با افزایش سریع محبوبیت خودروهای برقی جدید (NEVs)، تقاضا برای شارژ مبتنی بر جامعه کاربران خودروهای برقی (EV) افزایش یافته است. روش شارژ نامنظم سنتی نه تنها خطر بارگذاری بیش از حد شبکه برق در ساعات اوج را به همراه دارد بلکه تأمین برق مسکونی را نیز مختل می‌کند. بنابراین، مفهوم شارژ منظم به وجود آمده است که مدیریت شبکه را متحول کرده و کارایی، هوشمندی و سازماندهی شارژ خودروهای برقی جدید را افزایش می‌دهد.

شارژ منظم به عمل هدایت و کنترل شارژ وسایل نقلیه الکتریکی از طریق روش‌های اقتصادی یا فناوری اشاره دارد. هدف آن برآورده کردن نیازهای شارژ وسایل نقلیه الکتریکی در حالی است که به طور همزمان "اوج‌ها را کاهش داده و دره‌ها را پر کند" از منحنی بار شبکه برق. با این کار، نیاز به ظرفیت تولید برق اضافی را کاهش می‌دهد و توسعه هماهنگ بین صنعت وسایل نقلیه الکتریکی و شبکه برق را تضمین می‌کند.

بنابراین، شارژ منظم یک رویکرد شارژ هوشمند است که زمان‌بندی ایستگاه‌های شارژ را بهینه می‌کند و عوامل مختلفی مانند بار شبکه، تقاضای شارژ و قیمت‌های برق را در نظر می‌گیرد.

از نظر کاربرد، ایستگاه‌های شارژ عمومی، پارک‌های صنعتی، بزرگراه‌ها و سایر سناریوها معمولاً به دلیل ماهیت زمان‌حساس استفاده، به شارژ سریع و با توان بالا نیاز دارند. در مقابل، مناطق مسکونی و پارکینگ‌های محل کار انعطاف‌پذیری بیشتری در زمان شارژ ارائه می‌دهند. این سناریوهای اخیر برای پیاده‌سازی شارژ منظم ایده‌آل هستند، زیرا کاربران معمولاً نیازهای شارژ فوری کمتری دارند.

بهینه‌سازی بار شبکه: شارژ منظم می‌تواند بار شبکه برق را بهینه‌سازی کند، بار اوج را کاهش دهد و بار دره را پر کند، نه تنها به طور مؤثر فشار تأمین برق را در ساعات اوج بار شبکه کاهش می‌دهد و نوسانات بار شبکه را کاهش می‌دهد، بلکه نیازهای تولید و زندگی عادی کاربران را نیز برآورده می‌کند، انتقال روان بار برق را محقق می‌سازد و ثبات و امنیت سیستم برق را بهبود می‌بخشد.

مدیریت انرژی کارآمد: در مقایسه با قدرت خروجی ثابت ایستگاه‌های شارژ سنتی، قدرت خروجی ایستگاه‌های شارژ منظم می‌تواند در یک محدوده خاص به طور انعطاف‌پذیر تنظیم شود. این سازگاری امکان استفاده بهینه‌تر از انرژی را فراهم می‌کند و به نیازهای متنوع شارژ پاسخ می‌دهد.

تحول سخت‌افزاری

ماژول بیداری وسیله نقلیه: اطمینان از اینکه تمام وسایل نقلیه شارژی به ماژول‌های بیداری مجهز هستند، که این یک پیش‌نیاز برای شارژ منظم است.

رابطه و پروتکل ارتباطی: پایه‌های شارژ باید به رابط‌ها و پروتکل‌های ارتباطی مجهز باشند که قادر به انتقال اطلاعات کنترل باشند. ممکن است نیاز باشد سخت‌افزار برای پشتیبانی از تبادل داده‌های کارآمدتر تغییر کند.

روترهای انرژی: روترهای انرژی امکان مدیریت بار و قابلیت‌های قطع از راه دور را فراهم می‌کنند و ارتباط بین پلتفرم‌های محلی و مبتنی بر ابر را تسهیل می‌نمایند.

شارژ بهینه در منطقه ایستگاه: تحت مدل قیمت برق با زمان استفاده ثابت، ایستگاه‌های شارژ به‌طور از راه دور از طریق کنتورهای برق کنترل می‌شوند تا هزینه‌های اقتصادی به حداقل برسد.

شارژ هوشمند برای بهینه‌سازی ایستگاه: با تنظیم قیمت‌های عملیاتی، کاربران تشویق می‌شوند تا دوره‌های شارژ خارج از اوج را انتخاب کنند و از این طریق فرآیند شارژ پایدار را تضمین می‌کنند.

شارژ هوشمند برای بهینه‌سازی شبکه: این رویکرد به الگوریتم‌های بهینه‌سازی پیچیده‌ای نیاز دارد تا ثبات شبکه، مصرف انرژی‌های نو و قابلیت اقتصادی سیستم برق را متعادل کند.

ساخت پلتفرم

پلتفرم خدمات هوشمند: ایجاد پلتفرم‌های خدمات هوشمند برای ایستگاه‌های شارژ، پشتیبانی جامع از برنامه‌ریزی و مدیریت تا عملیات روزمره را فراهم می‌کند و بدین ترتیب کیفیت و کارایی کلی خدمات شارژ را افزایش می‌دهد.

حمایت سیاست و بلوغ فناوری

حمایت از سیاست: دولت‌ها در سطوح ملی و محلی باید به صدور سیاست‌هایی که شارژ هوشمند و منظم و همچنین تعامل خودرو با شبکه (V2G) را ترویج می‌کند، ادامه دهند.

فناوری بالغ: با پیشرفت‌های فناوری، مانند بهبود فناوری باتری و فناوری شارژ خودروهای برقی، شارژ منظم کارآمدتر و اقتصادی‌تر خواهد بود.

عوامل مؤثر بر شارژ هوشمند و منظم

ویژگی‌های بار شبکه برق بسته به منطقه متفاوت است: به عنوان مثال، در شانگهای چین، تابستان شاهد افزایش قابل توجهی در تقاضای اوج برق است که فشار زیادی به تأمین برق وارد می‌کند. بنابراین، تقاضای زیادی برای انعطاف‌پذیری تعامل خودرو-شبکه وجود دارد.

سیاست‌های قیمت‌گذاری برق: سیاست‌های قیمت‌گذاری برق در مکان‌های مختلف تأثیر مهمی بر اجرای شارژ هوشمند و منظم دارند. قیمت‌گذاری برق بر اساس زمان استفاده در شانگهای، با تفاوت‌های قابل توجه در قیمت‌های اوج و دره، به‌طور مؤثری مالکان خودروهای برقی را به شرکت در فعالیت‌های تعادل شبکه تشویق می‌کند.

چیدمان زیرساخت شارژ: چیدمان زیرساخت شارژ باید با برنامه‌ریزی شبکه برق هماهنگ باشد. در "برنامه توسعه پنج‌ساله دهم برای تأسیسات شارژ (تعویض) در شانگهای"، شانگهای هدف ساخت و چیدمان زیرساخت شارژ را تعریف کرده است و نیاز دارد که زیرساخت شارژ شهر باید نیاز ۱.۲۵ میلیون خودروی برقی انرژی نو را در سال ۲۰۲۵ برآورده کند.

سطح هوش تجهیزات شارژ: شارژ هوشمند و منظم نیازمند آن است که تجهیزات شارژ دارای سطح بالایی از هوش باشند و تعامل بلادرنگ با شبکه برق را تحقق بخشند. شانگهای به ترویج اتصال زیرساخت‌های خودروهای برقی پرداخته و سطح هوش و قابلیت کنترل مشترک تجهیزات شارژ را بهبود می‌بخشد.

رفتار و نیازهای کاربران کاربران در مناطق مختلف رفتارها و نیازهای متفاوتی در زمینه شارژ دارند. شارژ هوشمند و منظم نیاز دارد تا عادات و نیازهای شارژ کاربران را در نظر بگیرد. دوره شارژ مالکان خودروهای برقی در شانگهای تمایل دارد که متمرکز باشد. اگر این دوره بر روی دوره اوج بار شبکه برق همپوشانی داشته باشد، بر عملکرد ایمن شبکه برق تأثیر خواهد گذاشت.

حمایت سیاستی و مکانیزم تشویقی: حمایت سیاستی و مکانیزم‌های تشویقی برای ترویج شارژ هوشمند و منظم بسیار مهم هستند. از طریق اسناد سیاستی، شانگهای سیاست قیمت‌گذاری برق بر اساس زمان استفاده را اجرا کرده و به‌طور مداوم به پاسخگویی به تقاضای برق پرداخته است که شرایطی را برای تعامل بین وسایل نقلیه و شبکه‌ها فراهم کرده است.

استانداردها و مشخصات فنی: استانداردها و مشخصات فنی یکپارچه، اساس اجرای شارژ هوشمند و منظم هستند. به عنوان مثال، شانگهای، چین الزامات فنی برای شارژ هوشمند و پاسخ تعاملی از ایستگاه‌های شارژ هوشمند برای خودروهای برقی را صادر کرد که سناریوهای قابل اجرا، الزامات عمومی، الزامات شارژ هوشمند، الزامات پاسخ تعاملی و الزامات تعاملی پلتفرم برای شارژ هوشمند و پاسخ تعاملی ایستگاه‌های شارژ هوشمند برای خودروهای برقی را مشخص کرد.

ایمنی و قابلیت اطمینان شارژ هوشمند و منظم نیاز به تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان فرآیند شارژ دارد. در عمل تعامل خودرو و شبکه در شانگهای، واکنش‌پذیری انواع تسهیلات شارژ و تعویض مانند عمومی و خصوصی تأیید شده است و می‌توان مزایای قابل توجهی به دست آورد.

تحلیل اقتصادی: اقتصاد عامل کلیدی برای ترویج گسترده شارژ هوشمند و منظم است. تحلیل اقتصادی تعامل خودرو-شبکه در شانگهای نشان می‌دهد که انواع زیرساخت‌های شارژ و تعویض مانند عمومی و ساکنان توانایی پاسخگویی دارند و می‌توانند منافع قابل توجهی کسب کنند.

تفاوت‌های بین شارژ منظم و نامنظم

تفاوت اصلی بین شارژ منظم و شارژ نامنظم در این است که آیا رفتار شارژ خودروهای برقی (EVs) مدیریت و تنظیم می‌شود تا استفاده از انرژی به‌طور معقول‌تر و کارآمدتر انجام شود یا خیر. تفاوت‌های خاص بین آن‌ها به شرح زیر است:

مدیریت شارژ

شارژ منظم: از طریق روش‌های فنی و تدابیر اقتصادی، راهنمایی و کنترل خودروهای برقی (EVs) برای شارژ در مناسب‌ترین زمان. این معمولاً شامل استفاده از یک سیستم کنترل شارژ هوشمند برای بهینه‌سازی زمان و قدرت شارژ بر اساس بار شبکه و نوسانات قیمت برق است.

شارژ نامنظم: زمان شارژ خودروهای برقی کاملاً به عهده خود مالکان است و هیچ استراتژی مدیریت یکپارچه‌ای وجود ندارد، که ممکن است منجر به هدر رفت منابع انرژی یا ناپایداری شبکه برق در زمان اوج بار شود.

تأثیر شبکه برق

شارژ منظم: این می‌تواند به کاهش اوج بار شبکه برق کمک کند، فشار سیستم برق را کاهش دهد و ثبات و قابلیت اطمینان شبکه برق را با برنامه‌ریزی شارژ در دوره‌های تقاضای پایین برق افزایش دهد.

شارژ نامنظم: ممکن است تقاضاهای اوج بار را بدتر کند و بار روی شبکه را افزایش دهد و به طور بالقوه هزینه‌های تولید برق و سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها را بالا ببرد.

مزایای اقتصادی

شارژ منظم: با شارژ در دوره‌های قیمت پایین برق، کاربران می‌توانند هزینه شارژ را صرفه‌جویی کنند. علاوه بر این، این کار می‌تواند نرخ بهره‌برداری از تجهیزات شبکه برق را نیز بهبود بخشد که در بلندمدت به کاهش هزینه کلی تأمین برق کمک خواهد کرد.

شارژ نامنظم: کاربران ممکن است با شارژ در ساعات اوج که قیمت‌ها معمولاً بالاست، صورتحساب‌های برق بالاتری را متحمل شوند.

کاربرد فناوری

شارژ منظم: این بستگی به فناوری پیشرفته اینترنت اشیاء و استراتژی شبکه هوشمند دارد، مانند تنظیم خودکار ایستگاه‌های شارژ، رزرو و تنظیم برنامه‌های شارژ کاربران و غیره.

شارژ نامنظم: نیاز به مداخله فنی تخصصی ندارد، زیرا تصمیمات شارژ به طور کامل توسط کاربر هدایت می‌شود.

وضعیت تحقیق در مورد شارژ مرتب

تحقیق در چین

در چین، با توسعه سریع خودروهای برقی، تحقیقات مرتبط نیز در حال عمیق‌تر شدن است. تلاش‌های کنونی بر روی موارد زیر متمرکز است:

مدیریت بار مبتنی بر قیمت: استفاده از مشوق‌های قیمت برق برای تشویق به شارژ در دوره‌های بار کم شبکه، و در نتیجه هموار کردن منحنی بار.

خدمات متمرکز بر کاربر: اولویت دادن به نیازهای شارژ کاربر، مانند زمان و ترجیحات قدرت. این شامل گسترش شبکه ایستگاه‌های شارژ سریع و کند و ارائه راه‌حل‌های شارژ شخصی‌سازی شده از طریق سیستم‌های مدیریت هوشمند است.

برنامه‌ریزی زیرساخت: با توجه به روند توسعه آینده خودروهای برقی (EVs)، به‌طور منطقی چیدمان و ظرفیت تأسیسات شارژ را برنامه‌ریزی کنید. به‌عنوان مثال، بر اساس تعداد خودروهای برقی در منطقه، تقاضای شارژ و سایر عوامل، چیدمان و برنامه‌ریزی پایه‌های شارژ انجام می‌شود تا نرخ استفاده از پایه‌های شارژ بهبود یابد. با این حال، چالش‌هایی باقی مانده است، مانند عدم تطابق استانداردهای فنی، مشارکت پایین کاربران و مدیریت همکاری پیچیده بین چندین ذینفع.

پیشرفت تحقیق در خارج

در حال حاضر، کشورهای خارجی برخی از تجربیات پیشرفته و نتایج تحقیقاتی را در استراتژی کنترل شارژ منظم تأسیسات شارژ تحت محدودیت‌های بهینه‌سازی چندهدفه به دست آورده‌اند. برخی کشورها کنترل و بهینه‌سازی مؤثر شارژ خودروهای برقی را از طریق فناوری شبکه‌های هوشمند و سیستم‌های مدیریت شارژ پیشرفته تحقق بخشیده‌اند و از تحلیل‌های کلان‌داده و مدل‌های پیش‌بینی برای تنظیم دینامیک پارامترهای شارژ استفاده می‌کنند. علاوه بر این، تحقیقات جاری بر توسعه فناوری‌های نوآورانه شارژ، مانند شارژ بی‌سیم و سریع، متمرکز است تا نیازهای متنوع کاربران را برآورده کند.

تعامل وسیله نقلیه - به - شبکه و شارژ منظم

در سال‌های اخیر، دولت‌های ملی و محلی سیاست‌های متعددی را برای تقویت قابلیت‌های تعامل خودرو با شبکه در زیرساخت‌های شارژ صادر کرده‌اند. شرکت‌های شبکه برق نیز به‌طور فعال در حال بررسی روش‌های خاص تعامل بین خودروهای برقی و شبکه برق هستند.

تعامل بین شبکه کل وسیله نقلیه از حالت شارژ نامنظم که تأثیر بر شبکه برق را در ابتدا در نظر نمی‌گیرد، به ادغام عمیق شبکه حمل و نقل و شبکه برق خواهد گذشت. با در نظر گرفتن عواملی مانند سیاست‌های حمایتی، عادات کاربران، وضعیت فنی، اکولوژی صنعتی و غیره، در حداقل سه سال، شارژ منظم (V1G) قابل‌اجراترین طرح تجاری است و طرح بازسازی ایستگاه نیز این را به عنوان هدف اجرایی در نظر می‌گیرد.

از منظر تضمین ایمنی شبکه برق، این طرح به ارائه طرح ساخت ایستگاه‌های شارژ منظم می‌پردازد و بر روی تحول تجهیزات سخت‌افزاری، استراتژی‌های تنظیم و عملیات و پلتفرم اطلاعاتی تمرکز دارد. با ادغام شبکه‌های توزیع، پایه‌های شارژ، وسایل نقلیه و باتری‌ها، این ایستگاه‌ها به گونه‌ای تجهیز شده‌اند که بتوانند عملیات شارژ منظم را به طور مؤثر انجام دهند.

پایه شارژ منظم

تعریف پایانه شارژ منظم، که با توان خروجی ثابت پایانه شارژ AC سنتی ۷ کیلووات متفاوت است. توان خروجی پایانه شارژ منظم از ۱.۳ کیلووات تا ۷ کیلووات متغیر است. کل پروژه سیستم انرژی هوشمند شبکه دولتی را به عنوان ایستگاه اصلی در نظر می‌گیرد. تحت شرایطی که شبکه برق تغییر نمی‌کند و مصرف برق عادی ساکنان در جامعه تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد، یک طرح شارژ منظم بر اساس اصل "اولین ورود، اولین شارژ و شارژ رزرو شده" تدوین می‌شود. "هوشمندی" پایانه شارژ منظم در این است که به محض اینکه بار برق جامعه بیش از حد زیاد شود، پایانه شارژ زمان‌بندی شارژ را تنظیم می‌کند یا به طور خودکار توان خروجی را بر اساس استراتژی کنترل ایستگاه اصلی کاهش می‌دهد، تا اولویت را به تأمین مصرف برق زندگی عادی ساکنان بدهد. در عین حال، پایانه شارژ همچنین می‌تواند در دوره‌های قیمت پایین برق به طور مستقل شارژ شود که هزینه شارژ را کاهش می‌دهد و زمان انتظار مالک را صرفه‌جویی می‌کند.

تفاوت‌ها با ایستگاه‌های شارژ معمولی: ایستگاه‌های شارژ منظم دارای مکانیزم صف هستند که زمان شارژ را بر اساس نیازهای کاربران برای خودروهای برقی تخصیص می‌دهد، زمان انتظار خودروها در حین شارژ را کاهش می‌دهد و کارایی شارژ را بهبود می‌بخشد. ایستگاه‌های شارژ معمولی این مکانیزم را ندارند و مشکل احتمالی ترافیک باید توسط مالک خود حل شود.

ویژگی‌های کاربرپسند: ایستگاه‌های شارژ منظم اطلاعات لحظه‌ای را ارائه می‌دهند، مانند تعداد خودروهای منتظر و در دسترس بودن ایستگاه‌ها، که به کاربران این امکان را می‌دهد تا شارژ خود را به طور مؤثرتری برنامه‌ریزی کنند.

محدودیت‌های ایستگاه‌های شارژ معمولی: عدم وجود سیستم صف در ایستگاه‌های شارژ معمولی منجر به زمان‌های انتظار طولانی‌تر و برنامه‌های شارژ غیرقابل پیش‌بینی می‌شود که کاربران را ملزم به تکیه بر قضاوت شخصی یا کمک‌های خارجی می‌کند.