Встатье будет представлено исследование о создании сети станций быстрого заряда для электромобилей на примере г. Москва в других регионах России. В ходе изучения данного вопроса будут рассмотрены существующая инфраструктура станций быстрого заряда, перспективы и проблемы, технические характеристики и особенности воздействия данной концепции на городскую инфраструктуру России. На основе анализа делается вывод о перспективах развития и интеграции данной модели инфраструктуры в других регионах страны.
Ключевые слова: электромобиль, электрозаправки, обслуживание электромобилей, городская инфраструктура, электробусы.
1. Введение
На мировой рынок стремительно выходят электромобили. Их успех открывает большие возможности для декарбонизации транспортного сектора, улучшение экологической обстановки в мире. В 2018 году был зафиксирован рекордный показатель объем продаж электрокаров в мире — 2,1 млн. По оценкам экспертов к 2030 г. объем продаж электромобилей может достичь 27 млн. единиц, что в свою очередь увеличит спрос на электро-заправочные станции.
Рис. 1. Динамика продаж классических и электромобилей 2015–2018 г
Также в России активно развивается сеть общественного транспорта на экологичном топливе: в феврале 2019 года мэр Москвы С. С. Собянин на своей пресс-конференции сказал, что в Москве с 2021 года будут закупать только электробусы [2]. Тут возникает вопрос об оснащенности автобусных парков и депо электрозаправками и оборудованием для зарядки и обслуживания электробусов.
Москва заключила контракт с ПАО «КамАЗ» на поставку 100 электробусов и 36 ултьтрабыстрых зарядных станций к ним. На данный момент Москва является лидером в Европе по количеству электробусов на городских маршрутах — 281 электробус. В 2021 года это количество будет от 600 до 800 единиц в год.
При стабильном росте спроса на электрокары на данный момент существует перечень препятствий быстрого развития данного сектора:
− слабая государственная поддержка
− высокая стоимость электрокаров и электробусов, относительно аналогов с ДВС
− неразвитая сеть заправочных станций
− ограниченные климатические условия эксплуатации
В ходе международных исследований установлено, что продажи электрокаров быстрее всего растут в регионах с высоким доходом и легким доступом к инфраструктурам тарификации. В ходе опросов выявил наиболее важные причины, по которым европейские клиенты не могут покупать электрокары [3]. Чаще всего назывались две причины: небольшой диапазон выбора и отсутствие государственных инфраструктур тарификации. Обследование в Латвии выявило отсутствие инфраструктуры зарядки и высокие затраты в качестве основных барьеров, препятствующих использованию электромобилей [4]. Подводя итог, можно сказать, что наличие общественной инфраструктуры зарядки является ключевым фактором для прогресса электрической мобильности. Различные исследования и свидетельствуют о том, что отсутствие государственной инфраструктуры наряду с нынешними высокими издержками являются основными препятствиями на пути к массовому внедрению электрокаров
2. Концепция станций быстрой подзарядки
Увеличивающийся спрос на легковой и общественный электротранспорт привел к тому, что предприятия начали внедрять новые концепции инфраструктуры для электрокаров, которое позволят покрывать текущие потребности людей.
На сегодняшний день в Москве станции подзарядки представлены в виде станций ультрабыстрой подзарядки (6–10 минут), подзарядки в депо (3–14 часов), динамической подзарядки — для общественного транспорта и концепцией станций быстрой подзарядки — для легкового и общественного транспорта [5]
С учетом перспективы дальнейшего развития сферы электромобилей и следует заранее рассматривать возрастающие мощности зарядных станций
Ключевые аспекты концепции станций быстрой подзарядки:
Для легкового транспорта:
− Доступность зарядных станций
− Быстрая зарядка
− Стоимость
− Простота
Для общественного транспорта (электробусы):
− Мощность зарядных станций
− Время заряда
− Унификация
Уменьшение времени заряда позволяет повысить эффективность системы зарядных станций путем сокращения времени ожидания окончания заряда, уменьшения необходимого количества точек подключения и как следствие уменьшения необходимого места для организации пунктов заряда. Сокращение времени при «быстром заряде» до 30 минут позволяет эффективно использовать «точечные» пункты заряда с минимальным количеством занимаемого места и максимальной пропускной способностью и напротив — «медленные» зарядные станции с временем заряда 5–10 часов не требуют больших пиковых мощностей при эксплуатации и больше подходят для установки в местах длительной стоянки автомобилей.
Таблица 1
Сравнение систем заряда
|
Медленный заряд |
Быстрый заряд |
|
+Меньшая стоимость за точку заряда |
-Выше стоимость заряда |
|
+Меньше пиковая мощность |
-Выше пиковая мощность |
|
- Увеличение количества точек |
+ Уменьшение количества точек за счет пропускной способности |
|
- Долгий процесс заряда |
+ Быстрая зарядка до 30 минут |
|
- Только в местах длительной стоянки |
+Установка в местах кратковременных стоянок |
Разрешением вопросов связанных с выделением больших мощностей для организации пунктов быстрого заряда является использование существующей сети тяговых подстанций как площадки для развертывания пунктов заряда.
Наличие нужных резервов мощности, распределение по всей территории города, существующая служба обслуживающего персонала, а так же размещение рядом с основными маршрутами пассажирского транспорта являются ключевыми факторами в определении стратегии формирования городской сети станций быстрого заряда для электромобильного транспорта.
Таблица 2
|
|
Время заряда |
Пиковая мощность |
|
Медленный заряд |
10–30 минут |
55 кВт |
|
Быстрый заряд |
3–14 часов |
4–10 кВт |
На примере Москвы рассмотрим реализацию концепции сети быстрых зарядных станций
Рис. 2. Расположения тяговых подстанций в Москве
Тяговая подстанция оснащается зарядным устройством, подключаемым к существующей системе электроснабжения троллейбуса (трамвая) и терминалом для быстрого заряда электромобилей и электробусов.
Оборудование для использования мощностей тяговых станций
В качестве резерва мощности тяговой подстанции возможно использование тягового напряжения 600В постоянного тока. Наличие необходимых «излишков» мощности делает возможным организацию пунктов быстрого заряда без увеличения установленной мощности подстанций.
Рис. 3. Интеграция зарядного устройства на тяговой подстанции
Таблица 3
Существуют различные виды зарядных станций (ЗС):
|
ТП/ПС |
Вход |
±600В/ ˜380В |
|
Выход |
0–500В 150А |
|
|
Тяговые подстанции |
Вход |
±600В |
|
Выход |
0–500В 150А |
|
|
Пром сеть |
Вход |
380В |
|
Выход |
0–500В 150А |
|
|
Тяговая подстанция |
Вход |
±600В |
|
Выход |
0–500В 1000А |
Большой выбор разработанных зарядных станций позволяет осуществлять быстрый заряд от сети тяговой подстанции, промышленной сети и токами до 1000А для заряда электробусов.
Зарядная станция ЗСЭ-140–400
Назначение: Зарядные станции серии ЗСЭ-140–400 предназначены для зарядки электромобилей и электробусов общественного транспорта на литиевых батареях. В конструкции используются высокочастотный способ преобразования напряжения постоянного тока тяговой подстанции напряжением 600В в напряжение до 560В постоянного тока величиной до 140А.
Функции зарядной станции ЗСЭ-140–400:
− — управление зарядом производится как в автоматическом режиме с использованием системы контроля состояния аккумуляторов BMS, так и в ручном режиме. Зарядная станция имеет защиту от перенапряжений, защиты по току и напряжению заряда, по температуре и от неправильной полярности включения. Основные функции управления зарядом:
− установка выходных значений тока и напряжения заряда;
− выбор способа зарядки (по времени, по количеству затраченной на заряд электроэнергии, на определенную сумму оплаты, до полной емкости);
− выбор времени включения/выключения заряда
− органы управления зарядом (включение/отключение);
− индикатор хода зарядки (напряжение, ток, время окончания заряда);
− индикация неисправности узлов;
− выбор способа оплаты.
Основные технические характеристики:
Мощность 56 кВт
Входное напряжение постоянного тока 450–720В
Выходное напряжение 400–560В
Выходной ток 0–140А
КПД не менее 0,9
Рабочая температура -40 — +60°С
Увеличение мощности зарядной станции производится путем параллельного соединения зарядных станций ЗСЭ-140–400.
Рис. 4. Силовой разъем YPES-15–1197E
Конструктивные особенности:
Станция ЗСЭ-140–400 состоит из трех частей
− — шкаф защиты ШЗ-ЗСЭ, в котором размещается быстродействующий выключатель постоянного тока и двухполюсный разъединитель с моторным приводом, габаритные размеры шкафа 400×2000×600мм
− инвертор ИНВ-ЗСЭ-140–400, который преобразует напряжение с шин постоянного тока тяговой подстанции в заданное напряжение заряда, обеспечивает защиту от коротких замыканий и перегрузок на выходе зарядной станции. Инвертор имеет модульную конструкцию и состоит из 14 инверторов малой мощности (ПНР -160М(400В/10А), работающих параллельно. На выходе инвертора установлен двухполюсный разъединитель с приводом. Габаритные размеры шкафа 800×2000×800 мм.
− зарядный терминал с «пистолетом» — силовым разъемом для подключения к электробусу и к цепям контроля зарядом BMS.
Рис. 4. Зарядный терминал быстрой подзарядки
Данная система подзарядки имеет как объективные плюсы, так и минусы. К минусам можно отнести высокую стоимость данных станций, относительно «медленных», более высокую нагрузку на сеть. А среди преимуществ можно перечислить:
− универсальность (можно заряжать как легковой, так и общественный транспорт)
− унификацию
− скорость зарядки (около 30 минут)
− доступность
− масштабируемость
Со временем и развитием технологий в городах будет использоваться комплексный подход, с возможностью использовать различные способы подзарядки электрокаров — медленные зарядки на станциях/дома, ультрабыстрые, бесконтактные, с динамической зарядкой и тд. Концепция станций быстрой зарядки — это еще один шаг к более технологичному и экологичному будущему.
Выводы:
На основе анализа сети станций быстрой подзарядки в г. Москва можно сделать вывод, что при наличии достаточных резервов тяговых подстанций данную концепцию можно применять в других городах России.
Наиболее перспективными городами для использования данной концепции являются города миллионники с развитой дорожной инфраструктурой, умеренным или теплым климатом и высоким экономическим потенциалом: Санкт-Петербург, Казань, Нижний Новгород, Самара, Ростов-на-Дону
В ходе анализа было выявлено, что концепция быстрой зарядки имеет ряд значительных преимуществ: универсальность, время зарядки, доступность. Данные характеристики являются привлекательными для текущего потребителя, поэтому можно судить о том, что при распространении данных станций в крупных городах страны получиться стимулировать рост спроса на электрокары
В заключении исследования стоит отметить, что для развития инфраструктуры зарядных станций нужна поддержка государства, создание более выгодных условий для покупки и эксплуатации электрокаров и комплексный подход по решению текущих проблем. Существующие и будущие проекты по внедрению экологичного вида транспорта в городах России могут оказать большое влияние на изменение облика транспортной системы страны.
Литература:
- Прогноз продаж электромобилей (Источник: исследование Liberty Marketing) [Электронный ресурс] URL: https://express.liberty7.ru/blog/electric-cars-rossia-mir (дата обращения 21.04. 2020)
- Динамика парка электромобилей 7. Собянин принял постановление о переходе на электробусы в Москве с 2021 года // «РИА Новости» от 08.08.2017 [Электронный ресурс] URL: https://ria.ru / society / 20170808 / 1499970378.html (дата обращения:19.03.2019)
- Horizont, Was spricht aus Ihrer Sicht gegen die Anschaffung eines Elektroautos?, https://de.statista.com/statistik/ daten/studie/164474/umfrage/top-10-gruende-fuer-dieablehnung-von-elektroautos/, 2017. Retrieved 17.07.2019
- A. Barisa, M. Rosa, A. Kisele, Introducing electric mobility in latvian municipalities: Results of a survey, Energy Procedia 95 (2016) 50–57
- Электробус — технические особенности вариантов исполнения [Электронный ресурс] URL: http://www.mosgortrans.ru / fileadmin / projects / electrobus / HTC_08.09.2017 / Electrotransservice.pdf
- https://docplayer.ru/29085720-Koncepciya-razvitiya-gorodskoy-seti-stanciy-bystrogo-zaryada-elektromobiley.html
