В наши дни есть проблема балансировки производства и потребления электроэнергии. Производители не в состоянии моментально удовлетворять потребности при пиковых нагрузках. Если крупный завод начинает потреблять значительно больше энергии, это может вылиться в перебои поставки энергии не только на этот завод, но и, например, на близлежащие жилые дома. Сегодня эта балансировка, как бы смешно это ни звучало, порой решается телефонным звонком на электростанцию с просьбой подкинуть угля.
Конечно, на увеличение мощности уходит время.
В недалеком будущем, когда электромобили будут в каждой семье, они смогут помочь в балансировке производства/потребления. Ведь в них весьма ёмкие батареи, которые смогут придержать в себе избытки электроэнергии, а при повышенном спросе отдать её обратно.
Для этого придумана технология V2G — Vehicle-to-grid.
Частота электросети
В сетях общего пользования течёт переменный ток. Он меняет своё направление, в зависимости от страны, с частотой 50-60 Герц. В один момент времени эта частота одинакова в любой точке электросети.
Она определяется скоростью вращения электрогенераторов на электростанции. Генераторы синхронизируются между собой и вращаются с той самой частотой 50 оборотов в секунду.
При повышенном количестве потребителей повышается нагрузка на сеть. И генераторам становится немного труднее крутиться. И частота вращения немного падает. При уменьшении потребления, соотвественно, нагрузка падает и генераторы крутятся немного быстрее.
От этого и частота электросети начинает меняться, как правило в пределах 49.9-50.1 Гц. По этому изменению можно определить, когда потребление превосходит производство и наоборот.
Придержать избытки
Было бы неплохо в момент перепроизводства электроэнергии её куда-нибудь сохранить. Но куда? Производство батарей большой ёмкости дорого. Но мы же помним, что будущее электромобилей не за горами, а в них есть батареи. И большую часть времени автомобили стоят на парковке. Почему бы тогда не воспользоваться этими батареями для помощи балансировки сети?
При избытке электричества электромобиль можно зарядить, а при недостатке — как ни странно, разрядить, отправляя энергию обратно в сеть и помогая удовлетворить повышенный спрос. Владельцы электромобиля за помощь электросети смогут получить энергию по более низким тарифам.
Именно это и называется V2G.
Зарядные станции
Для работы технологии нужны специальные зарядочные станции, которые умеют, на основе измерений частоты тока, моментально управлять мощностью зарядки или разрядки электромобиля.
В существующих ныне станциях, измерение частоты осуществляется внешним прибором, значение которого передается станции через протокол MODBUS (over Ethernet).
Станция общается с автомобилем по протоколу ChaDeMo, выдавая инструкции, с какой мощностью он должен заряжаться/разряжаться.
Предвосхищая опасения, что частые циклы зарядки/разрядки губят батарею, стоит заметить, что моментальная балансировка происходит только в диапазоне от 30 до 90% заряда батареи. В этом диапазоне негативное влияние на батарею незначительно.
Из существующих сегодня электромобилей, только несколько из них умеет отдавать заряд батареи обратно в сеть. Автор имел счастье испытать данную технологию на Nissan Leaf и Nissan e-NV200.
Но прогресс неостановим!
Комментарии (32)
kinall
22.07.2019 10:03+1Пожалуйста, почитайте учебник электротехники. Или хотя бы Википедию, начав со статьи «Электроэнергетика». Вашу заметку больно читать.
Engenigger
22.07.2019 10:56Сразу представляю себе ситуацию: приехал на работу, поставил на зарядку, а вечером оказалось, что АКБ заряжено всего на 30%, т.к. было жарко и для питания кондиционеров потребовалась дополнительная мощность!
terek_ambrosovich
22.07.2019 11:46+1Вообще ничто не мешает пользователю самому регулировать правила включения электромобиля в балансирующую сеть. Задавать границы по времени, цене покупки/продажи энергии, и прочая.
Т.е. при зарядке задаёте минимальный порог, ниже которого в Сеть ничего отдаваться не будет. Но теряете возможность «заработать» на своём ресурсе. И рискуете наоборот, получить повышенные счета, поскольку пока вас заряжали, стоимость энергии взлетела в разы. И вы получили своё полностью заряженное авто, но по конскому ценнику.
И всё честно.
Ну или покупайте фьючерс заранее, тогда для вас цена поставок энергии будет прогнозируемая.RusikR2D2
22.07.2019 12:29Если каждый сможет задавать сам ограничения, то польза будет минимальна. Т.к. большинство задаст слишком жесткие рамки (на всякий случай — вдруг пригодится излишек, а вдруг батарея все-таки портится и это заговор производителей, чтобы я поскорее купил новую и т.д) и какой-то значимой отдачи в сеть не будет. Поэтому, скорее всего, если такое сделают, то это зашьют в машину на заводе (при постановке на учет) и этот параметр будет регулироваться законодательно. На уровне ТО.
kinall
22.07.2019 12:37Если это назвать не каким-то страшным непонятным технарским V2G, а простым и ясным хипстерским Battery sharing'ом, то может и взлететь.
RusikR2D2
22.07.2019 12:50слишком похоже на каршеринг, в котором смысл противоположный.
В каршеринге ты пользуешься чужой (фирмы, государственной) машиной за деньги.
В V2G чужие люди (государство) пользуется твоими аккумуляторами за деньги.striver
22.07.2019 12:53В каршеринге ты пользуешься чужой (фирмы, государственной) машиной за деньги.
То есть, в каршеринге нет возможности отдавать свой автомобиль в пользование другим людям?JediPhilosopher
22.07.2019 13:23Нет, каким образом? Там на машинах стоят всякие железки, взаимодействующие с приложением шеринга: открывают двери по заявке из приложения, следят за стилем вождения, за остатком топлива и т.п… Обычная не подготовленная машина не подойдет.
Есть всякие платформы шеринга типа pool:start от YouDrive, где можно сдавать напрокат свои шеринговые машины под их брендом, не запариваясь со своим приложением, но опять же там требуется подготовка авто.
striver
22.07.2019 12:37+1Можно решить проще — подписать соглашение. Когда, где и почему. Без завода и законодательства.
terek_ambrosovich
22.07.2019 13:28+1Ну, это вопрос времени.
Первое время это можно мягко стимулировать. Если, например, за предоставление своего авто 5-8 часов в сутки в качестве единицы балансировочной сети вы получаете возможность его бесплатной зарядки на электрозаправках, или симметричный вычет из оплачиваемого энергобаланса баланса вашего дома — многие очень быстро поймут свою выгоду.
alexeimoisseev Автор
22.07.2019 13:33Не забывайте про экономический фактор. Кто-то будет заряжать на полную, а кто-то предоставит свою батарею ради скидки на электроэнергию.
progmachine
22.07.2019 18:58Вообще то, на сколько я понимаю, речь идёт о сглаживании резких перепадов нагрузки (а не о замещении генерации как таковой, пусть даже частичном), что является проблемой для крупных генераторов электроэнергии, таких как ГЭС, АЭС, ТЭС гигаваттных мощностей — там на наращивание мощности генерации, в случае резкого увеличении нагрузки, уходит очень прилично времени, от 10 до 60 секунд (вроде как), и даже может больше. Именно как раз вот этот приличный такой лаг, призваны V2G и сгладить — выдать в сеть энергию в тот момент, когда потребление резко выросло, а основная генерация ещё не успела нарастить мощность соответствующим образом, или наоборот, вобрать излишки энергии тогда, когда нагрузка на сеть резко упала, а основная генерация ещё не успела «притормозить».
По этому, если вдруг одномоментно всем стало жарко, и все одномоментно включили кондиционеры, то электромобили поддержат эту резко выросшую нагрузку максимум секунд 60, пока основная генерация набирает мощность.
Если же основная генерация в принципе не может покрыть максимальные нагрузки на сеть, то большого смысла в такой генерации нет — требуется добавить энергоблоков к электростанциям.
Для решения проблемы балансировки нагрузки и генерации, сейчас используется два вида генерации — медленная и быстрая. Медленная это та самая — ГЭС, АЭС, ТЭС гигаваттных мощностей, которые медленно наращивают или уменьшают мощность, при низкой стоимости киловатт-часа. Быстрая генерация, это та, которая может в считанные секунды нарастить или сбросить мощность, например газотурбинные электростанции не высокой мощности — десятки или максимум пару сотен мегаватт, с высокой ценой за киловатт-час. Те несколько секунд пока быстрая генерация реагирует на изменения, сглаживаются инерцией вращающихся генераторов во всей сети.
В принципе, качественно работающая V2G система может сделать «быструю» генерацию не нужной, т.к. аккумуляторы могут реагировать на изменения нагрузки почти мгновенно, и при более низкой цене за кВт*ч.tlv
23.07.2019 08:57речь идёт о сглаживании резких перепадов нагрузки (а не о замещении генерации как таковой, пусть даже частичном), что является проблемой для крупных генераторов электроэнергии, таких как ГЭС, АЭС, ТЭС гигаваттных мощностей — там на наращивание мощности генерации, в случае резкого увеличении нагрузки, уходит очень прилично времени, от 10 до 60 секунд
Но ведь сейчас автоматика частотного регулирования (и, на крайний случай, частотной разгрузки) прекрасно справляется с регулированием мощности описанных вами типов электростанций. Мощные потребители отлично знают, что мгновенное включение потребителя в несколько десятков мегаватт не лучшим образом скажется на сети, и включаются постепенно, всё само работает, и уж точно никто не «звонит на ближайшую станцию с просьбой подкинуть угля», лол (могут звонить, могут — но по другим вопросам).
Всё, что описывалось в этой статье — весь этот смарт грид нужен главным образом как костыль под плечом зелёной энергетики. Именно там есть и часто принципиальная невозможность нарастить выработку вслед за потреблением, и вообще большая доля непредсказуемости в выработке — потому что одному богу известно, какая погода будет через месяц, а ведь это не такой уж и далёкий горизонт планирования.progmachine
23.07.2019 10:05+1Такой смарт грид имел бы смысл именно для сглаживания резких неровностей потребления, давая большим электростанциям плавно управлять своей мощностью. Это позволило бы полностью отказаться от «быстрых» но дорогих и маломощных электростанций из-за их не эффективности. Сейчас себестоимость выработки 1 кВт*ч на ГЭС или АЭС составляет около 1 руб, а на «быстрой» электростанции порядка 8 руб. В общей электросети их стоимость смешивается и мы имеем цену меньше этих 8 руб. Использование батарей электромобилей для сглаживания резких перепадов нагрузки позволит отказаться от этих дорогостоящих но необходимых электростанций, тем самым снизив общую себестоимость кВт*ч.
А зелёная энергетика не состоятельна сама по себе как раз именно из-за того, что генерация не управляема и не предсказуема, и часто просто не способна увеличить мощность что бы обеспечить потребление. Зелёная может стать состоятельной только тогда, когда среднегодовая выработка будет иметь не плохой резерв по отношению к потреблению, и будет обладать огромными «ёмкостями» для хранения избытков энергии и выдаче её при неспособности основной генерации обеспечить спрос на энергию. Отсутствие таких «ёмкостей» это принципиальный фактор несостоятельности зелёной энергетики на данный момент, по мимо ещё и чрезмерной себестоимости такой энергии.
Virgo_Style
22.07.2019 14:09Было бы интересно прикинуть КПД всей этой радости. Второе — необходимая инфраструктура. Третье — управление всем этим. Автоколебания в такой системе выглядели бы очень забавно, например — качаем мегаватты из одних аккумуляторов в другие, а потом назад, теряя тут и там на преобразованиях.
bagamut
22.07.2019 17:52КПД заряд-разряд 80-85%
Подключение к типичным домовым вводам на 15 или 34 кВт, или помощнее для многоквартирных. Работает массивами от 1 МВт.
GSM модем, централизовано приходит команда — заряд/разряд.Virgo_Style
22.07.2019 18:53Т.е. в дневное время не работает, ибо стоит рядом с офисом в оффлайне. Это нехорошо, все-таки пики обычно приходятся на дневное время. КПД, на мой вкус, выглядит вполне неплохо для всего цикла выпрямление-понижение-заряд… разряд-преобразование в синусоиду-повышение.
alexeimoisseev Автор
22.07.2019 19:00Централизованное управление через интернет как раз не получится. Интернет-соединение может быть неидеальным. Команды могут не дойти до девайса. К тому же в некоторых странах явно запрещено cloud-based DLM.
Зато частота сети одинакова для всей сети, поэтому её и можно использовать, как централизованную команду.bagamut
23.07.2019 13:17Оно уже так работает. 99% доходит, работает кластерами по сотне штук, этого достаточно для эксплуатации.
tlv
23.07.2019 08:46Автор странновато видит gmart grid перспективы.
То есть, одно дело — это классика, выровнять пики производства, заряжая автомобиль именно в те моменты, когда зеленая энергетика (а весь этот карнавал нужен именно для поддержания зелёной энергетики с её непредсказуемой выработкой) дает пик производства, и не заряжать — когда не пик.
Но совсем другое — отдавать излишек в сеть, превращая батарею авто в резервную батарею электросети, расходуя на это её ресурс… Даже если автовладельцы начнут получать прибыль за счет продажи ээ обратно в сеть. Если хочется «помайнить» на скачках «курса» электроэнергии — то для этого, наверное, лучше подойдут батареи, которые будут обладать чуть другим набором параметров, чем батареи автомобиля.bagamut
23.07.2019 14:22Автомобильные как раз очень хорошо подходят, на самом деле их ресурс до 20 лет, и они все равно будут деградировать даже если их не использовать, а так деградация будет компенсироваться уменьшением расходов на потребление электричества.
latonita
23.07.2019 14:17Предвижу удобство давления на и контроля за неугодными гражданами и компаниями. Попал в опалу или перед какими либо событиями — батареи всех твоих средств передвижения заблаговременно разряжены.
tnt23
25.07.2019 07:36ChaDeMo не говорит автомобилю, с какой мощностью ему заряжаться — от автомобиля принимается запрос на нужный ток и обеспечивается его выдача. Но главное, что ChaDeMo не поддерживает самого интересного — отдачи энергии батареи авто в сеть. На это рассчитан другой стандарт, CCS.
kisaa
Напомните, закон Ома в каком классе сейчас проходят?
wiha
Ну как бы все верно. Алюминий имеет положительный ТКС.
kisaa
То есть, если я к одной горящей люстре в кухне включаю вторую в комнате — я увеличиваю сопротивление домашней электросети за счет положительного ТКС алюминия?
Icelander
Формально — да. Повышается ток, повышается нагрев проводов, растёт сопротивление.
А по факту вес этого фактора — минимален.
Видимо, автор статьи имел в виду «При повышенном количестве потребителей повышается нагрузка на сеть».
Да, конечно, за терминологией в статьях авторам надо следить. В статье есть и ещё несколько удивляющих фраз.
RedApe
Формально — нет. Подключая дополнительную нагрузку (люстру), мы создаём новую параллельную ветвь и тем самым уменьшаем общее сопротивление цепи, поэтому и растёт ток на входе в квартиру. Нагрев проводов даёт мизерный на этом фоне эффект.
Oval
Ну формально в большой энергетике электроприёмники не считаются частью сети.
alexeimoisseev Автор
Спасибо за конструктивный комментарий. Текст поправил.