مع الارتفاع السريع في شعبية المركبات الكهربائية الجديدة، زاد الطلب على الشحن القائم على المجتمع لمستخدمي السيارات الكهربائية. إن طريقة الشحن التقليدية غير المنظمة لا تعرض فقط شبكة الطاقة لخطر التحميل الزائد خلال ساعات الذروة، بل تعطل أيضًا إمدادات الكهرباء السكنية. لذلك، ظهرت فكرة الشحن المنظم، مما أحدث ثورة في إدارة الشبكة وزيادة كفاءة وذكاء وتنظيم شحن المركبات الكهربائية الجديدة.

تشير الشحن المنظم إلى ممارسة توجيه والتحكم في شحن المركبات الكهربائية من خلال وسائل اقتصادية أو تكنولوجية. هدفها هو تلبية احتياجات شحن المركبات الكهربائية مع "تخفيف الذروات وملء الوديان" في منحنى حمل الشبكة الكهربائية. من خلال القيام بذلك، تقلل الحاجة إلى قدرة توليد طاقة إضافية، مما يضمن التنمية المتناغمة بين صناعة المركبات الكهربائية والشبكة الكهربائية.

لذلك، الشحن المنظم هو نهج شحن ذكي يعمل على تحسين جدولة محطات الشحن، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل حمل الشبكة، وطلب الشحن، وأسعار الكهرباء.

فيما يتعلق بالتطبيق، تتطلب محطات الشحن العامة، والحدائق الصناعية، والطرق السريعة وغيرها من السيناريوهات عادةً شحنًا سريعًا وعالي القدرة بسبب الطبيعة الحساسة للوقت للاستخدام. بالمقابل، توفر المناطق السكنية ومواقف العمل مزيدًا من المرونة في وقت الشحن. تعتبر هذه السيناريوهات الأخيرة مثالية لتنفيذ الشحن المنظم، حيث يكون لدى المستخدمين عمومًا متطلبات شحن أقل إلحاحًا.

تحسين تحميل الشبكة: يمكن أن يؤدي الشحن المنظم إلى تحسين تحميل الشبكة الكهربائية، وتحقيق تقليل الحمل في أوقات الذروة وملء الفجوات، ليس فقط تقليل الضغط على إمدادات الطاقة خلال ساعات الذروة في الشبكة الكهربائية وتقليل تقلب تحميل الشبكة الكهربائية، ولكن أيضًا تلبية احتياجات الإنتاج والحياة الطبيعية للمستخدمين، وتحقيق الانتقال السلس لتحميل الطاقة وتحسين استقرار وأمان نظام الطاقة.

إدارة الطاقة بكفاءة: مقارنةً بالقوة الثابتة الناتجة عن محطات الشحن التقليدية، يمكن ضبط القوة الناتجة عن محطات الشحن المنظمة بشكل مرن ضمن نطاق معين. تتيح هذه القابلية للتكيف استخدام الطاقة بشكل أكثر كفاءة، مما يلبي احتياجات الشحن المتنوعة.

تحويل الأجهزة

وحدة إيقاظ المركبة: ضمان تجهيز جميع المركبات القابلة للشحن بوحدات إيقاظ، وهو شرط أساسي للشحن المنظم.

واجهة الاتصال والبروتوكول: يجب أن تكون محطات الشحن مزودة بواجهات اتصال وبروتوكولات قادرة على نقل معلومات التحكم. قد تحتاج الأجهزة إلى تعديل لدعم تبادل البيانات بشكل أكثر كفاءة.

الموجهات الطاقية: تتيح الموجهات الطاقية وظائف إدارة الحمل وإمكانيات الانقطاع عن بُعد، مما يسهل الاتصال بين المنصات المحلية والسحابية.

الشحن الأمثل في منطقة المحطة: تحت نموذج سعر الكهرباء الثابت - للاستخدام، يتم التحكم عن بُعد في أعمدة الشحن عبر عدادات الكهرباء لتقليل التكاليف الاقتصادية إلى الحد الأدنى.

الشحن الذكي لتحسين المحطات: من خلال تعديل أسعار التشغيل، يتم تحفيز المستخدمين لاختيار فترات الشحن خارج ذروة الاستخدام، مما يضمن عملية شحن مستقرة.

الشحن الذكي من أجل تحسين الشبكة: تتطلب هذه الطريقة خوارزميات تحسين متطورة لتحقيق التوازن بين استقرار الشبكة، واستهلاك الطاقة الجديدة، والجدوى الاقتصادية لنظام الطاقة.

بناء المنصة

منصة الخدمة الذكية: إن إنشاء منصات خدمة ذكية لمحطات الشحن يوفر دعمًا شاملاً، بدءًا من التخطيط والإدارة وصولاً إلى العمليات اليومية، مما يعزز الجودة العامة وكفاءة خدمات الشحن.

دعم السياسات ونضج التكنولوجيا

دعم السياسة: يجب على الحكومات على المستويين الوطني والمحلي الاستمرار في إصدار السياسات التي تعزز الشحن الذكي والمنظم، بالإضافة إلى التفاعل بين السيارة والشبكة (V2G).

تكنولوجيا ناضجة: مع تقدم التكنولوجيا، مثل تحسين تكنولوجيا البطاريات وتكنولوجيا شحن السيارات الكهربائية، سيكون الشحن المنظم أكثر كفاءة واقتصادية.

العوامل المؤثرة في الشحن الذكي والمنظم

تختلف خصائص تحميل شبكة الطاقة حسب المنطقة: على سبيل المثال، في شنغهاي، الصين، يشهد الصيف زيادة كبيرة في ذروة الطلب على الطاقة، مما يضغط على إمدادات الطاقة. لذا هناك طلب كبير على مرونة تفاعل المركبات مع الشبكة.

سياسات أسعار الكهرباء: تؤثر سياسات أسعار الكهرباء في أماكن مختلفة بشكل كبير على تنفيذ الشحن الذكي والمنظم. إن تسعير الكهرباء حسب وقت الاستخدام في شنغهاي، مع الفروقات الكبيرة بين أسعار الذروة والهدوء، يشجع بشكل فعال مالكي السيارات الكهربائية على المشاركة في أنشطة موازنة الشبكة.

تصميم بنية الشحن: يحتاج تصميم بنية الشحن إلى التنسيق مع تخطيط الشبكة الكهربائية. في "الخطة الخمسية العاشرة لتطوير مرافق الشحن (الاستبدال) في شنغهاي"، حددت شنغهاي هدف البناء وتصميم بنية الشحن، حيث يتطلب أن تلبي بنية الشحن في المدينة احتياجات 1.25 مليون سيارة كهربائية جديدة بحلول عام 2025.

مستوى الذكاء في مرافق الشحن: يتطلب الشحن الذكي والمنظم أن تتمتع مرافق الشحن بمستوى عالٍ من الذكاء وأن تدرك التفاعل في الوقت الحقيقي مع شبكة الطاقة. تروج شنغهاي لترابط بنية تحتية للسيارات الكهربائية وتحسن مستوى الذكاء وقدرة التحكم التعاوني لمرافق الشحن.

سلوك المستخدمين ومتطلباتهم يتمتع المستخدمون في مناطق مختلفة بسلوكيات ومتطلبات شحن مختلفة. يحتاج الشحن الذكي والمنظم إلى مراعاة عادات ومتطلبات شحن المستخدمين. تميل فترة شحن مالكي السيارات الكهربائية في شنغهاي إلى التركيز. إذا تم تراكبها مع فترة ذروة الحمل في شبكة الطاقة، فسوف تؤثر على التشغيل الآمن لشبكة الطاقة.

آلية الدعم والسياسات التحفيزية: تعتبر آليات الدعم والسياسات التحفيزية مهمة جداً لتعزيز الشحن الذكي والمنظم. من خلال الوثائق السياسية، نفذت شنغهاي سياسة تسعير الكهرباء حسب وقت الاستخدام وقامت باستمرار بتنفيذ استجابة الطلب على الطاقة، مما وفر الظروف للتفاعل بين المركبات والشبكات.

المعايير والمواصفات الفنية: تعتبر المعايير والمواصفات الفنية الموحدة أساساً لتنفيذ الشحن الذكي والمنظم. على سبيل المثال، أصدرت مدينة شنغهاي، الصين، متطلبات فنية للشحن الذكي والاستجابة التفاعلية لأكوام الشحن الذكي للسيارات الكهربائية، والتي نصت على السيناريوهات القابلة للتطبيق، والمتطلبات العامة، ومتطلبات الشحن الذكي، ومتطلبات الاستجابة التفاعلية ومتطلبات التفاعل على المنصة للشحن الذكي والاستجابة التفاعلية لأكوام الشحن الذكي للسيارات الكهربائية.

السلامة والموثوقية تحتاج الشحن الذكي والمنظم إلى ضمان سلامة وموثوقية عملية الشحن. في ممارسة تفاعل المركبات والشبكات في شنغهاي، تم التحقق من استجابة مرافق الشحن والاستبدال المختلفة مثل العامة وسكان المناطق، ويمكن الحصول على فوائد كبيرة.

التحليل الاقتصادي: الاقتصاد هو العامل الرئيسي للترويج الواسع النطاق للشحن الذكي والمنظم. يُظهر التحليل الاقتصادي لتفاعل المركبات والشبكات في شنغهاي أن جميع أنواع البنية التحتية للشحن والاستبدال مثل العامة وسكان المناطق لديها القدرة على الاستجابة ويمكن أن تحقق فوائد كبيرة.

الاختلافات بين الشحن المنظم والشحن غير المنظم

الفرق الرئيسي بين الشحن المنظم والشحن غير المنظم يكمن في ما إذا كان سلوك شحن المركبات الكهربائية مُدارًا ومُنظمًا لتحقيق استخدام أكثر عقلانية وكفاءة للطاقة. فيما يلي الاختلافات المحددة بينهما:

إدارة الشحن

الشحن المنظم: من خلال الوسائل التقنية والتدابير الاقتصادية، يتم توجيه والتحكم في السيارات الكهربائية للشحن في الوقت الأنسب. عادة ما يتضمن ذلك استخدام نظام تحكم ذكي في الشحن لتحسين وقت الشحن والطاقة وفقًا لحمل الشبكة وتقلبات أسعار الكهرباء.

الشحن غير المنظم: يتم تحديد وقت شحن السيارات الكهربائية بالكامل من قبل المالكين أنفسهم، ولا توجد استراتيجية إدارة موحدة، مما قد يؤدي إلى هدر موارد الطاقة أو عدم استقرار شبكة الطاقة خلال ذروة الحمل.

تأثير شبكة الطاقة

الشحن المنظم: يمكن أن يساعد في تقليل ذروة الحمل في شبكة الطاقة، وتقليل الضغط على نظام الطاقة وتعزيز استقرار وموثوقية شبكة الطاقة من خلال تنظيم الشحن خلال فترة انخفاض الطلب على الطاقة.

الشحن غير المنظم: قد يؤدي إلى تفاقم الطلبات في أوقات الذروة، مما يزيد من العبء على الشبكة وقد يؤدي إلى زيادة تكاليف توليد الطاقة واستثمارات البنية التحتية.

الفوائد الاقتصادية

الشحن المنظم: من خلال الشحن خلال فترة انخفاض أسعار الكهرباء، يمكن للمستخدمين توفير تكلفة الشحن. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحسن أيضًا من معدل استخدام معدات شبكة الطاقة، مما سيساعد على تقليل تكلفة إمداد الطاقة الإجمالية على المدى الطويل.

الشحن غير المنظم: قد يتكبد المستخدمون فواتير كهرباء أعلى عند الشحن خلال ساعات الذروة عندما تكون الأسعار عادة مرتفعة.

تطبيق التكنولوجيا

الشحن المنظم: يعتمد على تكنولوجيا إنترنت الأشياء المتقدمة واستراتيجية الشبكة الذكية، مثل التعديل التلقائي لأعمدة الشحن، وحجز وتعديل خطط شحن المستخدمين، إلخ.

الشحن غير المنظم: لا يتطلب تدخلاً تقنياً متخصصاً، حيث إن قرارات الشحن تعتمد بالكامل على المستخدم.

حالة البحث في الشحن المرتب

البحث في الصين

في الصين، مع التطور السريع للمركبات الكهربائية، تتعمق الأبحاث ذات الصلة أيضًا. تركز الجهود الحالية على:

إدارة الحمل المعتمدة على الأسعار: استخدام حوافز أسعار الكهرباء لتشجيع الشحن خلال فترات انخفاض الحمل على الشبكة، وبالتالي تسهيل منحنى الحمل.

الخدمات الموجهة نحو المستخدم: إعطاء الأولوية لاحتياجات شحن المستخدم، مثل تفضيلات الوقت والطاقة. ويشمل ذلك توسيع شبكة محطات الشحن السريع والبطيء وتوفير حلول شحن مخصصة من خلال أنظمة الإدارة الذكية.

تخطيط البنية التحتية: بالنظر إلى اتجاه التطور المستقبلي للمركبات الكهربائية، يجب التخطيط بشكل عقلاني لتوزيع وقدرة مرافق الشحن. على سبيل المثال، وفقًا لعدد المركبات الكهربائية في المنطقة، وطلب الشحن وعوامل أخرى، يتم تنفيذ توزيع وتخطيط أعمدة الشحن لتحسين معدل استخدام أعمدة الشحن. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات، مثل عدم توافق المعايير الفنية، وانخفاض مشاركة المستخدمين، وإدارة التعاون المعقدة بين عدة جهات معنية.

تقدم البحث في الخارج

في الوقت الحاضر، حصلت الدول الأجنبية على بعض الخبرات المتقدمة ونتائج البحث في استراتيجية التحكم في شحن المرافق تحت قيود تحسين متعددة الأهداف. وقد أدركت بعض الدول التحكم الفعال وتحسين شحن المركبات الكهربائية من خلال تكنولوجيا الشبكة الذكية ونظام إدارة الشحن المتقدم، باستخدام تحليلات البيانات الضخمة ونماذج التنبؤ لضبط معلمات الشحن ديناميكيًا. بالإضافة إلى ذلك، تركز الأبحاث الجارية على تطوير تقنيات شحن مبتكرة، مثل الشحن اللاسلكي والسريع، لتلبية احتياجات المستخدمين المتنوعة.

تفاعل المركبة - مع الشبكة والشحن المنظم

في السنوات الأخيرة، أصدرت الحكومات الوطنية والمحلية العديد من السياسات لتعزيز قدرات التفاعل بين المركبات والشبكة في بنية الشحن التحتية. كما أن شركات الطاقة الكهربائية تستكشف بنشاط الممارسات المحددة للتفاعل بين المركبات الكهربائية والشبكة الكهربائية.

ستمر التفاعل بين شبكة المركبات بالكامل عبر عدة مراحل من وضع الشحن غير المنظم الذي لا يأخذ في الاعتبار التأثير على شبكة الطاقة في البداية إلى التكامل العميق بين شبكة النقل وشبكة الطاقة. مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل السياسات الداعمة، وعادات المستخدمين، والحالة التقنية، والبيئة الصناعية، وما إلى ذلك، فإن الشحن المنظم (V1G) هو الأكثر جدوى تجارياً في غضون ثلاث سنوات على الأقل، كما أن خطة إعادة بناء المحطات تأخذ هذا كهدف للتنفيذ.

من منظور ضمان سلامة شبكة الطاقة، يقترح المخطط خطة بناء لمحطة شحن منظمة، مع التركيز على تحويل المعدات الأساسية، واستراتيجية التنظيم والتشغيل، ومنصة المعلومات. من خلال دمج الشبكات التوزيعية، وأعمدة الشحن، والمركبات، والبطاريات، تكون هذه المحطات مجهزة لإجراء عمليات شحن منظمة بشكل فعال.

محطة شحن مرتبة

حدد محطة الشحن المرتبة، والتي تختلف عن الطاقة الناتجة الثابتة لمحطة الشحن التقليدية بقدرة 7 كيلووات. تتراوح الطاقة الناتجة لمحطة الشحن المرتبة من 1.3 كيلووات إلى 7 كيلووات. يأخذ المشروع بأكمله نظام الطاقة الذكية لشبكة الدولة كمحطة رئيسية. في ظل عدم تعديل شبكة الطاقة وعدم التأثير على استهلاك الكهرباء العادي للسكان في المجتمع، يتم وضع خطة شحن مرتبة وفقًا لمبدأ "الأولوية للأول، والشحن المحجوز". تكمن "ذكاء" محطة الشحن المرتبة في أنه بمجرد أن يكون حمل الكهرباء في المجتمع كبيرًا جدًا، ستقوم محطة الشحن بضبط تسلسل وقت الشحن أو تقليل الطاقة الناتجة تلقائيًا وفقًا لاستراتيجية التحكم في المحطة الرئيسية، وذلك لإعطاء الأولوية لضمان استهلاك الكهرباء العادي لحياة السكان. في الوقت نفسه، يمكن لمحطة الشحن أيضًا أن تشحن بشكل مستقل خلال فترة انخفاض أسعار الكهرباء وفقًا لاستراتيجية الشحن الذكي، مما يقلل من تكلفة الشحن ويوفر وقت الانتظار للمالك.

الاختلافات عن محطات الشحن العادية: تتميز محطات الشحن المنظمة بآلية الطابور التي تخصص وقت الشحن للسيارات الكهربائية وفقًا لاحتياجات المستخدمين، مما يقلل من وقت انتظار المركبات أثناء الشحن ويزيد من كفاءة الشحن. تفتقر محطات الشحن العادية إلى هذه الآلية، ويجب على المالك حل مشكلة الازدحام المحتملة بنفسه.

ميزات سهلة الاستخدام: توفر محطات الشحن المرتبة معلومات في الوقت الفعلي، مثل عدد المركبات المنتظرة وتوفر المحطات، مما يمكّن المستخدمين من تخطيط شحنهم بشكل أكثر فعالية.

قيود محطات الشحن العادية: إن غياب نظام الانتظار في محطات الشحن العادية يؤدي إلى أوقات انتظار أطول وجداول شحن غير متوقعة، مما يتطلب من المستخدمين الاعتماد على الحكم الشخصي أو المساعدة الخارجية.