خودرو برقی

در این مقاله قصد داریم به امکان‌سنجی سیستم خودرو به شبکه، آنالیز فنی-اقتصادی از ذخیره‌سازی انرژی مبتنی بر خودرو‌های برقی بپردازیم.

فهرست مطالب

• چکیده
• مقدمه
• روش‌شناسی
•  تجزیه تحلیل و بحث
• نتیجه گیری

————————————————–

چکیده

در این تحقیق، توانایی بالقوه خودرو الکتریکی برای کسب درآمد از طریق تامین انرژی ساختمان‌های تجاری در کنار درآمد حاصله از بازارهای خدماتی جانبی در انگلستان مورد ارزیابی قرارگرفته‌است.

یک مدل ترکیبی سری زمانی/ محیط شبیه‌سازی آماری با استفاده‌از داده‌های واقعی توصیف شده‌است .

که برای تحلیل تجارت برق با سیستم خودرو به شبکه، و به خودرو، ساختمان‌ها و بازار اعمال‌شده‌است.

پارامترهای کلیدی برای این منظور شامل قیمت فروش برق خودرو الکتریکی، هزینه استهلاک باتری و قیمت زیرساخت‌هاست.

سه سناریوی خودرو به شبکه، توسط داده‎‌های گردشی خودروهای برقی، شاخص قیمت‌گذاری بازار و تقاضای نیم‌ساعته برق برای یک ساختمان تجاری مورد ارزیابی قرارگرفته‌است.

نتایج نشان‌می‌دهد که :

تامین انرژی برای بازارهای عمده الکتریسیته با درآمد اضافی ناشی از بازار ظرفیت، منجر به بیشترین بازگشت پیش‌بینی شده سرمایه و تولید یک خودرو مجزا به ارزش خالص حدود 8400 یورو می‌شود.

این هزینه تامین انرژی برای یک حامل به مدت 10 سال برای سه بار در هفته و برای بازار نیم‌ساعته روز بعد‌است و شامل هزینه نصب زیرساخت خودرو به شبکه‌است.

تحلیل‌ها همچنین نشان‌می‌دهند که تولید درآمد خالص به شدت تحت‌تاثیر هزینه‌های استهلاک باتری مربوط به چرخه سیستم خودرو به شبکه‌‌است.

————————————————–

1- مقدمه

گذار به یک سیستم انرژی جدید که عمدتا براساس الکتریسته بدون کربن یا کربن کم برای سرویس‌هایی مانند گرمایش و حمل‌ونقل باشد، طبق پیش بینی و نیز مشابه آنچه در سایر کشورها دیده‌‌شده‌است، منجر به ریسک بالایی در زمینه امنیت منابع انرژی و هزینه‌های مربوطه در کشور انگلستان‌می‌شود.

پیش‌بینی‌های مرتبط با این حوزه نشان‌می‌دهند که تا سال 2030  وسایل‌نقلیه الکتریکی بیش از 60 درصد مجموع فروش ماشین‌های جدید را به خود اختصاص خواهندداد،که این امر منجر به افزایش قابل توجه تقاضا در شبکه‌های برق، به خصوص در ساعات اوج تقاضا خواهدشد.

یک فرصت مناسب برای مدیریت هزینه‌های رو به افزایش برق و پیک تقاضا، استفاده‌از وسایل‌نقلیه الکتریکی به عنوان ذخیره انرژی انباشته و فراهم‌کردن امکان کاهش (تراش) پیک یا انتقال تقاضا به ساختمان‌های محلی و سیستم انرژی در زمان اوج تقاضا‌است.

این امکان توسط تکنولوژی V2G میسر‌می‌شود که اجازه‌می‌دهد انرژی هم به طرف وسیله‌نقلیه جریان یابد و هم از آن جاری شود و این امر توسط یک مبدل دوطرفه انرژی ممکن‌می‌شود.

در سال‌های اخیر، تعداد سیستم‌های V2G در ژاپن به دلیل عدم امنیت شبکه بعد از فاجعه فوکوشیما در سال 2011 افزایش یافته‌است.

V2G می‌تواند به فراهم‌سازی وسیله‌ای برای تغذیه ساختمان‌ها از منبع باتری قابل حمل، کمک‌کند چراکه این باتری‌ها قابلیت شارژ شدن در مکان‌های مختلف و به طور مرتب را دارند.

خودرو برقی

چنین مواردی در انگلستان تا حدی غیرضروری‌اند،با اینحال همچنان که تحقیقات نشان‌می‌دهد، جذب V2G عمدتا مربوط به اقتصاد سیستم و انتشار دی اکسیدکربن خواهد بود که در تضاد با امنیت شبکه‌‌است.

مدیریت منابع ذخیره‌سازی ثابت (در مقابل متحرک) نسبتا ساده‌است. با این حال در مقایسه با سیستم‌های استاتیک در مورد وسایل‌نقلیه الکتریکی ملاحظات پیچیده‌ای مانند استفاده‌از وسایل‌نقلیه، شرایط سفر و موقعیت مطرح‌می‌شوند.

یک راه‌حل برای مدیریت این منابع مختلف، استفاده‌از سرویس‌های انباشته است، که در واقع، یک صنعت نسبتا خوب در انگلستان‌است که در آن ارائه‌دهندگان سرویس‌های تجاری از طریق جمع‌آوری منابع تولید کوچک، بخشی از مشکلات متعادل‌سازی خدمات را حل می‌کنند.

منابع متراکم کنونی شامل ژنراتورها و منابع تغذیه اضطراری هستند که برای کاهش پیک مصرف برق مورداستفاده قرارمی‌گیرند.

برای توصیف ژنراتورهایی که به صورت جغرافیایی پراکنده‌شده‌اند و نیز برای توصیف منابع ذخیره‌سازی‌ مورداستفاده توسط وب‌سرویس‌ها (که برای تامین ارتباط و کنترل همه منابع انرژی توزیع‌شده در اختیار نیروگاه قرار دارند)، از عبارت “نیروگاه مجازی” استفاده‌می‌شود.

بدین‌ترتیب با استفاده‌از ژنراتورهای کوچک و پراکنده که اثر قابل توجهی ندارند، فرصت خوبی برای تجارت در بازار عمده انرژی، بازار ظرفیت و بازار کمکی با ژنراتورها فراهم‌می‌شود .

همچنین اینکه آیا انرژی در دسترس بین وسایل‌نقلیه باید برای مصرف داخلی ساختمان‌ها استفاده‌شود، و یا به بازار انتقال داده‌شود، توسط جمع‌آوری‌کنندگان تعیین‌می‌شود.

این سیستم مدیریت است که امکان مصرف انرژی برای فعالیت‌های چندگانه را مهیا‌می‌کند.

آنچه برای پیاده‌سازی وسایل‌نقلیه الکتریکی به عنوان منابع ذخیره‌سازی بسیار حیاتی است، عبارت است از:

ارزیابی بازارهای انرژی انگلستان که برای منابع ذخیره‌سازی متراکم برای وسایل‌نقلیه الکتریکی مناسب باشند.

خودرو برقی

چندین بازار که به طور بالقوه مناسب‌اند عبارتند از: سرویس‌های ذخیره‌سازی مانند ذخیره‌سازی عملیاتی کوتاه‌مدت (STOR)، بازار عمده روز بعد و بازار ظرفیت، که STOR حداقل میزان تولید  MW 3 را ملزم‌ می‌دارد.

طبق قراردادی که از پیش بسته‌شده‌است، ارائه‌دهندگان برای تعادل سرویس در صورت دستور متصدی سیستم، سطح قراردادی انرژی را باید ارائه دهند.

بازار دیگری که به طور بالقوه برای خرید V2G مناسب است، بازار ظرفیت‌است.

این بازار سیستم ملیرا قادر به پیش خرید ظرفیت انرژی، پیش از تحویل می‌سازد که سرمایه‌گذاری در زمینه توسعه تولید را تضمین می‌کند.

برای هر واحد تولیدی که توسط یک سرویس جمع آوری استفاده‌شود، تنظیم شده‌است که محدوده de-Minimis برروی مقدار  MW 2 در نظر گرفته شود.

آنچه برای مناقصه و تحویل لازم است، توسط شبکه ملی برای هر شرکت‌کننده در بازار ظرفیت بر حسب قابلیت دسترسی آنها و همچنین الزامات شبکه ملی تعیین‌می‌شود.

بنابراین جذب از طریق بازار ظرفیت بدین معناست که ذخیره باتری برای آربیتراژ بیش از آنچه در سال‌های پیش مطرح بوده، ممکن‌است.

در مقابل، برای تامین الکتریسیته ساختمان‌ها، ماهیت تدارکات و تهیه صورتحساب مورداستفاده توسط صاحبان ساختمان یا ساکنین بسیار مهم‌است.

ساختمان‌های تجاری براساس انواع پرداخت‌های استاندارد همچون تعرفه نرخ ثابت، تعرفه ساعت مصرف و سه‌گانه عمل‌می‌کنند.

TOUT

TOUT فرصتی را برای وسایل‌نقلیه فراهم می‌کند تا به طور مستقیم انرژی را در ساعات اوج تقاضا به ساختمان‌ها انتقال دهند،در حالی که اجتناب سه‌گانه (سه نیم‌ساعت در سال با بالاترین تقاضای ملی[18و19]) نیز فرصت دیگری را در اختیار وسایل‌نقلیه می‌گذارد.

این سیستم محاسبه صورتحساب، مشتریان زیادی را قادر می‌سازد تا مقدار ثابت کمتری را برای تامین نیاز برق‌ خود از طریق بازار عمده پرداخت کنند.

به واسطه ‌استفاده‌از وسایل‌نقلیه الکتریکی برای تامین انرژی یک ساختمان، انرژی مصرف‌شده در طول این سه‌گانه می‌تواند کاهش پیدا کند و منجر به کاهش صورتحساب انرژی مصرف‌کننده‌های تجاری طی دوره‌های با هزینه بالا شود.

در صورتی که صدور صورتحساب بعد از وقوع سه‌گانه اتفاق بیفتد، مصرف‌کنندگان اغلب یک سرویس پیش‌بینی‌کننده سه‌گانه به کار می‌گیرند که به آن‌ها اجازه می‌دهد، تخمین بزنند چه زمانی یک دوره سه‌گانه ممکن است اتفاق بیفتد.

در این صورت مطابق آن می‌توانند پاسخگو باشند.

طبق نتایج تحقیقات پتانسیل خوبی برای تجارت V2G در بازارهای برق وجود دارد.

با این حال، رابطه بین مصرف وسیله‌نقلیه، تقاضای ساختمان و الزامات بازار نسبتا ناشناخته‌است.

STOR

همچنین اطلاعات کمی در مورد امکان بالقوه جمع‌آوری خودروهای برقی برای تغذیه STOR، بازار ظرفیت و یا تقاضای محلی مصرف شخصی وجود دارد.

استفاده‌از خودروهای برقی برای ذخیره مازاد تولید PV برای بازتوزیع به ساختمان‌ها طی دوره‌های تقاضای بالا یا قیمت بالا مانند TOUT و یا سه‌گانه امکاناتی را ارائه می‌دهد.

مجددا تحقیقات در این حوزه پراکنده هستند و اطلاعات کمی در مورد تاثیر قیمت‌گذاری برق روی سازگاری V2G در بازار انگلستان موجود‌است.

این مقاله پژوهشی پتانسیل تولید درآمد از سرویس‌های V2G را در مورد سه سناریوی متفاوت ارزیابی می‌کند. مصرف شخصی ساختمان‌ها و تغذیه به دو بازار مختلف، STOR و بازار عمده.

هدف کلی، تعیین سناریوهای کلیدی‌است که در آنها درآمد حاصله از طریق فروش برق از باتری‌های خودرو برقی به ساختمان‌ها و یا بازارهای خارجی به دست می‌آید.

این مهم از طریق توسعه یک روش مدلسازی براساس مونت‌کارلو مبتنی بر داده‌میسر خواهدشد.

رویکرد مبنی بر مدلسازی امکان مرور و ارزیابی سناریوهای چندگانه با استفاده‌از داده‌های واقعی را فراهم‌می‌کند.

شکل فوق مدل مفهومی سیستم ، مرز سیستم ، اجزای اصلی و جریان داده ها را نشان‌می دهد.

————————————————–

2- روش‌شناسی

این تحقیق از تحلیل به روش مونت کارلو مبتنی بر داده برای ارزیابی پتانسیل اقتصادی خودروهای برقی در تکنولوژی V2G برای تامین انرژی ساختمان‌ها و سرویس‌های پشتیبانی شبکه استفاده‌می‌کند.

این روش مدل‌سازی براساس روش‌های آماری و تصادفی که در مطالعات قبلی انجام گرفته‌است.

در کنار مدلسازی مبتنی بر عامل و روش‌های سیستم پویا برنامه نویسی خطی و غیرخطی و مدل‌های تصادفی ایجادشده‌است.

در بخش قابل توجهی از این پژوهش، رویکرد شبیه‌سازی و مبتنی بر روشهای تجربی داده محور به کمک اطلاعاتی همچون مصرف وسایل‌نقلیه، تقاضای ساختمان، تولید انرژی‌های تجدید پذیر و اطلاعات بازاری کمکی برای شبیه‌سازی پتانسیل اقتصادی خودروهای برقی با V2G استفاده‌می‌شود.

سیستم پیشنهادی برای بررسی مدل جریان داده در شکل فوق نمایش داده‌شده‌است.

این شکل چگونگی عملکرد خودرو در واقعیت و اجزای اصلی V2G که سناریو انرژی را ممکن می‌سازد نشان‌داده‌است.

2.1. تحلیل سناریو

رویکرد مدلسازی، امکان شبیه‌سازی همزمان چند خودرو را با استفاده‌از چند منبع انرژی با قابلیت V2G از پیش تعیین‌شده و سناریوهای پشتیبانی شبکه فراهم می‌سازد.

تمامی ‌متغیرها قبل از شبیه‌سازی تعیین می‌شوند و سناریوهای متعددی برای ارزیابی پایداری اقتصادی انتخاب شده‌اند.

خروجی‌های شبیه‌سازی به صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی ساختمان، تولید درآمد مربوط به خودرو و هزینه‌های استهلاک باتری بستگی دارند.

دیاگرام فرآیند مدلسازی در شکل زیر آمده‌است.

تمامی ‌سناریوها شامل تامین انرژی ساختمان و تامین برق کمکی در بازار بوده و سناریوها براساس کارهای قبلی [33] طراحی‌شده‌اند

که در آنها تامین انرژی ساختمان و تدارک بازار برای STOR و بازار عمده برق به عنوان فرصت‌های کلیدی برای سرویس‌های با قابلیت V2G شناخته‌شده‌است.

2.2. شبیه‌سازی مونت کارلو

قابلیت دسترسی خودرو برای تدارک سرویس توسط داده‌های واقعی میدانی و با استفاده‌از یک رویکرد شبیه‌سازی براساس مونت کارلو برای استخراج زمان‌های ورود و خروج خودرو شبیه‌سازی شده‌است.

این رویکرد براساس کارهای قبلی است[34] که در آن احتمال ورود و خروج خودرو در هر لحظه با متغیری تصادفی توسط یک ماتریس احتمال انتقال مقایسه می‌شود.

براساس‌ زمان ورود شبیه‌سازی شده برای خودرو، مدت زمان ساکن‌ماندن خودرو در ایستگاه V2G با استفاده‌از منحنی توزیع نرمال متناظر با مدت زمان ساکن‌ماندن که از داده‌های آزمایشی میدانی استخراج شده اند، شبیه‌سازی می‌شود.

2.3. مدلسازی محیط، ورودی‌ها و پیاده‌سازی

2.3.1. وضعیت شارژ اولیه خودرو برقی

میزان خدمات V2G که یک خودرو برقی می‌تواند تأمین کند، وابسته به مقدار انرژی موجود در باتری است، لذا شبیه‌سازی وضعیت بار باتری خودرو برقی در لحظه ورود و انرژی لازم برای خروج، جهت محاسبه انرژی در دسترس برای ارائه سرویس V2G  لازم‌است.

تحلیل داده‌های واقعی منجر به یک توزیع نرمال برای فواصل طی‌شده می‌شود، که برای نمونه‌برداری از زمان‌های ورود و خروج استفاده‌می‌شود.

انرژی صرف‌شده در طی مسیر، با استفاده‌از چرخه رانندگی  ARTEMIS، برآورد و قابلیت اطمینان مدلهای انتشار خودرو و سیستم موجودی) محاسبه می‌شود.

این مدل‌ها نماینده چرخه‌های واقعی رانندگی بر اساس نحوه رانندگی اروپایی به حساب می‌آیند و ثابت شده که از سایر چرخه‌های رانندگی‌ که قبلا ایجاد شده‌اند، دقیق‌ترهستند.

بسته به چرخه رانندگی خاصی که استفاده‌شده، (یا میانگین هر سه برای یک چرخه رانندگی ترکیبی) این مقادیر برای محاسبه انرژی مصرف‌شده در طی یک مسیر (EJ) براساس معادله 1 استفاده‌می‌شوند که در آن Av مقدار  ARTEMIS و  فاصله طی شده بر حسب کیلومتر‌است.

سپس انرژی موجود برای خدمات V2G (Ev2g) براساس معادلات 2 تا 4 محاسبه می‌شود؛

که Abc ظرفیت باتری در لحظه ورود و Dbc ظرفیت باتری حین خروج است. DEjانرژی مصرف‌شده در مسیر طی شده خروج و Bb حداقل مقدار شارژ باتری دستگاه‌است.

 

2.3.2. تخلیه بار خودرو برقی

انرژی موجود برای خدمات V2G  برای فواصل زمانی 30 دقیقه ای (Eav) به زمان و انرژی باتری موجود و بازدهی تخلیه بار (و یا شارژ)  بستگی دارد.

که مطابق معادلات 5 و6 تعریف‌می‌شود:

که در آن بازدهی شارژ (%) و OCV ولتاژ مدار باز و V نشانگر ولتاژ است.

وضعیت جدید بار بر حسب فاصله زمانی نیم ساعته به صورت زیر محاسبه‌می‌شود:

که در آن SoC وضعیت بار و Cbat ظرفیت باتری را نشان‌می‌دهد.

انرژی دردسترس برای هر فاصله زمانی می‌تواند به صورت تابعی خطی از انرژی و زمان موجود محاسبه شود. فرآیند مشابهی برای شبیه‌سازی نحوه شارژ شدن باتری طی‌می‌شود.

2.3.3 . درآمد خودرو

انرژی در دسترس بر حسب فاصله زمانی برای خدمات V2G، بسته به سناریوی انتخاب‌شده برای ارزیابی و تعداد خودرو‌های شبیه‌سازی شده، فرض‌می‌شود که در داخل یک ساختمان مصرف می‌شود یا به یک بازار خدمات انرژی صادر‌می‌شود.

انرژی به دست آمده از خودرو، یا از نیاز واقعی ساختمان کم‌می‌شود یا به عنوان انرژی موجود برای تأمین بازار جمع‌آوری می‌گردد.

درآمد روزانه تولیدی خودرو به صورت یکی از این خدمات شامل هزینه شارژ کردن باتری پس از تأمین V2G با نماد Ccost محاسبه شده و

به صورت تابعی از انرژی ورودی (Es)، بازدهی واحد شارژ یا دشارژ ( Ef) و تعرفه الکتریکی مقرر شده برحسب KWh برای شارژ مجدد (Cc) به صورت معادله 7 است.

درآمد روزانه خودرو در ازای برق تحویل داده شده به منظور خدمات V2G ( V2GI) وابسته به تعرفه پرداخت سرویس V2G ( V2GT)، بازدهی واحد و انرژی تولیدشده‌است:

اثرات استهلاک باتری، به عنوان یک پارامتر عدم قطعیت قابل توجه بوده و به دقت در کار قبلی [38-42]   بررسی‌شده‌است.

با استفاده‌از روش به‌کار برده شده در پژوهش قبلی در مورد اثر V2G روی استهلاک باتری [43] هزینه استهلاک (CDeg) می‌تواند بر حسب انرژی انتقالی (KWh) تعیین‌شود.

که بصورت تابعی از درصد افزایش در چرخه‌ها و نتیجه ای از چرخه V2G (CIn)، هزینه اولیه باتری (Bc) و کل انرژی تولید شده برای خدمات V2G (TEs) براساس معادلات 9-11 محاسبه می‌شود.

که در آن V2Gc و Vc نشان‌دهنده تعداد چرخه‌های باتری، به ترتیب با احتساب V2G  و بدون V2G هستند. V2Gcc برابر با مقدار هزینه بازای چرخه و BInc نیز میزان افزایش در مصرف باتری‌است.

درآمد کل روزانه خودرو برای ارائه سرویس V2G به صورت زیر محاسبه می‌شود:

2.3.4. درآمد ساختمان و بازار

میزان صرفه‌جویی روزانه یک ساختمان درصورت استفاده‌از سرویس V2G برای جبران بخشی از برق گرفته شده از شبکه (Blds)، تابعی از هزینه برق اصلی (Bldc)(یورو) ،انرژی داده شده روزانه توسط خودرو‌های شبیه‌سازی شده (AEs)، تعرفه پرداخت سرویس V2G و هزینه زیرساخت فناوری V2G که برابر یک مقدار روزانه (Ic) به صورت یک متغیر،‌است.

مجموع درآمد تمام خودروها که حاصل از فروش به STOR هستند، وابسته به هزینه دریافتی به ازای هر KWh برق ارسال شده ضرب در مقدار انرژی داده شده‌است.

یک هزینه قابلیت‎دسترسی نیز به آن اضافه می‌شود که تابعی از هزینه دسترسی ضرب در زمان دردسترس بودن خودرو‌های برقی برای تأمین برق STOR‌است.

درآمد حاصل از بازار عمده فروشی و بازار ظرفیت، تابعی از دریافتی تامین بازار ظرفیت به علاوه دریافتی بازار عمده فروشی برای هر بازه تحویل نیم ساعتی، ضرب در انرژی تولید شده‌است.

2.3.5. مدل سیستم

مدل فرآیند در شکل زیر آورده شده‌است، که جزئیات داده‌ها و الزامات ورودی برای ارزیابی و پردازش پس از تجزیه‌تحلیل را در اختیار می‌گذارد.

2.3.6. ارزیابی اطلاعات مصرف خودرو

اطلاعات مصرف خودرو از یک آزمایش میدانی با 62 خودروی برقی شامل دو دیتاست کلیدی مربوط به شارژ و اطلاعات مسیر به دست آمده‌است [44].

در مجموع 2305 رویداد شارژ براساس کارکرد حین آزمایش یک ساله اتفاق افتاده و 4717 مسیر ایجاد شده‌بود. توزیع رویداد‌های شارژ که در شکل زیر آمده‌است،

نشان‌می‌دهد بیشتر رویداد‌های روزانه-هفتگی بین ساعات 7.00 تا 23:00 شروع شده‌اند.

به این معنی که برای این دیتاست بیشترین مقدار دردسترس بودن خودرو در این زمان‌ها اتفاق می‌افتد.

2.3.7. ارزیابی اطلاعات نیاز ساختمان

اطلاعات نیم‌ساعتی مربوط به نیاز برق یک ساختمان تجاری واقع شده در پارک علوم منچستر، از جولای 2014 تا جون 2015 اندازه‌گیری شده بودند.

این ساختمان به خاطر پروفایل نیاز برق نسبتا بالا به نسبت نوع ساختمان و تعداد نسبتا بالای فضای پارک مجاور به نسبت موارد مشابه،

برای یک مطالعه موردی استفاده‌شده که آن را به یک مستعد بالقوه برای خدمات V2G تبدیل‌می‌کند.

شکل زیر مقدار حداکثر، حداقل و میانگین نیاز سالانه بر حسب نیم ساعت برای بازه 24 ساعته نشان‌می‌دهد.

این ساختمان همچنین در معرض هزینه‌های سه‌گانه و نیز بازه‌های سه‌گانه نشان داده‌شده در جدول زیر،‌است.

به علاوه، این ساختمان در معرض هزینه‌های استفاده‌گسترده از سیستم به همراه یک تعرفه ‌استاندارد خرده‌فروشی‌است.

این هزینه‌ها در جدول زیر به همراه زمان‌های نیاز به صورت کدینگ قرمز-زرد-سبز نشان‌داده‌شده‌اند.

کمترین هزینه در طول ساعات شب اتفاق‌می‌افتد و پیک هزینه‌ها (قرمز) هنگام زمان پیک نیاز ملی رخ‌می‌دهد.

همچنین یک تعرفه برق 0.085 یورویی به ازای هر KWh براساس اطلاعات به دست‌آمده از سازمان مدیریت امکانات ساختمان در نظر گرفته‌می‌شود.

2.3.8. ارزیابی اطلاعات ذخیره‌سازی عملیاتی کوتاه مدت (STOR)

اطلاعات مربوط به بازه‌های توزیع STOR براساس اطلاعات حاصل‌شده از E.ON و  هستند.

شکل زیر مقدار میانگین انرژی تحویلی ماهانه به STOR در 2015 را با استفاده‌از اطلاعات به دست آمده از شبکه ملی نشان‌می‌دهد.

 

این مشاهده نشان‌می‌دهد که خودرو‌ها بین ساعات 8صبح تا 2 بعدازظهر  و 4 بعد از ظهر تا 8 بعداز ظهر با احتمال بالاتری دشارژ می‌شوند.

درآمد به دست‌آمده از تأمین نیاز STOR که بین فصول در سالهای 2014/2015 تقسیم شده، در جدول زیر آمده‌است[49]. درخواست تولید STOR معمولا حدود سه بار در هفته یا 1550 روز در سال رخ‌می‌دهد.

2.3.9. ارزیابی اطلاعات بازار عمده‌فروشی نیم‌ساعته روز پیش رو

مناقصه در این بازار برای بازه‌های متعدد نیم‌ساعته در هر روز، یک روز قبل از تحویل انرژی صورت‌می‌گیرد.

بنابراین فرض می‌شود که هنگام شروع دشارژ، خودرو‌ها برای 1 ساعت آینده انرژی فراهم خواهند کرد و هزینه‌ها نیز براساس نرخ‌های مشخص‌شده در  پرداخت‌می‌شوند.

همچنین فرض می‌شود تولید انرژی به صورت همزمان با تأمین STOR صورت می‌گیرد، مثلا 155روز در سال تا امکان تجزیه و تحلیل تطبیقی نیز فراهم‌باشد.

شکل زیر نرخ پرداخت ماهانه بازای MWh برق ارائه شده به بازار عمده برق‌ در بازه نیم‌ساعته را نشان‌می‌دهد.

این شکل نشان‌می‌دهد که تأمین انرژی در ساعات پیک مصرف موجب بیشترین درآمد خواهدشد.

بازار ظرفیت عمدتا یک طرح تحویل انرژی نیست، بلکه یک منبع درآمد مربوط به میزان دردسترس بودن توان براساس قراردادی که مبتنی بر پرداخت سالانه‌است، ارائه‌می‌دهد.

بنابراین با توجه به این که توان تحویلی تضمین‌شده‌است، می‌تواند به صورت یک جریان درآمد جانبی مورد‌استفاده‌قرارگیرد.

مزایده‌های صورت‌گرفته در سالهای 2014 و 2015  روی میانگین قیمتی در حدود 19 یورو/ KWh/ سال  بسته‌شده‌اند که درآمدی به میزان 19,400  یورو/ MW/ سال  به ارمغان‌آورده‌اند.

2.3.10. متغیرهای ورودی

منحنی‌های یادگیری برای هزینه‌های V2G تا به حال مورد بررسی قرارنگرفته‌اند.

لذا برآورد هزینه‌های زیرساخت V2G براساس قیمت برق سال 2025 و با استفاده‌از یک منحنی برآورد هزینه صورت می‌گیرد که این منحنی با استفاده‌از یک مدل سیستم PV به دست آمده‌است و نیز بر پایه اطلاعات به دست آمده از استوار است و سطحی از قابلیت قیاس برای هر دو فناوری PV و V2G و منحنی یادگیری‌های مشابه فناوری، مادامی‌که بازار V2G کامل می‌شود، در نظر می‌گیرد.

به علاوه درآمد تولیدی PV با درآمدی که V2G از طریق تجارت بازار و مجموعه خدمات به دست می‌دهد، قابل مقایسه‌است.

قیمت‌ها مطابق اطلاعات ضبط‌شده از شبکه PiM  روی قیمت‌های ایستگاه‌های شارژ تنظیم‌شده‌اند.

————————————————–

 3- تجزیه تحلیل و بحث

این قسمت جزئیات مربوط به ارزیابی پایداری اقتصادی خودرو‌های برقی را شرح می دهد، که برای خدمات V2G در سه سناریو مختلف استفاده‌شده‌اند.

این سناریو‌ها عبارتند از: کاهش نیاز سه‌گانه، STOR و تأمین بازار عمده.

3.1. مشخصات مصرفی خودرو

احتمال در دسترس بودن یک خودرو برقی برای خدمات V2G در هر یک از سه سناریو بر اساس دیتاست آزمایش میدانی مورد‌استفاده در این پژوهش‌بوده و در جدول زیر نشان داده‌شده‌اند.

شبیه‌سازی 750 بار اجرا شده‌است تا مقدار میانگین برای میزان دردسترس‌بودن خودرو مطابق آنچه در بخش 2.3.6 توضیح داده‌شده‌است، به دست‌آید.

اجتناب از تقاضای سه‌گانه ساختمان از لحاظ میزان دردسترس بودن خودرو، بالاترین رتبه را بین سه سناریو مشخص‌شده با بیش از 36% به خود اختصاص داد.

میزان دردسترس بودن برای STOR و تجارت بازار عمده به صورت چشم گیری پایین‌تربود، به ترتیب حدود 16% و %14.37 دسترسی خودرو که این تفاوت به دلیل استفاده مکرر از خودرو‌های تحت آزمایش برای مسافرت‌های کوتاه بوده‌است .

که منجر به کاهش دسترسی به این خودروها در محل شده‌است.

تجزیه و تحلیل میزان دسترسی، حداکثر 36.4% برای هر سه سناریو یا حدود 275 خودرو در دسترس برای هر مورد تحت مطالعه را نشان‌داد.

باید اشاره‌کرد که تعداد 30 و 50 شبیه‌سازی خودرو که در پژوهش فعلی انجام‌شده، به ترتیب میزان دسترسی برابر با 4% و 6% را نشان‌می‌دهد.

که با توجه به ارقام پیش بینی‌شده برای جذب خودرو برقی در انگلستان برای سال 2025، فرضی واقع‌گرایانه به شمارمی‌رود.

3.2. ارزیابی درآمد خودرو

شکل زیر مقایسه‌ای از خدمات ارائه‌شده و میزان حداقل درآمد لازم برای هر خودرو برقی براساس معادله 12 را نشان‌می‌دهد

که مربوط به درآمد مربوط به حداقل تعرفه موردنیاز برای هر خودرو برحسب KWh برق تولیدی است تا به نقطه سربه‌سر (حالت بی سود و زیان یا صافی)برسد.

این نتایج بیان می‌کنند که خودرو‌هایی با حجم انتقال انرژی بالاتر بخاطر استفاده بیشتر از باتری، عمق بیشتر دشارژ و لذا درآمد تولیدی بالاتر برای هر چرخه باتری، می‌توانند با هزینه لازم کمتری به حد بی سود و زیان برسند.

این بدین معناست که بازار‌هایی با میزان انتقال انرژی بالاتر برحسب چرخهV2G ، استعداد کسب درآمد بیشتری برحسب KWh برق تولیدشده دارند.

این موضوع با نتیجه سناریو STOR به تصویر کشیده‌شده‌است که مقدار انتقال انرژی بیشتری دارد و لذا مقدار قیمت صافی برق به میزان 0.02 یورو / KWh کاهش یافته‌است.

شایان ذکر است که هزینه شارژ مجدد خودرو پس از اینکه خدمات V2G را ارائه داد نیز باید به این مقدار اضافه‌شود.

درآمد خودرو‌ها فقط توسط دو جریان درآمد بازار بررسی‌می‌شود، به طوری که درآمد تولیدی از پشتیبانی ساختمان بخاطر اینکه خودرو‌ها در تملک متصدی ساختمان هستند، جزو درآمد ساختمان فرض‌می‌شود.

براساس حداکثر مقادیر درآمد، سود سالانه می‌تواند به ازای هر خودرو محاسبه شود.

این نتایج در جدول زیر نشان داده‌شده‌اند که براساس سود خالص با احتساب هزینه‌های شارژ و استهلاک خودرو برقی محاسبه‌شده‌اند.

این نتایج نشان‌می‌دهند که فروش انرژی در بازار عمده سودآور‌است.

در مورد بازار STOR نتایج نشان‌می‌دهند که درآمد برای پوشش هزینه‌های استهلاک ناشی از میزان دسترسی و هزینه‌های تحویل کافی‌نیست.

3.3. ارزیابی درآمد ساختمان

صرفه‌جویی‌های احتمالی از طریق استفاده‌از V2G طی بازه‌های سه‌گانه به صورت زیر محاسبه‌می‌شوند:

الف) ابتدا حداکثر تقاضا برای هر یک از بازه‌های سه‌گانه که در جدول بخش 2.3.7 نشان داده‌شده‌‎اند از اطلاعات پارک علوم دریافت‌شده و جمع‌می‌شوند.

ب) یک ضریب تنظیم خطا باید اعمال شود که از  برابر با 1.051 است:

ج) با استفاده‌از تعرفه‌های ناحیه‌ای نیم‌ساعته که از به دست‌می‌آیند، هزینه کل شارژ سه‌گانه محاسبه‌شده‌است.

بنابراین براساس میانگین هزینه برق برابر با 35.50یورو / KWh طی بازه‌های سه‌گانه، صرفه‌جویی قابل توجهی از محل اجتناب از شارژ سه‌گانه، بسته‌به هزینه‌های سیستم V2G و میزان در دسترس بودن سیستم می‌تواند حاصل‌شود.

با فرض حداکثر نرخ  دشارژ KW12 برای هر خودرو برقی در بازه‌های سه‌گانه که برابر درجه توان متوسط شارژر‌های سریع در انگلستان‌است، به طور میانگین 30 خودرو لازم است تا تقاضای برق ساختمان در بازه‌های سه‌گانه به صفر برسد.

لذا سود بالقوه قابل توجهی در استفاده‌از خودرو‌های برقی برای کاهش تقاضای سه‌گانه قابل حصول است که به میزان صرفه‌جویی در حدود 13000 یورو در سال می‌رسد.

باید توجه شود که بازه‌های سه‌گانه ثابت نیستند و در نتیجه ‌استفاده‌از یک رویکرد برآورد سه‌گانه که امکان پیش‌بینی دقیقی از بازه‌های سه‌گانه و مدیریت مناسب ناوگان خودروهای مخزن به دست دهد، روش بهینه ای خواهدبود.

هزینه و پیک تقاضا

همچنین ممکن‌است استفاده‌از خودروهای برقی برای کاهش هزینه‌های پیک تقاضا در روز‌ها بدون در نظر‌گرفتن هزینه‌های سه‌گانه مفید باشد.

بسته‌به مطالعه موردی برق و هزینه‌های DUoS (جدول بخش 2.3.7) سود بالقوه‌ای در استفاده‌از V2G در طول بازه‌های پیک تعرفه در ساعات بین 4.30 تا 7.00 بعداز ظهر وجود‌دارد.

در این زمان ها، هزینه برق به حدود 0.175یورو/KWh طی بازه پیک تقاضا افزایش می‌یابد.

بنابراین اگر خودرو‌ها در بازه‌هایی از روز و شب که تعرفه‌ای ارزانتر دارند استفاده شوند، می‌تواند باعث صرفه‌جویی بیشتر در هزینه‌ها شود.

با استفاده‌از 30 خودرو مخزن برای این کاهش تقاضا، صرفه‌جویی هزینه برای مطالعه موردی پارک علوم در سال به حدود 1400 یورو به علاوه کاهش تقاضای سه‌گانه می‌رسد که بدون احتساب هزینه‌های زیرساخت، مجموعا باعث صرفه‌جویی به میزان 14.247 یورو در سال‌می‌شود.

با احتساب هزینه اضافی زیر ساخت V2G صرفه‌جویی سالانه در حدود 3500 یورو خواهدبود.

3.4. تحلیل جریان نقدینگی با تخفیف

در حالیکه محاسبات هزینه‌ها به طور میانگین برآوردی از درآمد روزانه در طول بازه سرمایه گذاری را به دست می‌دهند، پایداری اقتصادی هر سناریو با استفاده‌از یک تحلیل جریان نقدینگی با تخفیف ارزیابی‌می‌شود.

تحلیل برای به ترتیب 30 و 50 خودرو (مستلزم 15 و 25 واحد V2G) که به هر دو بازار سه‌گانه و انرژی خدمات می‌دادند، انجام‌شده‌است.

همچنین فرض‌می‌شود که این خودرو‌ها هر سال در بلوک‌های 5 تایی کار گذاشته‌می‌شوند

تا به یک حالت پایدار‌رسیده و هر کدام پس از 15 سال استفاده، جایگزین‌می‌شوند.

NPV برای هر سه سناریو با استفاده‌از نرخ تخفیف 10% محاسبه می‌شود و نتایج مطابق شکل زیر می‌باشند.

ارزیابی هر سه سناریو نشان‌می‌دهد که کاهش تقاضای سه‌گانه و عرضه به بازار عمده با پشتیبانی بازار ظرفیت، زمانی که هزینه‌های زیرساخت را نیز شامل شوند، منافع اقتصادی اصلی را تأمین‌می‌کنند.

بدون هزینه‌های نصب سخت افزار V2G (با فرض اینکه زیرساخت مربوطه قبلا به هدف شارژ خودروهای برقی مستقر شده‌باشند)

تمام سناریو‌ها، منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها یا تولید درآمد می‌شوند.

بازار عمده با پشتیبانی بازار ظرفیت یک نرخ افزایش درآمد اساسی به نسبت سایر فرصت‌ها فراهم‌می‌کند که این موضوع اساسا به خاطر درآمد دریافتی از بازار ظرفیت به همراه درآمد اضافی حاصل از ارائه انرژی به بازار عمده برق‌است.

3.5. ارزیابی حساسیت

مجموع صرفه‌جویی در هزینه‌ها یا‌درآمد حاصله از استفاده‌از خدمات V2G وابسته‌به تغییرات سالانه‌است که به ویژگی‌های بازار خاص بستگی‌دارد.

بنابراین آنالیز حساسیت برای یک بازه سرمایه‌گذاری 10 ساله به عمل می‌آید. هر کدام از متغیر‌های ورودی مربوط به سناریوی خاص مورد ارزیابی،

در معرض یک تغییر مثبت و منفی از مبدا به میزان 20% هستند و NPV هر بار مجددا محاسبه‌می‌شود.

تحلیل تأمین STOR شامل محاسبه NPV برای 30 خودرو و 50 وسیله V2G می‌شود که در یک شبکه VPP جمع‌آوری شده‌اند.

تحلیل بازه 10ساله نشان‌می‌دهد، بیشترین حساسیت مربوط به هزینه‌های زیرساخت‌است. که یک نمودار هیجانی از تمام متغیر‌های کلیدی و حساسیت‌های مربوط به هرکدام را نشان‌می‌دهد.

همچنین هزینه دشارژ دریافتی به ازای هر KWh برق که نتیجه هزینه های نسبتا بالای دشارژ متناظر با تأمین V2G برای هر سه سناریوی موردارزیابی است، حساسیت قابل توجهی دارد.

تحلیل حساسیت

تحلیل حساسیت، اهمیت و اثر تعرفه‌های برق و هزینه‌های زیر ساخت روی درآمد بالقوه V2G و به خصوص اهمیت تعرفه پرداخت خودرو برای پایداری نهایی V2G را نشان‌می‌دهد.

این نتایج همچنین نشان‌می‌دهند که پیامدهای هزینه زیرساخت V2G با یک NPV منفی در بازه بررسی 20ساله با احتساب هزینه‌های فعلی زیر ساخت، قابل توجه‌است.

سناریوهایی که این هزینه‌ها در آنها به حساب‌نمی‌آیند، شامل مواردی می‌شوند که :

زیرساخت شارژ خودروی برقی یک الزام قبلی بوده که V2G را به یک دارایی موجود تبدیل‌می‌کند.

حساسیت کلیدی و مهم دیگر، هزینه‌های استهلاک باتری مربوط به چرخه V2G است.

باید توجه شود که محاسبات بیان شده در این مقاله براساس نرخ‌های استهلاک به دست آمده از مطالعات قبلی بدترین سناریوی ممکن را نشان‌می‌دهند.

شکل زیر اثر تغییرات هزینه ‌استهلاک باتری روی NPV 10 ساله را نشان‌می‌دهد.

انرژی تأمین‌شده از طریق باتری حین چرخه، تنها اثر مهم را روی هزینه استهلاک دارد، با افزایش تولید انرژی، هزینه استهلاک کاهش‌می‌یابد.

این پدیده بدین علت است که در تحلیل فوق فرض‌شده که برای سطوح بالاتر انرژی تخلیه‌شده، چرخه V2G افزایش‌می‌یابد.

در هر حال پژوهش روی این موضوعات جامع نیستند و بررسی اثر سایر عوامل روی استهلاک باتری در آینده سودمند خواهد بود.

————————————————–

4- نتیجه‌گیری

در این مقاله، توانایی بالقوه خودروهای برقی برای کسب درآمد از طریق تامین انرژی ساختمان‌های تجاری و درآمد جمع‌شده از بازارهای سرویس کمکی در انگلستان بررسی شده‌است.

نتایج نشان‌می‌دهند که پیاده‌سازی V2G در انگلستان می‌تواند در برخی سناریوهای خاص از لحاظ انرژی تأمین‌شده برای ساختمان‌ها به صورتی که در این پژوهش بررسی شد، یک منبع درآمد برای مالکان خودروهای برقی باشد.

همچنین یافته‌ها نشان‌می‌دهند که

هزینه استهلاک باتری و شارژ مجدد خودرو پس از خدمات V2G اثر قابل توجهی روی خودروها به لحاظ قابلیت تأمین انرژی برای خدمات V2G دارد.

به خاطر هزینه‌های نسبتا بالای استهلاک باتری مربوط به چرخه V2G، بازار تجارت عمده و بازار ظرفیت،بیشترین درآمد را پس از کسر هزینه‌های استهلاک با مقدار NPV ای در حدود 8400 یورو به ازای هر خودرو در طول یک بازه سرمایه‌گذاری 10ساله تامین می‌کنند.

این موضوع به خاطر هزینه برق (برحسب KWh) بالاتر به نسبت سایر سناریوهای ارزیابی‌شده‌است.

مقدار کمی از مصرف شخصی ساختمان برای سه‌گانه و کاهش پیک تقاضا تولیدمی‌شود، در حالی که ثابت‌شده‌است تأمین خدمات STOR کمترین پایداری و مقدار درآمد را دارد که جبران هزینه‌های استهلاک باتری را نیز نمی‌کند.

حساسیت‌های مربوط به پارامترهای خاص ورودی از جمله سطح تعرفه‌ها نیز قابل توجه بودند،یعنی مورد تجاری V2G در صورت تغییرات کوچک در هزینه‌ها در معرض خطر قابل توجهی قرار دارد.

در هر حال، این مسئله پتانسیل قابل توجهی را فراهم‌می‌کند، به طور مثال با کاهش قیمت باتری، هزینه های استهلاک باتری کاهش پیداکرده،بنابراین باعث تولید سود بالقوه بیشتر در سناریوهای بررسی‌شده‌می‌شود.

لینک اصلی مقاله:

Vehicle-to-grid feasibility: A techno-economic analysis of EV-based energy storage

مطالب مرتبط

انتقال انرژی V2G