid-connected domestic power systems combining photovoltaic generation, battery storage, and V2G-Capable Electric Vehicle. IEEE Intern. Conf. on Power Sys. Techn. (POWERCON). 356: 1-4. DOI: 10.1109/POWERCON.2016.7753990.
21. Rahman I., Vasant, P.M., Singh, B.M., Wadud, M.A. and Adnan, N. (2016). Review of recent trends in optimization techniques for plug-in hybrid, and electric vehicle charging infrastructures. Renew. and Sustain. Energy Rev. 58: 1039-1047.
22. Deilami, S., Masoum, A.S., Moses, P.S. and Masoum, M.A. (2011). Real-time coordination of plug-in electric vehicle charging in smart grids to minimize power losses and improve voltage profile. IEEE Trans. on smart grid. 2 (3): 456-467.
23. Liu, J. (2012). Electric vehicle charging infrastructure assignment and power grid impacts assessment in Beijing. Energy Policy. 51: 544-557.
24. Masoum, A.S., Deilami, S., Moses P.S., Masoum M.A.S. and Abu-Siada, A. (2010). Smart load management of plug-in electric vehicles in distribution and residential networks with charging stations for peak shaving and loss minimization considering voltage regulation. IET Gen. Trans. and Dist. 5(8): 877-888.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
Shahin, S., Narumanchi, K.R. and Gurkan, D. (2012). Plug-in electric vehicle battery sensor interface in Smart Grid network for electricity billing. IEEE Sen. Applications Symposium Proceedings. 197: 1-4. DOI: 10.1109/SAS.2012.6166314.
Simonov, M. (2011). Mastering cooperation: electric vehicle and smart grid. International Conference on ITS Telecommunications. 186: 480-485. DOI: 10.1109/ITST.2011.6060105.
Lam, A.Y.S., Huang, L., Silva, A. and Saad, W. (2012). A multi-layer market for vehicle-to-grid energy trading in the smart grid. Proceedings IEEE INFOCOM Workshops. 204: 85-90. DOI: 10.1109/INFCOMW.2012.6193525.
Drude, L., Junior, L.C.P. and Ruther, R. (2014). Photovoltaics (PV) and electric vehicle-ot-grid (V2G) strategies for peak demand reduction in urban regions in Brazil in a smart grid environment. Renewable Energy. 68: 443-451.
Singh, M., Kumar, P. and Kar, I. (2012). A model of Electric Vehicle charging station compatibles with Vehicle to Grid scenario. IEEE Inter. Electric Vehicle Conf. 61: 1-7. DOI: 10.1109/IEVC.2012.6183223.
Gurkaynak, Yu. and Khaligh, A. (2009). Control and power management of a grid connected residential photovoltaic system with plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) load. IEEE Applied Power Electron. Conf. and Exp. 143: 2086-2091. DOI: 10.1109/APEC.2009.4802962.
Carli, G. and Williamson, Sh. S. (2013). Technical considerations on power conversion for electric and plug-in hybrid electric vehicle battery charging in photovoltaic installations. IEEE Trans. on power electron. 28(12): 5784-5792.
Dominguez-Navarro, J. A., Dufo-Lopez, R., Yusta-Loyo, J.M., Aral-Sevil, J. S. and Bernal-Agustin, J.L. (2019). Design of an electric vehicle fast-charging station with integration of renewable energy and storage systems. Electric. Power and Energy Sys. 105: 46-58.
Apajalahti, E., Temmes, A. and Lempiala, T. (2018). Incumbent organizations shaping emerging technological fields: cases of solar photovoltaic and electric vehicle charging. Techn. analysis and strategic manage. 30: 44-57.
Anisimov Ilya Alexandrovich
Industrial university of Tyumen, Tyumen, Russia E-mail: anisimovia@tyuiu.ru
Gorbunova Anastasiya Dmitrievna
Industrial university of Tyumen, Tyumen, Russia E-mail: Gorbunovaad94@gmail.com
Patterns of the urban charging infrastructure operation for electric vehicles to assess its energy supply from various energy sources
Abstract. Currently, there is an active development of renewable energy sources in the world. Their share in the total amount of generated electricity reached 26 %. However, the use of these technologies in the energy supply of objects in cities has some disadvantages, one of which is the lack of stability in the amount of generated energy. To solve this problem, rechargeable batteries are currently used. The development of electric vehicles, which can be used as additional mobile ones in the energy supply system of cities, will provide in the future to reduce capital costs for the creation of energy supply systems with renewable energy sources. However, this trend should also be accompanied by the development of an appropriate charging infrastructure. Thus, the purpose of this article is to study the functioning of the existing charging infrastructure and assess the possibility of its energy supply from renewable energy sources. The article presents an analysis of previously performed work in the field of organizing a power supply system for objects from renewable energy sources and using electric vehicles as additional mobile storage batteries. As a result, authors of the article highlighted that a comprehensive method for calculating the parameters of the charging infrastructure has not yet been developed, which will take into account the peculiarities of the functioning of the existing network and will reduce capital costs for owners of charging infrastructure, as well as operating costs for owners of electric vehicles. The authors processed and presented the results of the data analysis on the features of the existing charging infrastructure in various cities of the Russian Federation. These results are one aspect that will be considered when developing a tool to equalize the distribution of demand throughout the year in cold climates and a constant load, which contributes to increased use of the energy system from renewable energy sources. Also, the results obtained will be the basis for the development of an algorithm for the selection of the necessary equipment.
Keywords: charging infrastructure; renewable energy sources; electric vehicles; patterns of functioning; city; energy supply; charging session
