Зарядная станция стоит сотни тысяч долларов. На второй день напряжение в сети падает с 400 В до 320 В, одновременно отключаются три быстрых зарядных устройства постоянного тока, а водители оставляют отзывы с одной звездой. В стране со стабильной электросетью это всего лишь инцидент. В стране с нестабильной электросетью это обычный вторник.

В Нигерии, Пакистане, Бангладеш и Узбекистане первым фактором при планировании станции зарядки электромобилей является не “сколько зарядных устройств установить”, а “сколько электроэнергии может надежно подавать сеть”. Вы можете купить лучшие зарядные устройства на рынке, но электричество вам не принадлежит. Решение принимает сеть. В этой статье объясняется, как спланировать станцию, которая будет продолжать работать, даже когда сеть выходит из строя.

1. Первичная диагностика: нестабильность сети — это четыре различные проблемы.

“Нестабильная энергосеть” — довольно расплывчатое выражение. С инженерной точки зрения, существует четыре отдельные проблемы, и для решения каждой из них требуется свой подход.

Провалы и скачки напряжения. При запуске мощного двигателя или переключении тяжелой нагрузки напряжение падает ниже 90 процентов от номинального значения или резко возрастает выше 110 процентов на период от десятков миллисекунд до нескольких секунд. Силовые модули в зарядном устройстве постоянного тока чувствительны к входному напряжению, и модуль с узким допуском сработает при таких колебаниях.

Промежуточное отключение. В часы пик сеть перегружена, и напряжение падает до 340 или 320 В и остается на этом уровне в течение часа или двух. Это не кратковременный сбой. Зарядное устройство либо снижает мощность, либо отключается.

Отключения электроэнергии и веерные отключения. Энергетическая компания отключает электроэнергию в жилых районах по скользящему графику. Это может быть два часа в день или полдня за раз. Это самый худший вид отключений, потому что нет запаса времени.

Дрейф частоты и потеря фазы. Дрейф частоты более чем на 1 процент от 50 Гц (или 60 Гц) или обрыв одной фазы трехфазного питания. Потеря фазы особенно опасна. Она может привести к выходу из строя силового модуля.

Диагностика проста. Установите на рассматриваемом объекте регистратор качества электроэнергии и записывайте напряжение, частоту, фазовый баланс и отключения в течение недели. Этот шаг обойдется в несколько сотен долларов и сэкономит вам сотни тысяч на переделках в будущем.

2. Шаг первый: Рассматривайте пропускную способность сети как первое ограничение, а не парковочные места.

Стандартная логика планирования такова: 20 парковочных мест, следовательно, 20 зарядных устройств. В стране с нестабильной энергосетью эта логика неверна.

Правильная последовательность действий такова: сначала проверьте, какой запас мощности остался у трансформатора, затем решите, сколько зарядных устройств вы можете использовать и с какой мощностью.

Произведите расчеты. Зарядное устройство постоянного тока мощностью 120 кВт при полной нагрузке потребляет примерно 150 кВА кажущейся мощности, если учесть коэффициент мощности и запас прочности. Если трансформатор имеет в запасе всего 400 кВА, можно использовать два зарядных устройства мощностью 120 кВт. Если же использовать четыре, трансформатор перегрузится. Либо произойдет срабатывание защиты, либо энергокомпания оштрафует вас.

В этот момент у вас есть три варианта: модернизация подключения, добавление накопителей энергии или управление нагрузкой. Модернизация энергосистемы требует денег и времени, и она работает только в том случае, если в сети изначально есть электроэнергия. Для большинства объектов решением является использование накопителей энергии в сочетании с управлением нагрузкой, а не ожидание подключения энергосистемы.

Коммерческая станция быстрой зарядки электромобилей постоянным током мощностью 60-240 кВт в Непале

3. Оборудование: Перед включением проверьте диапазон входного напряжения.

В стране со стабильной электросетью выбор зарядного устройства зависит от мощности и скорости зарядки. В стране с нестабильной электросетью в первую очередь проверяют более базовую характеристику: диапазон входного напряжения.

Силовые модули зарядного устройства постоянного тока работают непосредственно от трехфазного источника питания. Допуск входного напряжения определяет, будет ли зарядное устройство снижать мощность и продолжать зарядку во время просадки напряжения, или же полностью отключится. Конструкция с широким диапазоном напряжений (например, 380 В плюс-минус 20 процентов) продолжает зарядку с пониженной мощностью даже при падении напряжения до 320 В. Зарядное устройство с узким диапазоном напряжений может остановиться при 350 В.

Обратите внимание на три вещи:

• Диапазон входного напряжения. Чем шире, тем лучше. Он напрямую определяет, насколько хорошо зарядное устройство справляется с колебаниями напряжения.

• Активная коррекция коэффициента мощности (PFC). Обеспечивает стабильность выходной мощности во время колебаний напряжения, предотвращая его смещение в зависимости от сети.

• Снижение мощности на уровне модуля. При низком напряжении или высокой температуре модуль снижает мощность, а не отключается для собственной защиты. Снижение мощности и продолжение зарядки — это две совершенно разные ситуации для водителя, в отличие от срабатывания защиты и остановки.

Добавьте стабилизатор напряжения (AVR), защиту от перенапряжения и защиту от молнии. Важно помнить: в стране с нестабильной электросетью способность зарядного устройства выдерживать колебания напряжения важнее, чем его пиковая мощность.

4. Архитектура: Накопитель энергии выступает в роли буферного слоя.

В условиях нестабильной энергосистемы хранение энергии — это не просто желательный, а необходимый элемент. Оно выполняет три функции.

Сглаживание пиковых нагрузок. Зарядная станция — это классический пример пиковой нагрузки. Несколько зарядных устройств, работающих на полной мощности, приближают пиковую нагрузку к пределу возможностей трансформатора. Накопители разряжаются в пиковый момент и заряжаются в спад, сглаживая этот пик. Это позволяет сэкономить на двух вещах: риске перегрузки трансформатора и плате за пиковое потребление, которую энергоснабжающая компания выставляет вам в счет.

Перекрытие отключения электроэнергии. Когда электросеть отключается, в дело вступает накопитель энергии, и зарядные устройства продолжают работать. Продолжительность работы зависит от емкости. Возьмем, к примеру, накопитель энергии емкостью 120 кВт·ч и двунаправленный инвертор мощностью 60 кВт. Во время отключения электроэнергии он может поддерживать работу нескольких зарядных устройств на пониженной мощности и пережить двухчасовое отключение электроэнергии.

Сглаживание нагрузки. Система хранения фильтрует прерывистый входной сигнал сети, благодаря чему зарядные устройства получают более чистое питание, что снижает износ модулей.

Какой объем хранилища? Ключевой параметр — продолжительность отключений, которую инженеры называют часами автономной работы. Два часа ежедневных отключений и восемь часов ежедневных отключений означают четырехкратную разницу в объеме хранилища. Не гадайте. Сначала получите данные об отключениях на объекте, а затем произведите расчеты.

Компания Anari Energy обеспечивает электроэнергией национальную автомагистраль Камбоджи с помощью экономичной системы быстрой зарядки постоянным током.

5. Солнечная энергия, накопители энергии и зарядка: комплексное решение для слабозащищенных и автономных систем электроснабжения.

В некоторых местах электросеть слишком слаба, чтобы ею вообще пользоваться: на отдалённых автомагистралях, шахтах, островах. Именно здесь стандартным решением становится солнечная энергия, накопители энергии и зарядка.

В течение дня солнечная энергия напрямую поступает в зарядные устройства, а излишки поступают в аккумулятор. Ночью аккумулятор разряжается. Весь объект может работать автономно или в режиме микросети, не завися от стабильности электросети вообще.

Но солнечная энергия в сочетании с накопителями — это не панацея. Решение о добавлении солнечной энергии зависит от двух факторов: местной годовой солнечной радиации и цены на электроэнергию. Там, где солнечная радиация высока, а электроэнергия дорога, солнечная энергия окупается за несколько лет. Там, где солнечная радиация низка, а электроэнергия дешева, солнечная энергия становится обузой. Добавляйте солнечную энергию, потому что это выгодно с точки зрения статистики, а не потому, что это выглядит привлекательно с точки зрения экологичности.

6. Управление нагрузкой: используйте ограниченную мощность в полной мере, не спорьте из-за неё.

Ограниченная пропускная способность сети не означает, что нужно устанавливать меньше зарядных устройств. Ключевой момент — предотвратить одновременное потребление зарядными устройствами всей мощности.

Динамическая балансировка нагрузки (DLB) делает именно это: от сети мощностью 200 кВт можно питать четыре зарядных устройства мощностью 120 кВт каждое. Система отслеживает общую нагрузку в режиме реального времени, и когда зарядка одного автомобиля почти завершена, она передает мощность этого зарядного устройства новому подключенному автомобилю. Водитель не чувствует нажатия на педаль газа, но сеть никогда не перегружается.

Добавьте к этому интеллектуальное планирование OCPP: заряжайте больше электроэнергии в периоды спада, меньше в пиковые часы и планируйте потребление с учетом пиковых и непиковых цен на электроэнергию. Тот же объем электроэнергии обеспечит электроэнергией больше автомобилей. Вот что на самом деле означает эффективность.

7. Запасной план: дизельный гибридный двигатель — немодный, но необходимый вариант.

Наихудший сценарий для энергосистемы — это семи-восьмичасовые отключения электроэнергии в день, которые даже накопители энергии не смогут компенсировать. Именно здесь на помощь приходит гибридная система, сочетающая дизель-генератор и накопитель энергии.

Дизельный генератор покрывает длительные перебои в электроснабжении. Накопитель электроэнергии покрывает второй уровень переключения и короткие пиковые периоды. Дизельному генератору требуется время для запуска, поэтому накопитель удерживает линию во время переключения, чтобы предотвратить отключение и повторное подключение зарядных устройств. По стоимости дизельное топливо дороже за киловатт-час, чем электроэнергия из сети, но оно гарантирует бесперебойное электроснабжение. Стоит ли это того, зависит от того, во сколько обходится вашему объекту один день простоя.

8. Одна таблица, чтобы решить, нужно ли вам место для хранения и в каком объеме.

Сопоставьте свою энергосеть с одной из этих строк, затем выберите архитектуру. Следуйте порядку: сначала данные об отключениях и напряжении, затем проект. Сначала проектирование, затем закупка.

Колебания напряжения, но редкие отключения. Периодические. Городские коммерческие районы. Зарядные устройства с широким диапазоном напряжения и стабилизатором напряжения (AVR). Меньше срабатываний и меньше сгоревших модулей.

Отключение электроэнергии в часы пик и плата за повышенный спрос. Кратковременные и ежедневные отключения. Автопарки. Зарядные устройства и накопители для сглаживания пиковых нагрузок. Более низкая плата за спрос, отсутствие перегрузок.

Ежедневные отключения электроэнергии на несколько часов. Ежедневно. Средние города и промышленные зоны. Зарядные устройства и накопители для поддержания заряда. Зарядка продолжается во время отключений.

Крайне слабое или полное отсутствие электроснабжения. Постоянное энергоснабжение. Отдаленные автомагистрали, шахты, острова. Солнечная энергия, накопители и зарядка. Автономная самодостаточность.

Длительные отключения плюс высокая нагрузка. Ежедневные и продолжительные отключения. Тяжелые распределительные центры. Зарядные устройства, накопители энергии и дизельное топливо. Круглосуточная доступность.

В стране с нестабильной электросетью ключевым моментом при планировании зарядной станции для электромобилей никогда не является “купить лучшие зарядные устройства”. Главное – “обеспечить бесперебойную работу зарядных устройств, когда сеть не справляется”. Зарядное устройство – это проблема оборудования. Электроэнергия – это системная проблема. Рассматривайте электросеть как первоочередную проблему, и вы избежите затрат на переделку и ущерба репутации из-за потери клиентов.

Если ваш объект расположен в регионе с нестабильной электросетью и вам требуется диагностика сети и разработка плана конфигурации, пришлите основные данные: мощность трансформатора, частота отключений и количество парковочных мест. Мы поможем вам определить архитектуру.