Дослідження ефективності відновлюваних джерела енергії для зарядки електротранспорту

Купрієнко, Сергій Русланович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8493
Title:	Дослідження ефективності відновлюваних джерела енергії для зарядки електротранспорту
Authors:	Рудь , Максим Петрович Купрієнко, Сергій Русланович
Issue Date:	2023
Abstract:	Метою дослідження є підвищення ефективності використання гібридного енергетичного комплексу на основі відновлюваних джерел енергії для живлення зарядних станцій або станцій заміни акумуляторних батарей електричного транспорту. Задачі дослідження: 1. Проаналізувати принцип роботи зарядних станцій та станцій заміни акумуляторних батарей (АКБ) електротранспорту. 2. Розробити моделі гібридного енергетичного комплексу (ГЕК), що включає в себе генеруючі електроустановки на основі сонячної та вітрової енергії, що працюють паралельно з електричною мережею. 3. Дослідити вплив складу й параметрів досліджуваного ГЕК на режими його роботи. 4. Оцінити ефективність використання генеруючих установок на основі ВДЕ для енергопостачання станцій заряджання електротранспорту та станцій заміни АКБ. 5. Розробити рекомендації з визначення оптимальної структури типових енергетичних комплексів на основі станцій заряджання та ВДЕ.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8493
Appears in Collections:	274 Автомобільний транспорт (Автомобільний транспорт)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Купрієнко.pdf Restricted Access		3.42 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
Міністерство освіти і науки України 
Черкаський державний університет (ЧДТУ) 
18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460, тел./факс (0472) 71 00 92 
 
 
 
 ЗАТВЕРДЖУЮ 
 зав. кафедри автомобілів та  
 технології їх експлуатації, професор  
 ________ Людмила ТАРАНДУШКА 
 «___» __________________2023 р. 
 
 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
 
 
 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВІДНОВЛЮВАНИХ 
ДЖЕРЕЛ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ЗАРЯДКИ ЕЛЕКТРОТРАНСПОРТУ 
 
 
Рецензент: 
       _______________  _____________ 
(підпис), (дата)         (ім’я, прізвище) 
 
Керівник роботи: 
доц. кафедри АТЕ    _______________  Максим РУДЬ 
(підпис), (дата)         (ім’я, прізвище) 
 
 
Виконавець: 
студент 2 курсу, гр. мАВ-83 
спеціальності 274 – Автомобільний  
транспорт      _______________  Сергій КУПРІЄНКО  
(підпис), (дата)         (ім’я, прізвище) 
 
 
 
 
 
 
 
2023 
3 
РЕФЕРАТ 
 
Пояснювальна записка 97 с., 46 рис., 6 табл., 47 джерел посил. 
 
Метою дослідження є підвищення ефективності використання гібридного 
енергетичного комплексу на основі відновлюваних джерел енергії для живлення 
зарядних станцій або станцій заміни акумуляторних батарей електричного 
транспорту. 
Задачі дослідження: 
1. Проаналізувати принцип роботи зарядних станцій та станцій заміни 
акумуляторних батарей (АКБ) електротранспорту. 
2. Розробити моделі гібридного енергетичного комплексу (ГЕК), що 
включає в себе генеруючі електроустановки на основі сонячної та вітрової енергії, 
що працюють паралельно з електричною мережею. 
3. Дослідити вплив складу й параметрів досліджуваного ГЕК на режими 
його роботи. 
4. Оцінити ефективність використання генеруючих установок на основі 
ВДЕ для енергопостачання станцій заряджання електротранспорту та станцій 
заміни АКБ.  
5. Розробити рекомендації з визначення оптимальної структури типових 
енергетичних комплексів на основі станцій заряджання та ВДЕ. 
  
4 
Зміст 
 
ВСТУП .............................................................................................................................. 5 
1 СТАН ТА ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ ЕЛЕКТРОТРАНСПОРТУ ТА ЙОГО 
ЗАРЯДНОЇ ІНФРАСТРУКТУРИ .................................................................................. 7 
1.1 Електричні транспортні засоби та зарядна інфраструктура .............................. 7 
1.1.1 Електромобілі та гібридні автомобілі у світі. Сучасний стан та 
перспективи розвитку ............................................................................................... 7 
1.1.2 Зарядна інфраструктура у світі ....................................................................... 9 
1.1.3 Зарядна інфраструктура. Сучасний стан та перспективи розвитку .......... 12 
1.1.4 Зарядні станції, що працюють від відновлюваних джерел енергії ........... 15 
1.2 Поняття гібридного енергетичного комплексу ................................................. 19 
Висновки до першого розділу ................................................................................... 25 
2 ПРОЄКТУВАННЯ ГІБРИДНОГО ЕНЕРГЕТИЧНОГО КОМПЛЕКСУ ............. 27 
2.1 Побудова структурно-функціональної моделі ГЕК ......................................... 27 
2.2 Побудова ресурсної моделі ГЕК при використанні енергії сонця та вітру ... 29 
2.3 Побудова технічної моделі ГЕК ......................................................................... 30 
Висновки до другого розділу .................................................................................... 48 
3 ЗАГАЛЬНА МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ГЕК ...................................................... 49 
3.1 ГЕК, до складу яких входять зарядні станції .................................................... 49 
3.2 ГЕК, що включають до свого складу станції заміни акумуляторних батарей
 ...................................................................................................................................... 58 
3.3 Розрахунок режимів роботи ГЕК ....................................................................... 67 
Висновки до третього розділу .................................................................................. 85 
ВИСНОВКИ ................................................................................................................... 88 
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ ............................................................................. 89 
 
  
5 
ВСТУП 
 
З кожним роком кількість автотранспортних засобів (АТЗ) в Україні зростає, 
що приводить до зростання споживання палива та забруднення навколишнього 
середовища відпрацьованими газами (ВГ). У зв'язку з цим, дуже гостро стоїть 
питання про розробку заходів, що пов’язані зі зменшенням використання палива 
та, як наслідок, зменшенням шкідливих речовин в навколишньому середовищі. 
 На сьогодні вирішення даних проблем рухається в кількох напрямках. 
Першим з яких є розробка електричних транспортних засобів (ЕТЗ), їх інтеграція 
та поступовий перехід на них зі звичайних АТЗ. Однак, необхідно враховувати, 
що для комфортного використання ЕТЗ необхідна розвинута зарядна 
інфраструктура, яка повинна містити в собі мережі зарядних станцій або станції 
заміни АКБ. 
На сьогодні розвиток інфраструктури станцій заряджання ЕТЗ ведеться 
досить швидкими темпами. Найбільше поширення отримали звичайні зарядні 
станції. Станцій заміни АКБ не так багато. Набувають поширення зарядні станції 
ЕТЗ, що працюють від відновлюваних джерел енергії (ВДЕ). При цьому 
використовується в більшості випадків енергії сонця та вітру. 
Енергопостачання станцій заряджання електротранспорту від ВДЕ на даний 
момент досить актуальне, в першу чергу при врахуванні екологічних факторів. 
Так, при заряджанні станцій від мережі ефект від зниження рівня викидів за 
рахунок заміни АТЗ електромобілями компенсується зростанням викидів 
теплових електростанцій (ТЕС), що забезпечують ріст потужності цього нового 
типу споживачів. В такий спосіб виходить, що електричні транспортні засоби 
сприяють поліпшенню екологічного стану тільки там, де вони використовуються. 
А в місцях розташування ТЕС, навпаки, спостерігається зростання забруднення 
навколишнього середовища. Зарядні станції, що використовують ВДЕ, такого 
недоліку позбавлені, оскільки електроенергія, необхідна для їх роботи, 
отримується від енергії сонця, вітру та ін. Крім цього енергетичні комплекси, що 
містять установки на основі ВДЕ, зарядні станції та/або станції заміни АКБ 
6 
дозволяють ефективно заощаджувати паливо за рахунок заміщення вироблюваної 
на ТЕС електроенергії для заряджання ЕТЗ. 
Слід зазначити, що у світі даній темі присвячена значна кількість досліджень. 
Більш того, в країнах Європи вже діє значна кількість зарядних станцій на основі 
ВДЕ. Отже, проведення досліджень ефективності використання ВДЕ для 
енергопостачання станцій заряджання електротранспорту на території України, а 
також створення методики проєктування відповідних комплексів, обґрунтування 
їх структури та параметрів є актуальним. 
7 
1 СТАН ТА ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ ЕЛЕКТРОТРАНСПОРТУ ТА ЙОГО 
ЗАРЯДНОЇ ІНФРАСТРУКТУРИ 
 
1.1 Електричні транспортні засоби та зарядна інфраструктура 
 
1.1.1 Електромобілі та гібридні автомобілі у світі. Сучасний стан та 
перспективи розвитку 
 
Світовий парк автомобілів щорічно збільшується на 5-8 % і більше. Так, у 
Києві, приміром, за 2021 рік приріст автотранспорту склав понад 21 %, а в цілому 
на кінець року чисельність автомобільного парку в місті склала близько 1,4 млн. 
[1-3]. З кожним роком стає більш актуальним завдання з усунення шкоди від АТЗ, 
а саме – забруднення навколишнього середовища (НС) ВГ. 
Згідно з даними World Energy Council, близько 17 % викидів парникових 
газів потрапляє в НС через роботу АТЗ. В Україні на автотранспорт доводиться 
приблизно 42 % забруднень, причому у великих містах ця цифра може досягати 
90 % [1-3]. Так, згідно з дослідженнями, проведеними у 2020 р. для Києва, 
проблема забруднення повітря автотранспортом як і раніше залишається для міста 
актуальною [3]. 
Крім забруднення атмосфери ВГ, автотранспорт є основним джерелом 
шумового забруднення, що впливає не тільки на органи слуху, але й на весь 
організм, викликаючи підвищення кров'яного тиску, погіршення пам'яті, нервовий 
розлад та ряд інших захворювань. За останні 10 років у 2-3 рази збільшилася 
кількість випадків серцево-судинних захворювань. Підвищений шум скорочує 
тривалість життя на 8-12 років [5]. 
З кожним роком кількість таких транспортних засобів у світі неухильно 
зростає. За 2020 рік, приміром, у світі було продано близько 240 тисяч 
електромобілів і гібридних електромобілів, а до 2030 року прогнозується, що 
частка електротранспорту складе приблизно 20 % від загальної кількості 
автомобілів  [6, 7]. 
8 
На сьогодні провідні позиції за кількістю електричних транспортних засобів 
у світі займають: США, з кількістю електромобілів і гібридів, що перевищують 
150 тис. одиниць, Японія – понад 60 тис. і Китай – близько 40 тис. [8]. Більш 
докладний розподіл кількості електромобілів по країнах світу наведено на 
рис. 1.1.  
 
 
Рисунок 1.1 – Розподіл кількості електромобілів і гібридних електромобілів по 
країнах світу 
 
Ринок ЕТЗ має великі перспективи, що обумовлено прагненням покращити 
екологічний стан НС та вичерпністю вуглеводневих ресурсів. За оцінками 
експертів, вартість акумулятора може бути знижена завдяки новим технологіям 
вже у найближчі роки, а до 2025 р. при теперішній динаміці цін на електроенергію 
та паливо ЕАТ може стати повноправним конкурентом автомобілям на 
традиційному паливі [6-13]. 
Розвиток ЕТЗ, перш за все, пояснюється підтримкою уряду різних країн. 
Уряд Китаю надає спеціальну знижку на всі гібридні та електромобілі. Забезпечує 
пільгові умови для заряджання таких транспортних засобів [10]. Крім того, 
таксопаркам і органам місцевого самоврядування надаються субсидії за кожний 
придбаний електромобіль або гібрид [8]. У Норвегії ЕТЗ звільняються від 
податків: податку прикупівлі ЕТЗ, від щорічного податку на ЕТЗ, податку на 
9 
паркування та ін. ЕТЗ дозволяється користуватися спеціальними смугами, 
призначеними для суспільного транспорту [14, 15]. У Німеччині власники ЕТЗ 
також звільняються від деяких податків. Крім цього, уряд країни спонсорує 
розробки в області побудови електричних транспортних засобів [16]. У Швеції 
уряд виділив 200 млн. крон на програму з збільшення в країні кількості 
електричних транспортних засобів [17]. У Голландії власникам ЕТЗ надається 
можливість паркування в місцях, де заборонено паркувати звичайні АТЗ [18]. 
Однак, навіть за підтримки з боку держави, розвиток галузі ЕТЗ стає 
недоцільним без наявності відповідної зарядної інфраструктури, яка б містила 
спеціалізовані станції, призначені для обслуговування ЕТЗ, механізми доступу до 
інших послуг. 
 
1.1.2 Зарядна інфраструктура у світі 
 
Як вже було сказано, для комфортної експлуатації ЕТЗ і гібридних ТЗ 
необхідна відповідна зарядна інфраструктура, що повинна містити ряд елементів, 
основними з яких – станції обслуговування ЕТЗ. На сьогодні існує два типи таких 
станцій, принципи роботи яких кардинальним чином відрізняються одна від 
одної. Тут йдеться про зарядні станції (ЗС) та станції заміни акумуляторних 
батарей. 
Зарядна станція – це електротехнічне обладнання, оснащене необхідними для 
підключення електромобілів роз’ємами та конекторами, що і дозволяє 
заряджувати електромобілі при різних режимах (рис. 1.2) [19]. 
 
10 
  
Рисунок 1.2 – Зарядна станція виробництва компанії Ensto 
По швидкості заряджання станції поділяються на два типи, а саме: 
− станції стандартної зарядки. Зарядка здійснюється змінним струмом, що 
становить близько 14 год, залежно від режиму заряджання та ємності 
акумуляторної батареї електричного транспортного засобу [19]. Даний тип 
зарядних станцій дозволяє увімкнути не більше двох ЕТЗ. Він часто 
використовується біля офісних та торгово-розважальних центрів, на паркуваннях, 
фітнес-клубів та в інших громадських місцях; 
− станції швидкої зарядки (CHAdeMo) забезпечують менш тривалу зарядку 
ЕТЗ (близько 15-40 хв). Зарядка електромобілів від даного типу станцій 
здійснюється постійним струмом до 125 А при напрузі 550 В та потужності до 
50 кВт. При цьому можуть заряджатися до 4 ЕТЗ одночасно [20]. 
З розвитком ЕТЗ американські та європейські виробники розпочали 
виробництво пристроїв, необхідних для заряджання електромобілів. Для 
уніфікації та створення стандартизованих роз’ємів і режимів заряджання 
акумуляторних батарей електромобілів було прийнято рішення розробити ряд 
стандартів, що характеризують режим та спосіб заряджання ЕТЗ. Міжнародна 
електротехнічна комісія взяла участь у створенні таких стандартів. Результатом 
став перелік стандартів, що регулюють та систематизують способи підключення 
зарядних пристроїв до ЕТЗ (види конекторів), припустимі режими заряджання 
ЕТЗ [1], згідно з яким можливі наступні типи підзарядки: 
− Mode 1 – повільна зарядка ЕТЗ змінним струмом від побутової мережі. 
Клас розеток відрізняється в різних районах світу. У більшості європейських 
країн стандартні розетки розраховані на силу струму 16 A, напругу 230 В та 
11 
потужність до 3,7 кВт. Зарядка при такому режимі може зайняти від 8 до 14 год; 
− Mode 2 – повільна зарядка ЕТЗ змінним струмом від мережі з 
використанням системи захисту від ураження електричним струмом, 
розташованої всередині кабелю [21]; 
− Mode 3 – повільна чи швидка зарядка ЕТЗ змінним струмом з 
використанням спеціального роз’єму, у якому реалізована система захисту та 
контролю над ходом заряджання електромобіля. Зарядка виконується при напрузі 
до 380 В, змінним струмом до 32 А і потужності до 22 кВт. Час заряджання може 
становити від 4 до 5 год. [21]; 
− Mode 4 (CHAdeMo) – швидка зарядка ЕТЗ постійним струмом при напрузі 
до 550 В, силою до 125 А та потужності до 50 кВт з використанням зовнішнього 
джерела живлення. Час заряджання – 15-40 хв [21]. 
Станція заміни АКБ на відміну від зарядної станції являє собою невелике 
приміщення, оснащене засобами заміни, заряджання, зберігання акумуляторів 
ЕТЗ. На таких станціях виконується заміна розряджених АКБ електромобілів на 
повністю заряджені. Приклад станцій наведено на рис. 1.3. 
 
  
Рисунок 1.3 – Станції заміни акумуляторних батарей компанії Better Place 
(Ізраїль) 
 
На сьогодні розробками в цій області займаються всього кілька компаній, з 
яких найвідомішою є компанія Better Place (США). Так, результатом роботи саме 
цієї компанії є всі з нині діючих у світі станції даного типу. 
Компанія Better Place займалась можливістю гарячої заміни АКБ, завдяки 
12 
чому процес заміни триває близько п'яти хвилин. Щоб не виникало дефіциту 
змінних батарей, у компанії розробили технологію їх перезарядження, яка займає 
близько 30-60 хв (зарядка здійснюється потужністю до 50 кВт). При такій 
швидкості заряджання батареї можуть перегрітися та зіпсуватися, тому їх 
примусово прохолоджують [19]. Сам процес заміни акумуляторних блоків 
наведено на рис. 1.4. 
 
1 – швидке очищення дна автомобіля; 2 – вилучення розрядженого акумулятора; 
3 – транспортування розрядженого акумулятора; 4 – зона заряджання 
акумуляторів; 5 – склад заряджених АКБ ; 6 – транспортування заряджених АКБ; 
7 – встановлення зарядженого АКБ; 8 – від'їзд ЕТЗ 
Рисунок 1.4 – Процес заміни акумуляторних блоків на станції заміни Better Place 
 
Отже, судячи із часу обслуговування ЕТЗ, можна зробити висновок, що 
станції заміни АКБ є більш зручними для власників ЕТЗ, чим зарядні станції. 
Однак, у таких станцій є великий недолік – компанія Better Place працює лише з 
однієї моделлю ЕТЗ Renault Fluence Z.E. 
 
1.1.3 Зарядна інфраструктура. Сучасний стан та перспективи розвитку 
 
За останні кілька років прагнення влади різних країн розвивати 
електротранспорт привело не тільки до збільшення кількості електромобілів і 
13 
гібридних автомобілів у світі, але й до введення в експлуатацію багатьох зарядних 
станцій і декількох станцій заміни акумуляторних батарей. Так, є чітке 
усвідомлення, що для успішної реалізації збільшення кількості ЕТЗ, необхідна 
відповідна зарядна інфраструктура. До будівництва зарядних станцій починають 
підключатися електроенергетичні компанії, оскільки виникає істотне збільшення 
корисного відпускання електроенергії та, як наслідок, зростання доходів галузі в 
цілому. Уряди різних країн і різні компанії вносять свій внесок у розвиток такої 
інфраструктури. У Франції для створення зарядної інфраструктури 
електроенергетична компанія Électricité de France (EDF) підписала з компанією 
Renault-Nissan, Toyota угоду про просування електричних транспортних засобів. 
Метою угоди є встановлення зарядних станцій та постачання ЕТЗ [11, 20]. В Італії 
були укладені угоди між електроенергетичною компанією Enel і 
автовиробниками Daimler, Renault, Nissan; в Іспанії – між електроенергетичною 
компанією Endesa і Mitsubishi, Renault-Nissan і японською організацією 
CHAdeMo. У Німеччині між Volkswagen, BMW, Renault, Daimler і Nissan та 
електроенергетичними компаніями Vattenfall, E.ON [11, 21-23]. В Естонії 
місцевий уряд вступив у співробітництво з Mitsubishi та компанією ABB [11]. В 
Іспанії уряд спонсорує проєкт з переустаткування старих телефонних будок у 
зарядні станції [25]. У Данії об'єдналися компанія Better Place та 
електроенергетична компанія Dong Energy. На реалізацію спільного проєкту було 
виділено 103 млн євро [8]. У Великобританії Міністерство транспорту в рамках 
проєкту “Plugged-In Places” пропонує гранти на розвиток мережі зарядних станцій 
у країні [26]. 
В розвитку зарядної інфраструктури зацікавлено безліч сторін, тому згодом 
кількість зарядних станцій і станцій заміни АКБ у світі буде тільки зростати. 
Оскільки кількість зарядних станцій тільки зростає, щоб власникам ЕТЗ було 
комфортніше ними користуватися, необхідно створення бази даних про місце 
розташування станцій. 
Сьогодні існує безліч баз даних і інтерактивних карт по зарядних станціях, 
розташованих у різних країнах світу. Вони перебувають у вільному доступі, 
14 
містять інформацію про місце розташування зарядних станцій, їх тип, 
використовуване на станціях устаткування, про приналежність державі або 
приватним компаніям і т.п. Нижче наведено короткий опис декількох найбільш 
об’ємних джерел такої інформації. 
Проєкт «The Open Charge Map» – найбільший у світі реєстр зарядних 
станціях світу. Його мета – надання найбільш повної інформації з інфраструктури. 
Проєкт «EV Charger Maps» був створений зусиллями добровольців і 
координується іншим проєктом під назвою EV Charger News, у рамках якого 
здійснюється збір і обробка інформації по зарядних станціях, розташованих на 
території США [29]. Уряд штатів Каліфорнія, Аризона, Невада та клуби 
автомобілістів цих штатів фінансують свій проект – «Clean Car Maps». На 
офіційному сайті проєкту є інформація з місця розташування АЗС, що 
спеціалізуються на альтернативному паливі, зокрема зарядні станції для ЕТЗ [30]. 
LEMnet займається створенням інфраструктури ЗС у Європі [31]. Проєкт 
«ElektroТankstellen» керується Європейською Асоціацією по Відновлюваних 
Джерелах Енергії Eurosolar і на сьогодні містить у своїй базі даних інформацію з 
3275 зарядних станцій Європи [32]. Бази даних «Alargаdor» і «ElectroМap» містять 
інформацію із зарядних станцій Іспанії та Португалії. Alargador дозволяє будь-
якому бажаючому вносити інформацію про нові зарядні станції [33, 34]. 
Інформація про зарядні станції Великобританії розташована на офіційному сайті 
компанії POD Point. 
На сьогодні у світі вже встановлено та експлуатується велика кількість ЗС, 
однак кілька станцій заміни АКБ, що є тільки в Ізраїлі, Японії, Австралії, Данії, 
Голландії та Китаї. Лідируюче положення по кількості ЗС займають США – більш 
15000 станцій, Китай – понад 8000 станцій, і Японія – понад 5000 [11, 28-36].  
Що ж стосується перспектив розвитку зарядної інфраструктури в 
майбутньому, то в багатьох країн вже є великі плани на цей рахунок. 
Міністерство охорони навколишнього середовища Франції оголосило про 
намір підтримати встановлення 400 тис. зарядних станцій в країні [11]. Китай 
планує встановити близько 222350 ЗС, серед яких будуть і станції заміни АКБ. До 
15 
2030 року передбачається ввести в експлуатацію 10 млн зарядних станцій [27, 28]. 
В Італії діє проєкт “Zero Emission City Parma”. Його задачею є встановлення 300 
ЗС та закупівля 900 ЕТЗ до 2025 року. На реалізацію проєкту було виділено 9 млн 
євро [29]. Електроенергетична компанія RWE разом з компанією Green Stream 
Cluster планують встановити близько 330 зарядних станцій у п'яти містах 
Польщі: Варшава, Гданськ, Катовіце, Краків та Мелеці [11]. У Лондоні 
(Великобританія), згідно із планом “Electric Delivery Plan For London”, до 2025 р. 
передбачається встановити 25 тис. зарядних станцій [30]. 
 
1.1.4 Зарядні станції, що працюють від відновлюваних джерел енергії 
 
Використання електромобілів і гібридних автомобілів дозволяє знизити 
викиди відпрацьованих газів і рівень шумового забруднення в містах. Однак, 
незважаючи на це, зниження рівня викидів автомобілями буде частково 
компенсуватися ростом викидів теплових електростанцій, що забезпечують в 
основному ріст електричного навантаження нового типу споживачів. Зарядження 
електротранспорту бажано здійснювати з використанням електроенергії, 
виробленої сонячними, вітро-, гідро- або атомними електростанціями. У зв'язку з 
цим, компанії-виробники сонячних і вітроелектричних установок, компанії, що 
займаються встановленням ЗС, звернули увагу на можливість використання ВДЕ 
для енергопостачання таких станцій екологічно чистою та дешевою енергією. 
На сьогодні станції, що працюють від ВДЕ, у світі вже чимала кількість, і всі 
вони належать до зарядних станцій. Залежно від використовуваного ресурсу такі 
станції підрозділяються на сонячні та вітрові зарядні станції. Причому, 
найбільшого поширення одержали зарядні станції, що працюють від енергії 
сонця. Що ж стосується станцій заміни АКБ, що працюють від ВДЕ, то таких 
проєктів, на жаль, поки що реалізоване не було. 
Сонячні зарядні станції найчастіше являють собою звичайні навіси для 
автомобілів, неподалік від яких встановлені зарядні пристрої. На цих навісах, або 
на дахах сусідніх будинків монтуються фотоелектричні панелі, які виробляють 
16 
необхідну електроенергію для заряджання ЕТЗ. Встановлена потужність сонячних 
ЗС може варіюватися від 500 Вт до 100 кВт та більше. Оскільки енергія сонця не 
постійна в часі, багато ЗС мають підключення до електромережі, або обладнані 
АКБ для перерозподілу енергії. 
ЗС такого типу вже досить багато. Найбільша їх кількість знаходиться в 
США та Німеччині – всього близько декількох сотень штук. Також кілька таких 
станцій є в Японії, Італії, Великобританії і Йорданії. З більш докладною 
інформацією з діючих у світі сонячних зарядних станцій можна ознайомитися в 
табл. 1.1. Крім того, кілька прикладів таких станцій представлено на рис. 1.5-1.6. 
 
 а)  б) 
Рисунок 1.5 – Сонячна зарядна станція Yana (Німеччина) а) та зарядна станція 
компанії Honda (Японія) (б) 
 
 
Рисунок 1.6 – Сонячна ЗС компаній Mitsubishi Motors та Mitsubishi Electric 
(США, штат Каліфорнія) 
 
  
17 
Таблиця 1.1 – Сонячні зарядні станції світу [31-42] 
Кількість 
Кількість 
Місце Потужність Кількість зарядних Сум. Щорічне 
Зарядна електромоб. Наявн. 
Компанія розташу- обладн., установок пристроїв потужність, вироблення Примітка 
станція що одночасно АКБ 
вання кВт шт. шт./режим кВт кВт·год 
зарядж. шт. 
заряду 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 
Виробляє 
До складу достатню 
Solar Tree кількість 
 1 не 14,4 30000  
Array енергії для 
входять заряджання 6 
авто в день 
Round Для 
Solar Grove 
Rock, одночасної 
(на базі 11 2 110,6 131000  
штат заряджання 
Solar Tree) 14,4  
Техас, 2-ох 
електромобілі
США 
Axion в потрібно 6 
Штат Power год. Виробляє 
На базі Envivion Пенсиль Internati достатню 
Solar 2 1 28,8  
Solar Tree ванія, onal's кількість 
енергії для 
США Power 
заряджання 6 
Cube авто в день 
NREL Solar Golden, 
3,5 2 1 1 3,5 1520   
Tree Колорадо 
Виробляє 
достатню 
Solar Golden, кількість 
14,4  6 1/ Mode 4 86,4  + 
Tree Колорадо енергії для 
заряджання 
6 авто в  
Mitsubishi Задреяндьк а 
Motors Mitsubishi  
Solar- North Cypress, i-МiEV 
Powered America 
штат 3/Mode 2, триває 
EV Inc. і 16,8 4 1 16,8   
Charging Mitsubishi Каліфор Mode 4 22, 6 годин 
Electric & нія та 25 
Station 
Electronics хвилин 
USA Inc. відповідно 
Solar- Бруклін, Зарядка 
Beautiful 
Powered штат     BMW Mini-
Earth    
EV Charging Нью- 5,6 1 5,6 + E триває 3 
Group 
Station Йорк години 
Solar- Ешвіл, ♦орієнтув. 
Powered EV штат на Nissan 
 5  1  5  - 
Charging Північна Leaf і 
Station Кароліна  Chevrolet Volt 
Санхосе, 
SP-300 EV Sunpods 1/Mode 3, 
штат 2,76÷3,0 2 - 2,76÷3,0  +  
Plug-N-Go Inc. Mode 4 
Каліфорнія 
Inspec 
Group 
Solar Sanyo North Штат 
America 8,2 3 1 2/ Mode 3 8,2 10000   
Canopy &Portland Орегон 
General 
Electric 
Solar EV Юджин, 
Charging  штат 40  1 18 40  +  
Station Орегон 
Solar EV Сіетл, Ємність 
EV4 Mode 3, 
Charging штат 4/25  1 4/25  + АКБ – до 
Oregon Mode 4 
Station Вашингтон 125 кВт·год 
18 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 
Hannover
Solartankste
 -Dohren, 7  1 9 7    
lle 
Германія 
Берлін, Ємність АКБ 
Younicos Німеччина 230 В, до100кВт·год 
Yana  8 1    
AG Умбрія, 16 А Макс. пот.  
Італія 10 кВт 
Bolzano, 
E-Move - 2,4 8 1  1,76 3000   
Італія 
Lumine- 1, 2 або 0,5; 1 або 
Lotus Італія 0,5/2,8      
xence 4/1 2/2,8 
Solar EV Зарядка 
 Амман, 1/Mode 3 
Charging 7 2 1    + Nissan Leaf 
- Йорданія (220 В, 32А)
Station займає4 год. 
Antares Pinnifarna Італія 4,6 2 1  4,6    
Дарем, 
Romag 
Romag Великоб 1,5  1  1,5 1100   
Powerpark 
ританія 
Gogreen 
Solar   1/120 В,  
      
EV Charging 1,2 1 16 А 1,2 
Station 
Solar-
Toyota Ємність 
Powered EV Toyota,    
Industries     АКБ – 
Charging Японія 1,9 1 1,9 
Corp. 8,4 кВт·год 
Station 
Solar EV 
1,08÷6,4
Charging Solaranda  1,08÷6,48  1  1621÷9727 -  
8 
Station 
 
Ситуація зі станціями, що працюють від енергії вітру, не однозначна. У 
країнах, де багато вітроелектростанцій (ВЕС), прийнято вважати, що ЕТЗ 
заряджаються за рахунок енергії вітру. Однак, це не так. Енергопостачання ЗС 
здійснюється від електричної мережі, а не від вітроелектричних установок (ВЕУ). 
Такі АЗС є в Данії, Австралії, Великобританії. Вітряна зарядна станція за назвою 
Sanya SkyРump виробництва компаній Urban Green Energy (США, штат Нью-
Йорк) і GE Energy (США, штат Джорджія) випускається серійно та є свого роду 
унікальним випадком. 
До складу станції входить ВЕУ з вертикальною віссю обертання UGE-4K 
(потужність 4 кВт) і зарядне обладнання Wattstation (може бути використане 
обладнання Durastation) компанії General Electric [33]. Технічні характеристики 
цієї станції наведено в табл. 1.2. 
 
19 
 
Рисунок 1.7 – Вітряна зарядна станція Sanya SkyРump (Іспанія) 
 
Таблиця 1.2 – Технічні характеристики зарядної станції Sanya SkyРump 
ВЕУ UGE-4K Станція Durastation Станція Wattstation 
Ном. Мін. 
Потужність, Потужність, Режим Потужність, 
швидкість швидкість Режим заряду 
кВт кВт заряду кВт 
вітру, м/с вітру, м/с 
240 В, 16 А; 
240 В, 
4 12 3,5 3,6; 22 Mode 3  7,2 
30 А 
(400 В, 32 А) 
 
Станція Sanya SkyРump є першою у світі вітряною ЗС для ЕТЗ. Заряджання 
здійснюється безпосередньо від ВЕУ. 
 
1.2 Поняття гібридного енергетичного комплексу 
 
По суті, коли мова заходить про розробку зарядних станцій або станцій 
заміни акумуляторних батарей, що працюють від ВДЕ, це повинно означати 
розробку гібридних енергетичних комплексів. Згідно [31] гібридним 
енергетичним комплексом називається сукупність взаємозалежного обладнання та 
споруд, призначених для виробництва, перетворення енергії в інші види 
(механічну, теплову, електричну та ін.), розподілу та споживання в рамках 
взаємозалежного технологічного процесу. ГЕК містять споживачів, виробників і 
передавачів різних видів енергії, які забезпечують автономність його 
функціонування. Однак, необхідно відзначити той факт, що склад ГЕК чітко не 
20 
визначений. Так під гібридними енергокомплексами часто мають на увазі: 
− об'єднання енергоустановок різного типу, у тому числі й на основі ВДЕ; 
− об'єднання генераторів, споживачів та об'єктів транспортно-комутаційної 
мережі локального об'єкта [31]. 
Для уточнення поняття гібридного енергокомплексу в [31] виділяються 
наступні його системні властивості: 
− залежність ефективності використання генераторів (перетворювачів 
енергії різних видів первинної енергії в тепло та електроенергію) від типів 
споживачів електроенергії; 
− необхідність гнучкого взаємозв'язку генераторів, що працюють на різних 
видах первинної енергії, і споживачів різного типу та призначення за допомогою 
розвиненої мережі типу Micro-Grid; 
− залежність параметрів генераторів кожного типу від співвідношення 
параметрів споживачів і графіка надходження енергетичних ресурсів, необхідних 
для балансування генерації та споживання потужності і енергії елементів ГЕК. 
Таким чином, у підсумку можна стверджувати, що гібридні енергетичні 
комплекси являють собою технічну систему, що поєднує в рамках єдиного 
технологічного процесу генератори електричної та теплової енергії різних типів, 
акумулятори енергії різних типів, засоби комутації та передачі електричної, 
теплової енергії, засоби перетворення електричної та теплової енергії у вигляд, 
придатний для використання споживачами електричної та теплової 
електроенергії. 
У всьому світі проводяться різні дослідження та публікуються різноманітні 
наукові праці, присвячені експлуатації зарядних станцій і станцій заміни АКБ, а 
також їх енергопостачанню від ВДЕ. Причому, такі дослідження ведуться не 
тільки за кордоном, але і в Україні. Виконано короткий огляд наукових праць і 
результатів досліджень в області зарядної інфраструктури. 
Робота [22] присвячена мережам середньої напруги постійного струму.  
Мережі середньої напруги розглядаються як додатковий ступінь між рівнями 
напруги мереж передачі та розподілу, а також як основна платформа для 
21 
підключення різних електрогенеруючих установок, що працюють від 
відновлюваних джерел енергії, і різних типів навантаження, що працюють на 
низькій напрузі постійного струму. Тим самим, це дозволяє зменшити кількість 
етапів перетворення напруги на шляху від низької напруги ВДЕ до високої 
напруги енергосистеми, використовувати перетворююче обладнання з меншою 
номінальною потужністю та підвищити ефективність енергосистеми в цілому. 
Для вирішення поставлених завдань була створена модель системи, у яку 
ввійшли: мережа постійного струму напругою 5 кВт, 3 вітроелектричні установки 
по 5 МВт кожна, навантаження, у ролі якого виступала зарядна станція і 
промисловий об'єкт, що складається з індукційних машин потужністю 10 кВт, 
перетворююче устаткування (інвертори, випрямлячі та перетворювачі). Робота 
всієї системи, а також кожного елемента окремо, була детально змодельована за 
допомогою програми PSCAD, яка призначена для створення комп'ютерних 
моделей різних енергосистем. Окремо варто уточнити, що являє собою розглянута 
зарядна станція. До складу ЗС входять 2 зарядних пристрої постійного струму, 
сонячні панелі сумарною потужністю 20 кВт і необхідні перетворювачі напруги. 
Було розглянуто два випадки, коли зарядна станція підключена до мережі 
середньої напруги постійного струму та коли не підключена. У кожному із цих 
випадків було розглянуто, чи виступає станція в якості навантаження, або як 
джерело електроенергії. У результаті інформація по роботі являє собою такі 
залежності, як: напруга на шині середньої напруги постійного струму у випадках, 
коли зарядна станція підключена і не підключена до мережі, залежно від часу, 
протягом якого проводилося моделювання; споживана або вироблена зарядною 
станцією потужність залежно від часу моделювання; вихідний струм або напруга 
різного перетворюючого обладнання в залежності від часу моделювання і т.д. 
[32]. 
Робота [34] є продовженням попередньої роботи. В ній описуються подальші 
дослідження мереж середньої напруги постійного струму, для чого на базі раніше 
розробленої моделі була створена більш складна, у яку ввійшли: ще одна ВЕУ 
потужністю 5 МВт, сонячна фотоелектрична станція (СФЕС) потужністю 1 МВт, 
22 
лінійне навантаження (з лінійною характеристикою) або акумуляторна батарея. 
Мета і результати даної роботи аналогічні тим, що були описані в [32]. 
В [35] особлива увага приділяється зарядним станціям для електромобілів, 
енергопостачання яких здійснюється за допомогою сонячних панелей. Мета цієї 
роботи полягала у визначенні технічних можливостей таких станцій і в оцінці їх 
економічної ефективності. Для цього, у ході роботи виявляється відповідність 
результатів тестування двох транспортних засобів – гібридного електромобіля та 
електроскутера – даним по приходу сонячного випромінювання в розглянутому 
регіоні залежно від пори року та погодних умов, і з доступною потужністю 
залежно від розміру фотоелектричної системи. У результаті визначається час 
заряджання розглянутих транспортних засобів, з яких вибирається оптимальний, 
що у свою чергу і визначає вартість станції. Що стосується економічної 
ефективності та рентабельності зарядних станцій різної потужності, то в роботі 
розраховані строки їх окупності. Всі результати роботи представлені 
відповідними залежностями. 
В [36] описується проєкт комбінованої системи з фотоелектричних батарей і 
вітроенергетичних установок для енергопостачання електромобільної заправної 
станції. У ході роботи було спроєктовано зарядну станцію, що складається з 
5 ВЕУ потужністю 3 кВт кожна, 120 сонячних модулів по 230 Вт, 5 зарядних 
обладнань, 64 акумуляторних батарей ємністю 200 і 260 Агод і т.д. Що 
стосується зарядних обладнань, то в проєкті використовується обладнання 
змінного струму (220 В, 16 А), зарядка від яких може займати від 4 до 10 годин 
залежно від ємності акумулятора електромобіля. 
Робота [37] присвячена дослідженню можливості використання ВЕУ для 
заряджання електромобілів. Мета роботи полягала в тому, щоб визначити річний 
виробіток вітроелектричного обладнання та кількість електроенергії, спожитої 
одним електромобілем за рік, та порівняти між собою отримані дані. Для цього 
в роботі використовувалася ВЕУ потужністю 1,8 кВт та модифікований 
гібридний електромобіль Toyota Prius, ємність акумулятора якого становить 
5 кВт·год. 
23 
В [38] розглядається зарядна станція, що складається з ВЕУ потужністю 
900 Вт, сонячних панелей сумарною потужністю 980 Вт, акумуляторної батареї,  
перетворюючого та іншого обладнання, яка була сконструйована та за допомогою 
якої проводилася подальші дослідження. Крім зняття різних характеристик, що 
описують роботу обладнання, метою даної роботи було визначення можливості 
використання таких станцій для заряджання електромобілів. Для цього було 
визначено річний виробіток станції, споживання енергії електромобілем на 100 км 
пробігу, була розрахована відстань, яку електромобіль зможе пройти протягом 
року, якщо буде заряджатися тільки від цієї станції, і на основі результатів роботи 
були зроблені відповідні висновки. 
В [39] приводяться результати дослідження, мета яких полягала в тому, щоб 
визначити яку кількість акумуляторних блоків від електромобілів необхідно мати 
на станції заміни акумуляторних батарей для її стабільної роботи. Крім цього, в 
роботі розглядається яким чином дана кількість залежить від частоти 
надходження електромобілів та від часу заряджання акумуляторних батарей. 
Спочатку увага приділяється тому, яким чином станції такого типу повинні 
працювати. У роботі приймається, що зарядка акумуляторних блоків проводиться 
безпосередньо на станції. Таким чином, сумарна кількість акумуляторних батарей 
у часі не змінюється, а змінюється кількість розряджених і кількість повністю 
заряджених АКБ. На закінчення приводяться формули, що описують 
стохастичний процес керування станцією заміни, оснований на теорії черг, а 
також відповідні залежності, отримані в ході дослідження. 
Робота [40] присвячена розробці експериментальної портативної сонячної 
зарядної станції, яка може бути використана для заряджання електромобілів. В 
роботі всі теоретичні розрахунки проводилися за допомогою програми Mathcad, 
результати яких дозволили визначитися з параметрами станції. Відповідно до 
отриманої інформації було виконано вибір обладнання та сконструйована 
експериментальна модель такої станції, яка за свій зовнішній вигляд, схожа на 
римську букву Ω, одержала назву “Omega Type Solar Charge Station” (“Сонячна 
зарядна станція типу Омега”). До складу станції ввійшли 16 фотоелектричних 
24 
модулів потужністю 55 Вт кожний, кілька вертикальних і розташованих під кутом 
відбивачів, наявність яких дозволила підвищити ККД станції, зарядне 
обладнання, свинцево-кислотна батарея та ін. обладнання. Що ж стосується 
заряджання електромобілів, то вона можлива як безпосередньо від зарядної 
станції, так і від її акумуляторної батареї. 
Наведений аналітичний огляд показує, що є величезні можливості для 
проведення досліджень в секторі зарядної інфраструктури для електротранспорту. 
Так, у більшості робіт, основна увага приділяється тільки одному типу станцій, а 
саме зарядним станціям (а не станціям заміни АКБ), а також переважно одному 
типу ВДЕ (енергії сонця або енергії вітру). До того ж, навіть при 
енергопостачанні зарядних станцій від одного єдиного джерела відновлюваної 
енергії їх економічна ефективність може суттєво змінюватися залежно від складу 
обладнання. Однак, попри це, практично у всіх роботах, за винятком [35, 39], для 
енергопостачання зарядних станцій розглядається тільки один склад обладнання. 
Дослідженню режимів роботи станцій також приділяється мало уваги. Так в 
[37, 38, 40] можливість енергопостачання станцій від ВДЕ пояснюється простим 
порівнянням річного вироблення генеруючих установок з річним споживанням 
електромобілів. В [32-34] хоч і здійснюється моделювання зарядної станції, та не 
приділяється достатньо уваги надходженню електромобілів на станцію протягом 
доби, і вже тим більше з урахуванням тижневої нерівномірності. У випадку ж зі 
станціями заміни методика розрахунків їх режимів роботи буде суттєво 
відрізнятися, тому що на таких станціях практично завжди повинен бути 
резервний запас АКБ [39]. 
В майбутньому, в міру збільшення кількості ЕТЗ, введення таких станцій в 
експлуатацію дозволить не тільки суттєво покращити екологічний стан, але також 
підвищити енергобезпеку і енергонезалежність регіонів країни, збільшуючи 
частку ВДЕ в енергобалансі України. До того ж, зі зростанням цін на 
електроенергію та паливо економічна ефективність станцій заряджання на основі 
відновлюваних джерел буде лише зростати. Таким чином, такі станції і відповідна 
їм інфраструктура є актуальними не тільки для закордонних країн, але й для 
25 
України. 
Аналіз досліджень і наукових праць в області зарядної інфраструктури, 
наведений у п. 1.3, показав, що актуальним також є: 
− створення моделі ГЕК, що містить в собі різні генеруючі обладнання 
відновлюваної енергетики та зарядні станції або станції заміни АКБ, яка б 
дозволяла здійснювати розрахунки режимів роботи таких ГЕК; 
− проведення досліджень стосовно ефективності використання таких 
комплексів на території Україні. 
 
Висновки до першого розділу 
 
1. На сьогодні досить інтенсивно розвивається інфраструктура станцій 
заряджання акумуляторних батарей електричних транспортних засобів, а 
кількість проданих електромобілів і гібридних автомобілів з кожним роком тільки 
зростає. 
2. Збільшення частки електромобілів і гібридних автомобілів від загальної 
кількості авто дозволить знизити рівень шуму та вміст токсичних речовин в 
атмосфері великих міст. Для того, щоб ефект від їх використання був відчутним, 
для заряджання акумуляторів електричних транспортних засобів доцільно 
використовувати електроенергію, вироблену відновлюваними джерелами енергії. 
3. Збільшення частки електричних транспортних засобів дозволить 
заощадити рідке паливо, яке використовується на звичайних автомобілях, а 
використання ВДЕ для заряджання АКБ електромобілів буде сприяти економії 
таких видів палива як вугілля та газ (використовуються на теплових 
електростанціях), які інакше довелося б витрачати на вироблення електроенергії 
для енергопостачання станцій підзарядки від мережі. 
4. Згідно з Енергетичною стратегією-2030 розвиток відновлюваної 
енергетики в Україні є актуальним для локальних електроенергетичних систем, 
забезпечених мережею централізованого електропостачання. 
5. Використання на території Україні ГЕК на основі ВДЕ, що містить станції 
26 
заряджання АКБ електромобілів, дозволить підвищити енергобезпеку та 
енергонезалежність районів країни, а також збільшить частку ВДЕ в 
енергобалансі України. 
6. З розповсюджених на сьогодні типів станцій заряджання найбільш 
перспективними є зарядні станції швидкого заряджання та станції заміни 
акумуляторних батарей. Заряджання електромобілів на станціях першого типу 
займає близько 15-40 хв., а заміна акумуляторної батареї електромобіля на 
станціях другого типу – близько 5 хв. 
27 
2 ПРОЄКТУВАННЯ ГІБРИДНОГО ЕНЕРГЕТИЧНОГО КОМПЛЕКСУ 
СТАНЦІЇ ЗАРЯДЖАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ 
 
2.1 Побудова структурно-функціональної моделі ГЕК станції заряджання 
електричних транспортних засобів 
 
Розробка проєктів проходить у кілька етапів, перші з яких пов'язані з 
розробкою ідеї, оцінкою її реалізованості, плануванням і одержанням техніко-
економічної оцінки доцільності цих проєктів [34]. Проєктування гібридних 
енергетичних комплексів (ГЕК) здійснюється в кілька етапів, в ході яких може 
знадобитися розробка математичних моделей як елементів ГЕК, так і самих ГЕК. 
Для досягнення мети, необхідно розробити ряд моделей: 
− віртуальну модель – структурно-функціональну модель комплексу, що 
містить всі можливі елементи ГЕК, а також перелік завдань, які повинні бути 
вирішені для реалізації головної мети проєкту; 
− ресурсну модель, яка являється динамічною моделлю надходження 
енергоресурсів; 
− технічну модель, що дозволяють реалізувати функцію, визначену в 
структурно-функціональній моделі. 
З використанням даних моделей розроблюється загальна модель ГЕК, а на її 
основі – програма, що дозволяє робити автоматизовані розрахунки. Ця програма у 
свою чергу повинна мати модульний принцип побудови для того, щоб окремі 
його елементи можна було змінювати, модернізувати, а при відсутності 
необхідності не використовувати. 
Структурно-функціональна модель гібридного енергетичного комплексу 
представлена схемою (рис. 2.1). Дана схема отримана в результаті аналізу 
принципів роботи та структури існуючих зарядних станцій і станцій заміни АКБ і 
актуальна для ГЕК, що включають один із цих типів станцій заряджання. 
У структурно-функціональній схемі основними елементами ГЕК є 
обладнання, що працює від ВДЕ. Оскільки використання таких установок 
28 
ускладнено відсутністю в них можливості забезпечення гарантованого 
енергопостачання, то для подолання даної проблеми в схемі присутні 
акумулятори енергії, а саме типові АКБ для ЗС і АКБ ЕТЗ для станції заміни 
АКБ. Крім цього, надійність електропостачання забезпечується за наявності 
резервних джерел живлення: дизельних електроустановок, електричної мережі. 
Позначені основні елементи ЗС, а саме: зарядні пристрої, за рахунок яких 
здійснюється підзарядка АКБ ЕТЗ. У випадку зі станціями заміни – запас АКБ 
ЕТЗ, який необхідний для нормальної роботи станцій. 
 
 
ГЕУ – гідроелектрична установка, ВЕУ – вітроелектрична установка,  
ДЕУ – дизельна електрична установка, МП – обладнання відбору максимальної 
потужності, ФЕУ – фотоелектрична установка, ВП – власні потреби ГЕК, 
АКБ – акумуляторна батарея, ЗП – зарядний пристрій, ЕМ – електромобіль 
Рисунок 2.1 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
 
Особливістю схеми є врахування всіх можливих елементів, параметри яких 
можуть змінюватися від 0 до ненульового значення. Таким чином, якщо, наприклад, 
у складі ГЕК присутні тільки ВЕУ та ФЕУ, то це говорить про їх потужність, 
відмінну від нуля. 
 
  
29 
2.2 Побудова ресурсної моделі ГЕК при використанні енергії сонця та 
вітру 
 
Вихідні дані, а саме значення потоку сумарного та дифузійного сонячного 
випромінювання (СВ) для кожної години року, були отримані зі швейцарської 
бази даних (БД) про місцеві ресурси за назвою “Meteonorm” [27]. Дана БД 
основані не на спостереженнях, а інтерполюються програмою по закладених 
закритих алгоритмах. У якості вихідної інформації для інтерполяції 
використовуються дані про СВ більше ніж у 8000 точках на поверхні Землі. 
Далі значення потоку дифузійного сонячного випромінювання 
перераховуються для площини, розташованої під оптимальним кутом. Так, 
сьогодні відома безліч моделей, призначених для даних цілей. У даній роботі для 
розрахунку СВ, що потрапляє на площину, розташовану під оптимальним кутом, 
використовувалася модель ізотропного приходу дифузійного СВ, описана в [24]. 
За допомогою БД “Meteonorm” для кожної години року були отримані 
значення швидкості вітру на висоті 10 м. Зміна швидкості вітру залежить від 
рельєфу, шорсткості місцевості, наявності штучних перешкод і т.п. При 
проведенні вітроенергетичних розрахунків велике значення має вибір залежності 
швидкості вітру від висоти, яка апроксимується, степеневою або логарифмічною 
функціями [27]. Вертикальний профіль швидкості вітру в даній роботі 
представлений емпіричною залежністю степеневого вигляду: 
 
m
V (h )  h 
     2 =  2
  ,       (2.1) 
V (h1 )  h1 
 
де m – показник степені, що залежить від безлічі факторів [28, 29], у роботі 
приймається рівним 0,2. 
  
30 
2.3 Побудова технічної моделі ГЕК 
 
Технічна модель сонячної фотоелектричної установки 
Розрахунки вироблення сонячної фотоелектричної установки для кожної 
години року виконується з використанням наступної формули [34]: 
 
   E (і)= Е  (і)F m   K К  ,
СФЕУ  CM CM Зап t N     (2.2) 
 
де i – година; Е 
 (і)  – сумарне надходження сонячного випромінювання на 
площину, розташовану під кутом нахилу відносно горизонту β та азимутом γ, 
Вт·год/м2; m  – кількість сонячних модулів, шт; FCM – площа сонячного модуля, м2; 
  – коефіцієнт світлопропускання сонячного модуля; CM – номінальний ККД 
сонячного модуля; N  – втрати потужності при послідовному з'єднанні сонячних 
модулів,  = 0,97 ; K  – коефіцієнт заповнення сонячними елементами всієї 
N Зап
площі сонячного модуля; K t – коефіцієнт, що враховує вплив температури 
сонячного модуля на ККД та визначається за формулою (для заданої 
температури): 
 
K t=1-α(T-T0),     (2.3) 
 
де  α  – градієнт зміни ККД сонячного модуля від температури. 
Для кремнієвих сонячних елементів можна прийняти рівним α=ηСМ /20° [24]. 
 
Технічна модель вітроелектричної установки 
Визначення потужності, що видає вітроелектричне обладнання проводиться 
за допомогою залежності потужності ВЕУ від швидкості вітру на висоті 
розміщення вітроколеса: 
NВЕУ (і)= f (VH (i)).       (2.4) 
6
 
31 
Дана залежність є основною технічною характеристикою для кожної 
вітроелектричної установки і входить у її паспортні дані. Приклад технічної 
характеристики ВЕУ наведено на рис. 2.2. 
 
 
Рисунок 2.2 – Технічна характеристика ВЕУ PW-30/14 (АВЕУ-30) 
 
Технічна модель ДЕУ 
Технічна модель ДЕУ представлена її робочою потужністю. Робоча 
потужність ДЕУ – максимальна потужність, яку установка може отримати при 
змінному навантаженні необмежений час. Мінімальна потужність ДЕУ в даній 
роботі не обмежена. 
 
Технічна модель споживачів енергії 
Технічну модель споживачів теплової та електричної енергії наведено 
графіками тепло- і електроспоживання чи значеннями середньодобової 
потужності, що необхідна для роботи споживчого комплексу. У даній роботі 
зарядні станції та станції заміни акумуляторних батарей виступають в якості 
споживачів електроенергії. Однак, оскільки принцип роботи станції заміни АКБ 
сильно відрізняється від принципу роботи ЗС, технічна модель першої буде 
представлена ще й графіком надходження розряджених акумуляторів на станцію. 
Графіки енергоспоживання, які моделюють станції підзарядки, визначаються 
ємністю АКБ ЕТЗ та власними потребами станцій. Однак, для побудови таких 
графіків необхідно визначити кількість ЕТЗ, яка обслуговується на одній такій 
станції протягом доби, а потім одержати графіки надходження цих електромобілів 
32 
на розглянуті типи ЗС протягом доби, тижня і т.д. У зв'язку з цим проводиться 
аналогія зі звичайними автозаправними станціями (АЗС). 
В середньому об’єм паливного бака легкового автомобіля становить близько 
40-60 л. За добу на одній АЗС заправляється близько 330-500 АТЗ. Відповідно до 
прогнозів розвитку парку електричних транспортних засобів до 2025 р. частка 
електромобілів у світі складе близько 10 % від загального числа автомобілів. 
Зробимо припущення, що кількість ЕТЗ, яка обслуговується на одній станції за 
добу рівна 10 % від кількості АТЗ, яка щодня заправляється на одній АЗС. Таким 
чином, за добу на одній станції заряджання може побувати 30-50 електромобілів. 
Для подальших розрахунків береться середнє значення – 40 електромобілів у 
добу. 
 
Технічні моделі зарядних станцій 
На території Сполучених Штатів Америки здійснюються два великі проєкти 
з впровадження електромобілів і зарядної інфраструктури. Перший з них 
називається “The EV Project”. Його очолює компанія Ecotality North America 
разом з компаніями General Motors, Nissan North America, різними урядами та 
електроенергетичними компаніями, іншими організаціями. Метою проєкту є 
введення в експлуатацію понад 14300 ЗС (режим заряджання Mode 3 та Mode 4), 
постачання близько 8300 ЕТЗ Chevrolet Volt та Nissan Leaf, збір інформації про 
роботу ЗС. Аналізом інформації займається Національна Лабораторія (Idaho 
National Laboratory, INL). 
Згідно INL всі ЗС діляться на кілька типів: 
– ЗС з режимом заряду Mode 3, що розташовані за місцем проживання 
користувачів. Маються на увазі ЗС, які встановлені недалеко від житлових 
будинків. Згідно рис. 2.3, підзарядка ЕТЗ на таких станціях здійснюється ввечері 
та вночі, коли автовласники перебувають у будинку. Вдень, коли більшість людей 
перебуває на роботі електромобілів, що заряджаються, набагато менше. Такий тип 
станцій називається нічними зарядними станціями; 
 
33 
 
Рисунок 2.3 – Нічні ЗС з режимом заряду Mode 3, що підзаряджаються на 
станціях, залежно від часу доби 
 
– громадські зарядні станції, що діляться на ЗС з режимом Mode 3 та станції 
швидкого заряджання постійним струмом. Під громадськими станціями маються 
на увазі станції, які розташовуються поблизу торгових центрів, аеропортів, на 
паркуваннях неподалік від місць, де працюють люди. Більшість електромобілів 
заряджається у денний час доби, коли автовласники перебувають на роботі 
(рис. 2.4). Такі станції називаються денними зарядними станціями. 
 
 
Рисунок 2.4 – Денні зарядні станції з режимом заряду Mode 3, що заряджаються 
на станціях, залежно від часу доби 
 
Другий проєкт з впровадження зарядної інфраструктури в США називається 
“ChargeРoint America”. Його спонсором є компанія Coulomb Technologies. Метою 
проєкту є введення в експлуатацію 4600 домашніх (встановлених в приватних 
будинках автовласників) і громадських зарядних станцій Chargepoint. Збором і 
аналізом інформації з проєкту займається Національна Лабораторія штату Айдахо 
[42-46]. 
34 
Останнім типом станцій є “Комерційні зарядні станції” (Commercial Charging 
Stations) [37]. Цей тип станцій є середнім між іншими двома. Згідно рис. 2.5 
кількість ЕТЗ, що заряджаються, рівномірно розподілена протягом доби. 
 
 
Рисунок 2.5 – Комерційні зарядні станції з режимом заряду Mode 3. Частка 
електромобілів, що підзаряджаються на станціях, залежно від часу доби 
 
Варто відзначити ще один проєкт “Department of Energy’s Advanced Vehicle 
Testing Activity”. Керувала проєктом Національна Лабораторія штату Айдахо 
разом з Інститутом Транспортних досліджень імені Девіса, Університетом 
Каліфорнії. Було проведено тестування близько 290 ЕТЗ та збір потрібної 
інформації. У ході тестування частина електромобілів була надана звичайним 
родинам, а частина – комерційним організаціям. За результатами досліджень були 
отримані графіки залежності кількості підключених ЕТЗ від часу доби та дня 
тижня як для ЕТЗ, які були в розпорядженні звичайних громадян, так і для тих, які 
надані комерційним організаціям [38]. Результати наведено на рис. 2.6. 
Згідно рис. 2.6 залежність кількості підключених до ЗС ЕТЗ від часу доби 
для відповідних типів ЗС по всіх трьох розглянутих проєктах подібні між собою. 
Тому, було вирішено використовувати  дану інформацію для того, щоб 
розглянути в роботі аналогічні три типи зарядних станцій, а саме: 
1.  нічну зарядну станцію. Цей тип станції передбачає розміщення на 
громадських або приватних автостоянках, розташованих неподалік від нічних 
закладів (бари, клуби та ін.) та житлових будинків. Пік попиту на зарядку ЕТЗ від 
станцій такого типу припадає на вечірню та нічну години; 
35 
 
Рисунок 2.6 – Гібридні електромобілі, що перебували в розпорядженні звичайних 
громадян (ліворуч) і в розпорядженні організацій (праворуч). Частка 
електромобілів, що заряджаються на станціях, залежно від часу доби та дня тижня 
 
2. денну зарядну станцію. У роботі передбачається, що такий тип станцій 
буде розміщуватися на громадських автостоянках неподалік від поліклінік, 
лікарень, шкіл, університетів, торгових центрів, зон відпочинку (парки, зоопарки, 
парки розваг та ін.), аеропортів, вокзалів та т.п. Пік попиту на підзарядку в цьому 
випадку припадає на денну годину; 
3.  комерційну зарядну станцію. Цей тип станцій входить до складу 
звичайних автозаправних станцій (АЗС), можуть розміщуватися на приватних 
автостоянках поблизу офісних центрів. Пік попиту на підзарядку електромобіля в 
цьому випадку припадає на денну годину. 
Крім цього, було зроблено припущення, що на станціях будуть 
використовуватися зарядні пристрої постійного струму (Mode 4), кожен з яких за 
годину здатний зарядити 2 ЕТЗ. Використовуючи наявні графіки та інформацію 
про кількість ЕТЗ, що заряджається за добу були отримані графіки залежності 
кількості електромобілів, що заряджаються від години доби (рис. 2.7-2.9). 
 
36 
 
Рисунок 2.7 – Кількість електромобілів, що заряджаються, в залежності від часу 
доби (нічна зарядна станція, робочий день) 
 
 
Рисунок 2.8 – Кількість електромобілів, що заряджаються, в залежності від часу 
доби (комерційна зарядна станція, робочий день) 
 
Рисунок 2.9 – Кількість електромобілів, що заряджаються, в залежності від часу 
доби (денна зарядна станція, робочий день) 
37 
Для отримання графіків залежності кількості ЕТЗ, що заряджаються, від часу 
доби та отримати графіки навантаження станцій, робимо декілька припущень. 
Перше припущення полягає в тому, що зарядні станції розглядаються тільки в 
населених пунктах. Дане рішення пов'язано з тим, що підзарядка 
електротранспорту займає досить тривалий час (у найкращому разі 40 хв. при 
заряджанні на станції швидкої зарядки), а саме в населених пунктах є безліч 
різних місць, де цей час можна провести. В районах, віддалених від населених 
пунктів, місця проведення часу зустрічаються рідко, тому час заряджання 
електромобіля тут має більше значення – для таких районів краще підійдуть 
станції заміни АКБ (процес заміни АКБ займає менше 5 хв). 
У другому припущенні приймається, що в складі розглянутих зарядних 
станцій не потрібні супутні сервіси (автомайстерні, автомийки, магазини, кафе і 
т.п.), або ЗС самі входять до складу звичайних АЗС, де супутні сервіси вже є. 
Таким чином, енергопостачання супутніх сервісів і АЗС не входить до завдання. 
Єдиною забудовою, яка належить до зарядних станцій, є приміщення, в якому 
розташовуються акумуляторні батареї станцій. 
У табл. 2.1-2.3 наведено основні технічні характеристики типових 
акумуляторів і акумуляторних батарей електромобілів, які використовуються на 
зарядних станціях і станціях заміни АКБ відповідно. Згідно з цією інформацією 
оптимальна температура роботи обох типів АКБ приймається рівною 25 °С. 
Таким чином, приміщення, у якому розташовуються акумулятори, взимку 
потрібно опалювати, а влітку – охолоджувати. АКБ розміщуємо в приміщенні 
площею 20 м2. Для опалення та кондиціювання цього приміщення протягом зими 
на опалення витрачається 3 кВт потужності, протягом літа на кондиціювання – 
близько 2 кВт [39, 40]. 
Таблиця 2.1 – Основні технічні характеристики акумуляторної батареї RA12-260 
Номінальна ємність, А·год 260 
Габаритні розміри, мм 520x225x268 
Температурні умови роботи АКБ, °С: 
Розряд -20… +60 
Заряд 0… +50 
Оптимальна робоча температура 25 
 
38 
Таблиця 2.2 – Основні технічні характеристики акумуляторної батареї LG 
Chem (використовується в гібридному електромобілі Chevrolet Volt) 
Ємність, А·год 45 
Енергія, кВт·год 16 
Температурні умови роботи АКБ, °С -30… +55 
 
Таблиця 2.3 – Технічні характеристики електромобілів, що проходять 
тестування 
Mitsubishi 
Параметр Nissan Leaf Chevrolet Volt 
i-МiEV 
Пробіг без підзарядки, км 150 160 65 
Тип акумуляторної Літій-іонна Літій-іонна 
батареї Літій-іонна 
(48 модулів по 4 секції в (9 модулів по 32 секції в 
(88 секцій) 
кожному) кожному) 
Ємність батарей, кВт·год 16 24 16 
 
Акумулятор електромобіля Nissan Leaf має найбільшу ємність (24 кВт·год). у 
зв’язку з чим робимо чергове припущення, що саме такі електромобілі будуть 
заряджатися на розглянутих зарядних станціях. Надалі, перемноживши ємність 
акумуляторної батареї електромобіля та кількість електромобілів, що 
заряджаються за розглянутий проміжок часу, а також враховуючи навантаження 
власних потреб, були побудовані графіки навантаження типів станцій, що 
розглядаються. 
 
Рисунок 2.10 – Зимовий графік навантаження (нічна зарядна станція, роб. день) 
 
39 
 
Рисунок 2.11 – Зимовий графік навантаження (комерційна зарядна станція, роб. день) 
 
 
Рисунок 2.12 – Зимовий графік навантаження (денна зарядна станція, робочий день) 
 
Технічні моделі станції заміни АКБ 
Станції заміни акумуляторних батарей відмінно підходять для використання 
на віддаленні від населених пунктів та ліній електропередач (ЛЕП). 
Обслуговування ЕТЗ на таких станціях займає мало часу – близько 5 хв (на 
відміну від ЗС, де в найкращому разі час заряджання становить 15-40 хв) – а це є 
істотним фактором для автовласників, які люблять подорожувати, або яким часто 
доводиться перебувати в поїздках. По-друге, ЗС АКБ підходять для 
обслуговування автопарків різних підприємств, компаній та т.п. Як правило, у 
автопарки входять однотипні ЕТЗ. Тому, можна не турбуватися про те, що змінні 
АКБ не підійдуть до деяких з авто. 
В даній роботі пропонується розглянути кілька типів станцій заміни АКБ: 
1. Станцію заміни АКБ, що обслуговує таксопарк. Цей вибір був зроблений, 
оскільки попит на послуги таксопарків нерівномірний протягом доби. Тому, 
40 
графіки також будуть нерівномірними. Дана особливість і відрізняє даний варіант 
від інших та робить його цікавим для подальшого розгляду. 
2. Станцію заміни АКБ, що обслуговує автопарк промпідприємства. Для 
промислових підприємств електричні транспортні засоби просто необхідні 
внаслідок відсутності в електромобілів шкідливих речовин. 
3. Станцію заміни АКБ, що обслуговує парк автомобілів, що належить зоні 
відпочинку. У цьому випадку екологічно чисті електромобілі також необхідні, а 
отже необхідні та відповідні станції обслуговування; 
4. Повністю автономну станцію заміни АКБ. Цей тип станцій обумовлює 
розміщення вздовж магістралей, доріг або в населених пунктах, віддалених від 
ЛЕП. 
 
Станція заміни АКБ для таксопарку ЕТЗ 
Для отримання графіків надходження розряджених АКБ на станцію заміни 
АКБ необхідно визначити кількість ЕТЗ, яка буде обслуговуватися на такій 
станції за добу. В Україні поки немає таксопарків, у які входили б електромобілі, 
тому далі проводиться аналогія з таксопарками звичайних таксопарків. 
Таксомоторні компанії бувають: малими (10-20 автомобілів); середніми (від 
50 до 100 АТЗ); великими (понад 100 АТЗ). 
Було прийнято рішення розглянути станцію, яка обслуговуватиме автопарк 
невеликого таксопарку, що складається з 20 електромобілів. Щоб визначити 
скільки разів за добу ці електромобілі користуються послугами станції заміни 
АКБ і побудувати відповідний графік, необхідно зробити пару припущень. Перше 
припущення полягає в тому, що один ЕТЗ за зміну робить заміну АКБ 4 рази. 
Друге припущення ґрунтується на тому, що кожний ЕТЗ закріплюється за одним 
водієм та використовується позмінно. З урахуванням цих моментів у підсумку 
було отримано, що за добу на розглянутій станції заміни АКБ електромобілі 
таксопарку обслуговуються 80 разів. 
Згідно [14] типовий графік зміни попиту на перевезення автомобілів-таксі за 
годинами доби для міст Україні виглядає наступним чином (рис. 2.13). 
41 
 
 
Рисунок 2.13 – Зміна попиту на перевезення автомобілями-таксі за годинами доби 
 
Зміна триває 8 годин, із чого випливає, що електромобілі змінюють 
акумуляторні батареї кожні 2 години. Таким чином, для того, щоб побудувати 
графік залежності кількості замін від часу доби, потрібно вище наведений графік 
(рис. 2.13) змістити на 2 год вправо. На основі отриманої інформації та того, що 
за добу на ЗС заряджається близько 80 АКБ, був отриманий наступний графік 
(рис. 2.14). 
 
Рисунок 2.14 – Кількість замін АКБ залежно від часу доби 
 
Для побудови графіка навантаження слід врахувати власні потреби 
(кондиціювання, опалення приміщення з АКБ) і ємність акумуляторних батарей, 
які будуть використовуватися на станції. У роботі приймається, що на станціях 
заміни АКБ будуть використовуватися акумуляторні батареї електромобіля 
Chevrolet Volt, ємність яких становить 16 кВт·год.  
Цей вибір в першу чергу пов’язаний з тим, що АКБ, які використовуються в 
Volt І, Volt II можуть бути встановлені практично на любий інший електромобіль. 
42 
Крім цього, також робиться припущення, що заряджання розряджених 
акумуляторних батарей, що замінені на заряджені за поточний час, здійснюється 
за наступну годину (рис. 2.15). Приклад отриманого графіка навантаження (для 
зими) наведено на рис. 2.16. 
Крім основного призначення АКБ ЕТЗ можуть використовуватися для 
зберігання надлишкової енергії ВДЕ. У зв'язку з цим максимальна кількість АКБ 
на розглянутій станції заміни може бути практично будь-яка, але не менше 
деякого мінімального значення, яке необхідно для її нормальної роботи. Ця 
мінімальна кількість являє собою запас повністю заряджених акумуляторів, який 
постійно знаходиться на станції на випадок відсутності можливості заряджання 
потрібної кількості АКБ (внаслідок недостатнього вироблення ВДЕ, або коли 
частина зарядного обладнання використовується для інших потреб). 
 
 
Рисунок 2.15 – Кількість АКБ, що заряджаються, залежно від часу доби 
 
Рисунок 2.16 – Зимовий графік навантаження 
43 
Визначення мінімальної кількості АКБ здійснюється з використанням 
графіка залежності кількості замін АКБ від часу доби (рис. 2.14). При цьому 
вибирається 2-годинний інтервал, сумарна кількість замін за який є 
максимальною. Цей вибір пояснюється тим, що є можливість наприкінці поточної 
години чи на початку наступної одночасно зробити заміну n-ої кількості АКБ. 
Загальна кількість замін АКБ, відповідно до обраного проміжку, і буде шуканою 
мінімальною кількістю повністю заряджених акумуляторних батарей, необхідна 
на станції. Так, у розглянутому варіанті з таксопарком електромобілів мінімально 
припустима кількість АКБ на станції заміни становить 12 шт (відповідає 
тимчасовим годинним інтервалам від 21.00 до 23.00, від 22.00 до 0.00 і від 23.00 
до 1.00). 
Необхідно визначити кількість зарядних пристроїв. Робимо припущення, що 
на станції будуть використовуватись зарядні пристрої постійного струму (Mode 
4), кожен з них здатний за годину зарядити 2 електромобілі. Згідно рис. 2.15 
максимальна кількість АКБ, що заряджаються одночасно становить 6 шт. Отже, 
на ЗС повинно бути близько 3 зарядних пристроїв. 
 
Станція заміни АКБ для автомобільного парку промислового 
підприємства 
Для побудови графіка залежності кількості замін АКБ від часу доби, 
приймаються наступні припущення: 
1. промислове підприємство працює в три зміни, без вихідних днів; 
2. в автопарк входить 10 електромобілів. Передбачається, що цієї кількості 
досить для нормальної роботи підприємства; 
3. електромобілі працюють також у три зміни. Кожний електромобіль за 
зміну робить заміну АКБ чотири рази. 
З врахуванням цих припущень було отримано, що за добу на ЗС АКБ ЕТЗ 
обслуговуються 120 разів. Відповідний графік наведено на рис. 2.17. 
Для того, щоб із графіка на рис. 2.17 отримати графік навантаження, слід 
врахувати ємність АКБ ЕТЗ, а також енергоспоживання на обігрів та охолодження 
44 
приміщення, у якому вони будуть розташовуватися. Приймається, що на 
автопідприємстві використовуються Chevrolet Volt або інші ЕТЗ, ємність АКБ 
яких становить 16 кВт·год (рис. 2.18). 
 
 
Рисунок 2.17 – Кількість замін АКБ залежно від часу доби 
 
 
Рисунок 2.18 – Зимовий графік навантаження 
 
За аналогією зі ЗС для таксопарку визначається кількість зарядних пристроїв, 
що дорівнює 3 шт., припустима кількість АКБ 10 шт. 
 
Станція заміни АКБ для автопарку зони відпочинку 
Зроблено припущення: автопарк зони відпочинку працює у дві зміни (від 
8.00 до 0.00), без вихідних днів; в автопарк входить 10 електромобілів; 
електромобілі працюють у дві зміни. Кожний електромобіль за зміну робить 
заміну АКБ чотири рази (кожні 2 години, за аналогією з ЕТЗ з автопарку 
таксопарку). 
З врахуванням цих припущень було визначено, що за добу на ЗС АКБ ЕТЗ 
45 
автопарку обслуговуються 80 разів. Графік представлено на рис. 2.19. 
 
 
Рисунок 2.19 – Кількість замін АКБ залежно від часу доби 
 
Перемістивши отриманий графік на одну годину вправо (зарядження 
розряджених акумуляторних батарей здійснюється в наступну годину), а також 
врахувавши власні потреби станції заміни АКБ (енергоспоживання на обігрівання 
та охолодження приміщення з акумуляторними батареями) і ємність ЕТЗ 
автопарку (ємність АКБ 16 кВт·год Chevrolet Volt) були отримані графіки 
(рис. 2.20-2.22). 
 
Рисунок 2.20 – Кількість АКБ що заряджаються в залежності від часу доби 
 
Рисунок 2.21 – Зимовий графік навантаження 
46 
Мінімально припустима кількість АКБ на станції заміни для автомобільного 
парку зони відпочинку не повинна бути менше 10 шт. Кількість зарядних 
пристроїв – 3 шт. 
 
Повністю автономна станція заміни АКБ 
Кількість ЕТЗ, що обслуговуються за добу, на автономній станції заміни 
приймається 40 шт. Що ж стосується графіка залежності кількості замін АКБ від 
часу доби (рис. 2.22), він був побудований виходячи із припущення, що в денний 
час заряджається більше електромобілів, ніж в нічний. 
 
 
Рисунок 2.22 – Кількість замін АКБ залежно від часу доби 
 
Власні потреби такої станції містять в собі не тільки навантаження на 
кондиціювання та опалення приміщення, у якому розміщаються змінні АКБ, але 
також навантаження АЗС та сервісів. Автономна станція заміни розташовується 
на значному віддаленні від ЛЕП. У такий спосіб вводити її до складу вже чинних 
АЗС, як це було із зарядними станціями, немає сенсу. Так, до складу 
пришляхових АЗС звичайно входять наступні сервіси: компресори для 
підкачування шин, туалетні кімнати, заклади швидкого харчування; цілодобові 
магазини повсякденного попиту. 
Найчастіше до складу пришляхових АЗС у цей час входять магазини, 
навантаження яких вище навантаження інших сервісів. Так типовий цілодобовий 
магазин у США за місяць може споживати від 15000 до 50000 кВт·год [15, 16]. 
Робимо припущення, що до складу станції заміни крім АЗС також входить 
цілодобовий магазин і інші сервіси, навантаження яких невисоке в порівнянні з 
47 
навантаженням магазину. Сумарне навантаження АЗС і магазину приймаємо 
рівним 20 кВт·год. 
Крім цього, на станції використовуються дизельні енергоустановки. Власні 
потреби ДЕУ складаються з підігріву робочої рідини агрегату протягом року 
(3 кВт·год) та навантаження по періодичному електроопаленню контейнера 
(2 кВт·год). Ці системи використовуються почергово на одну годину через 
годину, що дозволяє рівномірно розподілити навантаження за часом. Що ж 
стосується змінних акумуляторних батарей, то в такому випадку на автономній 
станції заміни АКБ також використовуються акумулятори Chevrolet Volt. 
Приклад отриманого в результаті графіка навантаження (для зими) приведено на 
рис. 2.24. 
Мінімальна кількість АКБ 4 шт. Кількість зарядних пристроїв 1 шт. 
 
 
Рисунок 2.23 – Кількість АКБ, що заряджаються, в залежності від часу доби 
 
Рисунок 2.24 – Зимовий графік навантаження 
 
48 
Висновки до другого розділу 
 
1. Розроблено структурно-функціональну схему гібридного енергетичного 
комплексу, що містить генеруючі електроустановки на основі ВДЕ, зарядні 
станції або станції заміни акумуляторних батарей та інші елементи. 
2. Сформульовано кілька типів зарядних станцій швидкої зарядки: 
– нічна зарядна станція – розміщується на громадських чи приватних 
автостоянках, розташованих неподалік від житлових будинків і нічних закладів 
(бари, клуби та ін.); 
– денна зарядна станція – розміщується на громадських автостоянках 
неподалік від державних установ (поліклінік, лікарень, шкіл, університетів та ін.), 
торгових центрів, зон відпочинку (парків, зоопарків, парків розваг та ін.), 
аеропортів, вокзалів та т.п.; 
– комерційна зарядна станція – розміщується в складі звичайних 
автозаправних станцій або на приватних автостоянках поблизу офісних центрів; 
3. Сформульовано кілька типів станцій заміни акумуляторних батарей: 
станція заміни АКБ для автопарку таксопарк; станція заміни АКБ для автопарку 
промислового підприємства; станція заміни АКБ для автопарку зони відпочинку; 
повністю автономна станція заміни АКБ – обумовлює розміщення вздовж 
магістралей, автотранспортних доріг або в населених пунктах, віддалених від 
ЛЕП. 
  
49 
3 ЗАГАЛЬНА МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ГЕК 
 
3.1 ГЕК, до складу яких входять зарядні станції 
 
Вихідна інформація для розрахунків: 
1. Технічні характеристики акумуляторних батарей, сонячних модулів і 
вітроелектричних установок (табл. 3.1) та їх кількість; 
2. ККД перетворювачів напруги та інверторів (90 %); 
3. Середньочасові дані з надходження сонячного випромінювання на 
площину з оптимальним кутом нахилу, швидкість вітру та температура повітря на 
висоті флюгера; 
4. Графіки навантаження ЗС. 
Таблиця 3.1 – Технічні характеристики обладнання 
Вітроелектричні установки 
Марка ВЕУ PW-30/14 (АВЕУ-30) PK-10 TW 60 
З горизонтальною З вертикальною З горизонтальною 
Тип ВЕУ 
віссю обертання віссю обертання віссю обертання 
Номінальна потужність, кВт 30 12 60 
Розрахункова швидкість вітру, м/с 10 12 12 
Швидкість включення вітру, м/с 2,5 4 2,5 
Висота башти, м 15 5,5 35 
Швидкість вітру вимикання, м/с 30 25 25 
Сонячні модулі 
Марка СМ Jarret Solar 
Потужність (пікова), Вт 200 
Номінальний ККД 0,15 
Габаритні розміри, мм 1310x996x43 
Дизельні електроустановки 
Марка ДЕУ ДГ АД-30 ДГ АД-60 
Питома витрата палива, л/кВт·год 0,34 0,23 
Потужність, кВт 30 60 
Акумуляторні батареї 
Марка АКБ RA12-260 
Номінальна ємність, А·год 260 
Габаритні розміри, мм 520x225x268 
Акумуляторні батареї електромобілів 
Електромобіль Chevrolet Volt Nissan Leaf 
Automotive Energy Supply 
Виробник АКБ LG Chem 
Corporation 
Енергія, кВт·год 16 24 
Ємність, А·год 45 - 
50 
Зроблені припущення: 
1. Типові акумуляторні батареї поставляються повністю зарядженими; 
2. Максимальна глибина розряду акумуляторів приймається рівною 30 % від 
їх ємності. Експлуатація акумуляторних батарей при більш глибокому розряді 
приводить до зниження числа циклів розряду-заряду АКБ (рис. 3.1) та до 
необхідності їх більш частої заміни.  
 
 
Рисунок 3.1 – Залежність ємності акумулятора від кількості відпрацьованих 
циклів 
 
3. Термін служби акумуляторних батарей приймається рівним зазначеному в 
паспорті, тобто кількість циклів розряду-заряду не враховується; 
4. АКБ проходять повний цикл розряду-заряду, тобто поки АКБ перебувають 
у стадії розряду, заряджатися вони не можуть; 
5. Втрати на ЛЕП, що з’єднують елементи ГЕК, не враховуються; 
6. У випадку якщо енергія ВДЕ надлишкова, відбувається відключення деякої 
кількості генеруючих установок. Спочатку відключаються сонячні модулі, потім 
ВЕУ. Якщо при цьому залишається невелика надлишкова потужність – вона 
направляється на баластове навантаження. 
 
ГЕК з однією системою АКБ та енергопостачанням від мережі 
У цій схемі типові акумуляторні батареї гібридного енергокомплексу 
використовуються для акумулювання дешевої нічної електроенергії (від 23.00 до 
6.00, коли тариф на неї більш низький) і наступного її використання в денний час 
51 
доби для енергопостачання зарядної станції та власних потреб ГЕК. 
 
 
ВП – власні потреби станції, АКБ – акумуляторна батарея, ЕМ – електромобіль 
ЗП – зарядний пристрій,  
Рисунок 3.2 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
 
Залежно від того, яка кількість акумуляторних батарей є на складі ГЕК, 
можливі 2 варіанти режиму роботи: 
1. NАКБ=0, в кожний момент часу баланс потужності виконується за рахунок 
споживання електроенергії з мережі: 
 
NМер (t)= PГЕК (t) ,     (3.1) 
 
де NМер (t ) – потужність від мережі, кВт; PГЕК (t ) – графік навантаження 
комплексу, кВт. 
2. Кількість АКБ понад 0. У цьому випадку можливі наступні варіанти: 
2.1. Діє нічний тариф на електроенергію  t= 23.00 ÷ 6.00. 
Енергопостачання комплексу здійснюється за допомогою електричної 
мережі. Якщо акумулятори ГЕК перебувають у стадії заряду, то електроенергія 
для їх заряджання береться від мережі: 
 
N (t) = P Зар     (3.2) 
Мер ГЕК (t)+ N АКБ Випр ,
де N Зар
АКБ  – потужність, яка йде на заряджання АКБ, кВт; Випр  - ККД 
52 
випрямляча. Якщо АКБ перебуває у стадії розряду: NМер (t) = PГЕК (t)  . 
2.2 Діє денний тариф на електроенергію, тобто t=6.00÷23.00. Якщо 
акумуляторні батареї перебувають у стадії розряду, то енергопостачання ГЕК 
здійснюється в першу чергу за допомогою енергії АКБ: 
 
Розр
                                                                                N       (3.3) 
АКБ (t)= PГЕК (t)  Інв ,
 
де N Розр
АКБ (t )  – потужність розряду, яку видає АКБ, кВт;  Інв– ККД інвертора. 
Якщо енергії акумуляторів не достатньо для енергопостачання ЗС та 
власних потреб ГЕК, нестача енергії компенсується з електричної мережі: 
 
  N (t) = P (t)− N Розр.max  ,      (3.4) 
Мер ГЕК АКБ Випр
 
де N Розр.max
АКБ – максимальна потужність розряду, яку можуть видати АКБ, кВт. 
У випадку, якщо АКБ перебувають в стадії заряду: NМер (t)= PГЕК (t) . 
 
ГЕК з двома системами АКБ та енергопостачанням від мережі 
 
 
ВП – власні потреби станції, АКБ – акумуляторна батарея, ЕМ – електромобіль,  
ЗП – зарядний пристрій  
Рисунок 3.3 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
 
Загальну кількість акумуляторних батарей, що входять до складу 
енергокомплексу, умовно розбито на дві системи АКБ (групи заряду та розряду). 
53 
Поки одна система АКБ розряджається, інша система може заряджатися від 
мережі в нічний час. Це дозволяє повно використовувати менш вартісну нічну 
енергію. Як і в попередньому випадку, підзарядка АКБ у денний час доби та їх 
розрядка в нічний час не допускаються. 
Алгоритм розрахунку режиму роботи ГЕК з двома системами АКБ 
аналогічний алгоритму розрахунків з однієї системою, за винятком наступних 
моментів: 
1. Оскільки систем АКБ у комплексі дві, то передбачається, що вони будуть 
працювати в «протифазі», тобто, поки одна система перебуває в стадії заряду, 
інша повинна перебувати в стадії розряду; 
2. Однак, можуть виникнути випадки, коли обидві системи перебувають або 
в стадії заряду, або в стадії розряду. У такому випадку, якщо обидві системи АКБ 
перебувають у стадії заряду, необхідно спочатку здійснити підзарядку тієї 
системи, рівень заряду якої найбільший. Потім заряджається друга система АКБ. 
В іншому випадку, спершу заряджається система акумуляторів з найменшим 
рівнем заряду. Якщо її енергії недостатньо для виконання балансу потужності, то 
тоді підключається друга система. Нестача електроенергії компенсується за 
рахунок енергії електричної мережі тільки тоді, коли обидві системи мають 
мінімальний рівень розряду. 
 
ГЕК з однієї системою АКБ та енергопостачанням від відновлюваних 
джерел енергії (резервне енергопостачання – від мережі) 
Типові АКБ, що входять до складу такого ГЕК, використовуються тільки для 
перерозподілу енергії ВДЕ в часі. Заряджання акумуляторних батарей від мережі 
не допускається.  
Залежно від того, яка кількість акумуляторних батарей є, можливі 2 варіанти 
режиму роботи ГЕК. 
54 
 
АКБ – акумуляторна батарея, ВЕУ – вітроелектрична установка, ФЕУ – 
фотоелектрична установка, МП – обладнання відбору максимальної потужності, 
ЗП – зарядний пристрій, ВП – власні потреби станції, ЕМ – електромобіль 
Рисунок 3.4 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
 
1. Кількість АКБ на станції 0. Залежно від співвідношення потужностей 
P    та
ГЕК (t )  N (t ) можливо наступне:
ПДЕ  
 
P (t)   N (t) ,           (3.5) 
ГЕК Інв ПДЕ Пер
 
де NПДЕ (t )  – потужність, що виробляється ВДЕ, кВт; Пер – ККД 
 
перетворювача. 
Навантаження ГЕК забезпечується електроенергією, що виробляється 
установками ВДЕ, а нестача енергії компенсується енергоспоживанням від 
мережі: 
 
NМер (t) = PГЕК (t)− NПДЕ Пер  Інв.    (3.6) 
P (t)   N (t) .     (3.7) 
ГЕК Інв ПДЕ Пер
 
Комплекс забезпечується електроенергією тільки від відновлюваних джерел 
енергії. Потужність, споживана від мережі, при цьому дорівнює 0: NМер (t)= 0 . 
У випадку, якщо енергія, вироблена відновлюваними джерелами, сильно 
55 
перевершує потреби ГЕК, тоді проводиться відключення додаткових 
енергоустановок. Надлишкова потужність, що залишається після відключення 
генеруючого обладнання, направляється на баластове навантаження: 
 
N Повн (t)= N (t) − Р     (3.8)
Надл ПДЕ Пер ГЕК (t)  Інв ;  
NФакт
                                                           Надл (t)= N
Факт
ПДЕ (t)Пер − РГЕК (t)  Інв ,         (3.9) 
 
де N Повн
Надл (t ) – надлишкова потужність, яка має місце при роботі всіх 
 
генеруючих установок, кВт; NФакт
Надл (t )  – надлишкова потужність, яка залишається 
після відключення певної кількості установок, кВт; NФакт
ПДЕ (t ) – фактична 
 
потужність, що виробляється установками, кВт. 
2 Кількість АКБ на станції понад 0. В залежності від співвідношення 
потужностей Р (t )  та NПДЕ (t ) , а також від потужності, яку може 
ГЕК видати при 
розряді N Розр.max
АКБ  або спожити при заряді N Зар.max
АКБ  група акумуляторних батарей, 
можливі наступні варіанти роботи енергокомплексу: 
2.1 P (t)   N (t)
ГЕК Інв ПДЕ Пер .  
У цьому випадку баланс потужності виконується за рахунок ВДЕ. Якщо 
акумуляторні батареї ГЕК станції перебувають у стадії розряду, вони також 
беруть участь в енергопостачанні навантаження ГЕК. Розглянемо два випадки: 
2.1.1 Енергії АКБ достатньо для поповнення нестачі енергії. У цьому 
випадку потужність, спожита від мережі дорівнює 0 (NМер (t)= 0 ). 
2.1.2 Енергії АКБ або не достатньо для заповнення нестачі енергії, або 
максимальна потужність менше необхідної потужності. В цьому випадку нестача 
енергії поповнюється від електромережі: 
 
N (t)= P (t)− (N (t) + N Розр
Мер ГЕК ПДЕ Пер АКБ (t)) Інв .     (3.10) 
Розр.тах
 N     (3.11) 
Мер (t)= PГЕК (t)− (NПДЕ (t)Пер + N АКБ (t)) Інв.
Якщо акумуляторні батареї перебувають у стадії заряду, то тоді баланс 
потужності буде виконуватися за участю тільки електричної мережі: 
56 
 
NМер (t)= P .
ГЕК (t)− NПДЕ (t)пер  Інв  
 
2.2 P (t)   N (t)  
ГЕК Інв ПДЕ Пер .
Енергопостачання гібридного енергетичного комплексу виконується від 
ВДЕ. Потужність, споживана від мережі, дорівнює 0 (NМер (t)= 0 ). У випадку якщо 
система акумуляторних батарей перебуває в стадії заряду, то можливо наступне. 
2.2.1. Надлишкової потужності ВДЕ достатньо для заряджання АКБ, і вона 
не перевищує максимальної потужності заряду АКБ. У такому випадку 
надлишкова потужність направляється на підзарядку акумуляторних батарей і 
відключення енергоустановок не потрібно: 
 
N Зар
АКБ (t)= NПДЕ (t)Пер − РГЕК (t)  Інв .    (3.12) 
 
2.2.2. Надлишкова потужність ВДЕ перевищує максимальну потужність 
заряду АКБ. Таким чином, проводиться підзарядка акумуляторів, а надлишкова 
потужність знижується за рахунок відключення декількох генеруючих установок: 
 
   N Зар
АКБ (t) = N
Зар.тах
АКБ ;       (3.13) 
Повн Зар.тах
                                   NНадл (t) = NПДЕ (t) Пер − N АКБ − РГЕК (t)  Інв ;     (3.14) 
NФакт (t)= NФакт (t) − N Зар.тах
 Надл ПДЕ Пер АКБ − РГЕК (t)  Інв ,     (3.15) 
 
Якщо ж система АКБ – в стадії розряду, а енергія, що виробляється 
відновлюваними джерелами, перевершує потреби станції, то тоді також необхідне 
відключення зайвих енергоустановок: 
 
N Повн
Надл (t) = NПДЕ (t) 
Факт Факт
Пер − РГЕК (t)  Інв ; N Надл (t)= NПДЕ (t)Пер − РГЕК (t)  Інв ,  
  
57 
ГЕК з двома системами АКБ і енергопостачанням від ВДЕ (резервне 
енергопостачання – від мережі) 
 
 
МП – обладнання відбору максимальної потужності, ВЕУ – вітроелектрична 
установка, ФЕУ – фотоелектрична установка, ВП – власні потреби станції, 
АКБ – акумуляторна батарея, ЗП – зарядний пристрій, ЕМ – електромобіль 
Рисунок 3.5 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
 
Розподілення загальної кількості акумуляторних батарей ГЕК на дві системи 
АКБ дозволяє повно використовувати енергію ВДЕ, знизити кількість вимушених 
відключень генеруючого обладнання, зменшити потужність, що видається на 
баластове навантаження. Заряджання акумуляторів від мережі в цьому випадку не 
допускається. 
Алгоритм розрахунків режиму роботи розглянутого комплексу аналогічний 
попередньому алгоритму розрахунків режимів роботи ГЕК. Виключенням є лише 
можливі випадки, коли обидві системи АКБ будуть перебувати в стадії заряду або 
розряду: 
1. Обидві системи АКБ перебувають в стадії заряду. На початку 
здійснюється зарядка системи, рівень заряду якої є найбільшим. Після повного 
заряду системи здійснюється зарядка другої системи, але тільки якщо енергії ВДЕ 
досить для цього. Коли обидві системи повністю заряджені, але усе ще 
залишається деякий надлишок енергії, тоді проводиться відключення деяких 
генеруючих установок; 
58 
2. Обидві системи АКБ у стадії розряду. На початку розряджається система з 
найменшим рівнем заряду. При недостатній енергії для виконання балансу 
потужності підключається друга система. Після розряду груп АКБ для виконання 
балансу потужності використовується енергія від мережі. 
Решту часу системи АКБ енергокомплексу працюють в «протифазі». 
 
3.2 ГЕК, що включають до свого складу станції заміни акумуляторних 
батарей 
 
Вихідна інформація для розрахунків: 
1. Технічні характеристики акумуляторних батарей, сонячних модулів і 
вітроелектричних установок та їх кількість; 
2. Тип, параметри дизельних електроустановок (табл. 3.1); 
3. ККД перетворювачів напруги та інверторів приймаються 90%; 
4. Середньочасові дані з надходження сонячного випромінювання на 
площину з оптимальним кутом нахилу, швидкості вітру, температури повітря; 
5. Графіки залежності кількості замін АКБ від часу доби; 
6. Графіки залежності кількості акумуляторів, що заряджаються, від часу 
доби. 
7. Графіки навантаження станції заміни АКБ. 
Зроблені припущення: 
1. Акумуляторні батареї електромобілів поставляються повністю 
зарядженими; 
2. АКБ проходять повний цикл заряду-розряду поки АКБ перебувають у 
стадії розряду, заряджатися вони не можуть. Аналогічно зі стадією заряду; 
3. У кожний момент часу кількість повністю заряджених АКБ на ЗС повинна 
бути більша або рівна мінімально припустимій кількості АКБ; 
4. Коли кількість АКБ на станції мінімальна, не допускається 
використовувати їх енергію для покриття власних потреб ГЕК; 
5. Зарядка розряджених АКБ, замінених на заряджені за поточну годину, 
59 
здійснюється в наступну годину; 
6. Якщо енергопостачання ГЕК проводиться від декількох ДЕУ, то сумарне 
навантаження розподіляється по установках рівномірно; 
7. Втрати в ЛЕП, що з’єднують елементи ГЕК, не враховуються; 
8. У випадку якщо енергія ВДЕ надлишкова, відбувається відключення 
певної кількості генеруючих установок. Причому спочатку відключаються 
сонячні модулі, а потім ВЕУ. Якщо після цих заходів залишається невелика 
надлишкова потужність, вона направляється на баластове навантаження. 
Загальна кількість АКБ ЕТЗ ділиться на кілька типів: 
− повністю заряджені АКБ – сумарна кількість заряджених до номінальної 
ємності АКБ, наявних на станції заміни; 
− АКБ, що заряджаються (повна зарядка) – кількість АКБ, які за годину 
будуть заряджені до номінальної ємності; 
− АКБ, що заряджаються (часткова зарядка) – кількість АКБ, які будуть 
частково заряджені (не до номінальної ємності) за годину. Дана кількість може 
дорівнювати нулю, або одиниці; 
− АКБ, що розряджаються – кількість АКБ, які використовуються для 
енергопостачання власних потреб ГЕК; 
− АКБ, що очікують заряджання – сумарна кількість АКБ, що очікують 
заряджання на станції. 
 
ГЕК з енергопостачанням від мережі 
 
 
ВП – власні потреби станції, АКБ – акумуляторна батарея, ЗП – зарядний пристрій 
Рисунок 3.6 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
 
60 
Як і у випадку з гібридним енергокомплексом, що містить ЗС, наявність 
зайвої кількості АКБ ЕТЗ у складі розглянутого ГЕК дозволяє використовувати їх 
для акумулювання електромережі в нічний час доби (від 23.00 до 6.00) і 
енергопостачання станції заміни та власних потреб комплексу в денний час. 
Залежно від того, яка кількість акумуляторів є в складі ГЕК, можливі два 
варіанти режиму роботи. 
1. Кількість АКБ дорівнює мінімальному значенню. Розрахунок режиму 
роботи ГЕК полягає у виконанні балансу потужності за кожний момент часу, 
оскільки за умовою кількість заряджених АКБ на станції заміни не може бути 
менше мінімальної, тобто не допускається використовувати енергію АКБ для 
використання у власних потребах. Енергопостачання станції здійснюється від 
електричної мережі: N (t)= P (t). 
Мер ГЕК
2. Кількість АКБ більша мінімальної. У цьому випадку можливі наступні 
варіанти: 
2.1 Діє нічний тариф на електроенергію, тобто t=23.00÷6.00. Заміна 
акумуляторних батарей проводиться відповідно графіка залежності кількості 
замін АКБ від часу. Енергопостачання власних потреб ГЕК та зарядка повністю 
розряджених АКБ виконується за рахунок електроенергії мережі, причому 
кількість АКБ, що заряджаються, залежить від кількості зарядних обладнань на 
станції заміни та від кількості АКБ, яку вони можуть одночасно заряджати. 
Якщо на станції є частково заряджений акумулятор, потужність визначається 
за формулою: 
 
NМер (t)= NВП (t)+ n
Зар Поточ
 АКБ (t)N АКБ + (N АКБ − N АКБ (t)),     (3.16) 
 
де Зар
NВП (t )  – енергія на власні потреби ГЕК, кВт; nАКБ (t )  – кількість АКБ, що 
заряджаються (повна зарядка), шт.; N АКБ – повна енергія АКБ, кВт·год; N Поточ
АКБ (t ) - 
рівень заряду частково зарядженої АКБ, кВт. 
Інакше: 
 
61 
N (t)= N (t)+ nЗар (t)N .    (3.17)
Мер ВП АКБ АКБ  
 
2.2 Діє денний тариф на електроенергію, тобто t=6.00÷23.00. Заміна 
акумуляторних батарей проводиться відповідно графіка залежності кількості 
замін АКБ від часу. Енергопостачання власних потреб ГЕК здійснюється за 
рахунок енергії заряджених АКБ. Так триває, поки не настане 23.00 або поки 
кількість повністю заряджених АКБ не буде мінімальною. В першому випадку 
див. п. 2.1, в другому – енергопостачання власних потреб буде здійснюватися за 
рахунок мережі. Також від мережі будуть заряджатися необхідні для наступної 
заміни акумулятори електромобілів: 
 
NМер (t)= NВП (t)+ n
Зар
АКБ (t)N АКБ N (t)= P .
 або Мер ГЕК  
 
ГЕК з енергопостачанням від дизельних електроустановок 
Залежно від кількості АКБ на станції заміни АКБ, можливі 2 варіанти 
режиму роботи: 
1. Кількість АКБ дорівнює мінімальному значенню. Все аналогічно ГЕК з 
енергопостачання від мережі, за тим лише виключенням, що баланс потужності 
виконується за рахунок енергії, що виробляється дизельною електроустановкою: 
 
N ДЕУ (t) = PГЕК (t),      (3.18) 
 
де N ДЕУ (t )– потужність, що виробляється ДЕУ, кВт. 
 
АКБ – акумуляторна батарея, ДЕУ – дизельна електрична установка, 
ЗП – зарядний пристрій ВП – власні потреби станції,  
Рисунок 3.7 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
62 
2. Кількість АКБ більша мінімальної. Даний варіант є сумнівним, тому що 
при наявності ДЕУ сенс у тому, щоб мати на складі енергокомплексу надлишкову 
кількість АКБ для перерозподілу енергії в часі, відсутній. Однак цей варіант все-
таки розглядається. 
Так, згідно із прийнятими припущеннями, акумуляторні батареї 
електромобілів поставляються на станцію повністю зарядженими. У зв'язку з цим, 
заміна АКБ буде проводитися відповідно графіка залежності кількості замін АКБ 
від часу, а енергопостачання власних потреб комплексу буде здійснюватися за 
рахунок заряджених акумуляторних батарей. Це буде тривати доти, поки 
кількість повністю заряджених АКБ не стане рівна мінімально припустимій. 
Надалі енергопостачання ГЕК (зарядження необхідної кількості АКБ і постачання 
електроенергією власних потреб) буде здійснюватися з використанням ДЕУ 
відповідно графіка навантаження: 
  
N ДЕУ (t) = NВП (t)+ пЗар
АКБ (t)  N АКБ ,  або N ДЕУ (t) = PГЕК (t).   (3.19) 
 
ГЕК з енергопостачанням від ВДЕ (резервне енергопостачання від 
мережі) 
 
 
ФЕУ – фотоелектрична установка, ВЕУ – вітроелектрична установка,  
АКБ – акумуляторна батарея, МП – обладнання відбору максимальної 
потужності, ЗП – зарядний пристрій, ВП – власні потреби станції  
Рисунок 3.8 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
63 
АКБ ЕТЗ, що входять до складу ГЕК, використовуються тільки для 
перерозподілу енергії відновлюваних джерел у часі. Заряджання АКБ від мережі 
не допускається. 
Залежно від кількості акумуляторних батарей, можливі 2 варіанти режиму 
роботи ГЕК: 
1. Кількість АКБ відповідає мінімальному значенню. Розрахунок режиму 
роботи ГЕК полягає у виконанні балансу потужності. Залежно від 
співвідношення потужностей P N
ГЕК (t ) і ПДЕ (t) можливі наступні варіанти роботи 
 
енергокомплексу: 
 
1.1     P (t) N (t)     (3.20) 
ГЕК ПДЕ Пер
 
Навантаження ГЕК у першу чергу забезпечується енергією, що виробляється 
установками ВДЕ, а нестача компенсується енергоспоживанням від мережі: 
 
NМер (t) = PГЕК (t)− NПДЕ (t)   .   (3.21)
Пер  
1.2     PГЕК (t) NПДЕ (t) Пер .     (3.22) 
 
Енергопостачання станції заміни та власних потреб комплексу проводиться 
за допомогою відновлюваних джерел енергії. Потужність, спожита від мережі, 
дорівнює 0: NМер (t) = 0 . 
У випадку якщо енергія, що виробляється відновлюваними джерелами, 
сильно перевищує потреби ГЕК, проводиться відключення зайвих 
енергоустановок. Надлишкова потужність, що залишається після відключення 
генеруючого обладнання, направляється на баластове навантаження: 
 
N Повн (t)= N (t) − Р (t);                             (3.23) 
                                                 Надл ПДЕ Пер ГЕК
NФакт (t)= NФакт (t) − Р (t).     (3.24) 
                    Надл ПДЕ Пер ГЕК
 
64 
2. Кількість АКБ більша мінімальної. Тоді, в залежності від співвідношення 
потужностей РГЕК (t ) та NПДЕ (t ) , можливі наступні варіанти: 
 
2.1                                        P (t) N (t) . 
ГЕК ПДЕ Пер
 
Енергопостачання власних потреб гібридного енергокомплексу може 
здійснюватися по-різному. 
2.1.1 Потужності ВДЕ недостатньо для енергопостачання власних потреб: 
 
N (t) N (t) .      (3.25) 
                                                 ВП ПДЕ Пер
 
У цьому випадку частина навантаження власних потреб забезпечується ВДЕ, 
а частина, якщо є наявний розряджений АКБ – енергією АКБ. Якщо частково 
розряджених АКБ немає або ж їх енергії недостатньо для енергопостачання 
частини навантаження власних потреб використовуються інші заряджені АКБ, 
або нестача компенсується від мережі. І варіант (використання інших заряджених 
АКБ) можливий, якщо кількість заряджених АКБ на станції заміни на даний 
момент часу більша мінімально припустимої. Таким чином, є обмеження з 
кількостю АКБ, які можна використовувати: 
 
n Доступ Повн.зар.
АКБ (t)= nАКБ (t)− пmin ,       (3.26) 
АКБ
 
де n Доступ
АКБ (t )  – кількість АКБ, які можна використовувати для 
енергозабезпечення власних потреб ГЕК, шт; nПовн.зар.
АКБ (t)  – кількість повністю 
заряджених АКБ, шт; пminАКБ  – мінімально припустима кількість АКБ, шт. 
Якщо кількості n Доступ
АКБ (t )  достатньо для виконання балансу потужності
NМер (t) = 0 . Недостатня частина навантаження власних потреб забезпечується 
електроенергією від мережі: 
 
65 
NМер (t) = NВП (t)− NПДЕ (t)  − пЧаст.роз.(t)  N Поточ (t)− n Доступ
пер АКБ АКБ АКБ (t)  N ,   (3.27) 
АКБ
 
де пЧаст.роз.
АКБ (t)  – кількість частково розряджених АКБ, шт; N Поточ
АКБ (t ) – рівень 
заряду частково розрядженої АКБ, кВт; N АКБ – повна енергія АКБ, кВт·год. 
Що стосується другого варіанту, то, якщо кількість повністю заряджених 
акумуляторів  на станції заміни рівна мінімально припустимій кількості АКБ, 
маємо: 
 
NМер (t)= NВП (t)− N
Част.розр. Поточн.
ПДЕ (t)Пер − пАКБ (t)N АКб (t).     (3.28) 
 
Якщо дана кількість менше мінімально припустимого значення, то мережа 
постачає електроенергію не тільки власним потребам енергокомплексу, але також 
і підзаряджає і розряджені АКБ. Необхідна кількість акумуляторних батарей, яка 
повинна бути заряджена, визначається наступним чином: 
 
N Зар (t)= nminАКБ АКБ − пПовн.зар.
АКБ (t).                  (3.29) 
 
У цьому випадку потужність, спожита від мережі, визначається як: 
 
NМер (t)= NВП (t)− NПДЕ (t) − пЧаст.розр. Поточн
Пер АКБ (t)N АКБ (t)+ пЗар.
АКБ (t)N АКБ .            (3.30) 
 
2.1.2 Потужність ВДЕ достатня для енергопостачання власних потреб 
станції: 
 
NВП (t) NПДЕ (t)пер .      (3.31) 
 
Навантаження власних потреб забезпечується ВДЕ, а надлишок 
електроенергії йде на повну або часткову зарядку розряджених чи частково 
заряджених АКБ. Кількість АКБ, що заряджаються, залежить від кількості 
66 
зарядного обладнання на станції заміни, від кількості АКБ, яку вони можуть 
одночасно заряджати. Якщо після цих заходів все-таки залишиться надлишкова 
потужність ВДЕ, або ж якщо кількість розряджених чи частково заряджених АКБ 
дорівнює 0, то тоді проводиться відключення зайвих генеруючих установок. 
Надлишкова потужність, що залишиться після відключення генеруючого 
обладнання, направляється на баластове навантаження: 
 
N Повн.
Надл. (t)= NПДЕ (t) − N Зар.
Пер. ВП (t)− пАКБ (t)N АКБ − пЧаст.зар.(t) (N Поточн.
АКБ АКБ − N АКБ (t));   (3.32) 
N Повн.
Надл. (t)= NПДЕ (t) − N (t);               (3.33)
Пер. СН  
NФакт.(t)= NФакт.(t) Зар. Част.зар.
Надл. ПДЕ Пер. − NСН (t)− пАКБ (t)N АКБ − пАКБ (t) (N − N Поточ.
АКБ АКБ (t));      (3.34) 
NФакт. Факт.      (3.35) 
Надл. (t)= NПДЕ (t)Пер. − NСН (t);
 
де пЗар.
АКБ (t )  – кількість АКБ, що заряджаються (повне зарядження), шт; пЧаст.зар.
АКБ  – 
кількість АКБ, що частково заряджаються, шт;  N Поточ.
АКБ (t)  – рівень заряду частково 
зарядженої АКБ, кВт. 
У випадку, якщо сумарна кількість повністю заряджених акумуляторних 
батарей і АКБ, що заряджаються частково або повністю за поточну годину, менша 
мінімально припустимої, то недостатня кількість АКБ заряджається від мережі. 
Причому в першу чергу йде заряджання частково заряджених АКБ. Таким чином, 
кількість акумуляторів, що заряджаються, за поточну годину: 
 
пЗар.
АКБ  (t) = n
min − пПовн.зар.
АКБ АКБ (t).  
 
Потужність, спожита від мережі, визначиться як: 
 
N (t)= пЗар. (t)N + N (t)− N (t) ,  РГЕК (t) NПДЕ (t) . (3.36) 
Мер АКБ  АКБ ВП ПДЕ Пер. пер
 
ГЕК з енергопостачанням від відновлюваних джерел енергії (резервне 
енергопостачання – від дизельних електроустановок) 
67 
 
ВЕУ – вітроелектрична установка, ФЕУ – фотоелектрична установка,  
МП – обладнання для відбору максимальної потужності, АКБ – акумуляторна 
батарея, ДЕУ – дизельна електрична установка, ЗП – зарядний пристрій, 
ВП – власні потреби станції, 
Рисунок 3.9 – Структурно-функціональна схема ГЕК 
 
Алгоритм розрахунків режиму роботи гібридного енергетичного комплексу 
на основі ВДЕ з резервним енергопостачанням від ДЕУ повністю аналогічний 
алгоритму розрахунків ГЕК на основі ВДЕ з резервним енергопостачанням від 
мережі. 
 
3.3 Розрахунок режимів роботи ГЕК 
 
ГЕК з енергопостачанням тільки від мережі або тільки від дизельних 
електроустановок 
Оскільки по двійному тарифу вдень ціна на електроенергію вище, чим вночі, 
то у випадку з ГЕК, що працюють тільки від мережі, їх ефективність можна 
підвищити за рахунок зниження денного енергоспоживання від мережі. Для цього 
необхідно ввести до складу цих комплексів акумуляторні батареї (для ГЕК із 
зарядними станціями) або додаткові АКБ електромобілів (для ГЕК зі станціями 
заміни), які б дозволили акумулювати електроенергію вночі та використовувати її 
в денний час. На рис. 3.10-3.11 представлені залежності, що відображають зміни 
денного енергоспоживання від кількості АКБ та типів зарядних станцій чи 
станцій заміни, що входять в склад ГЕК. 
 
68 
 
Рисунок 3.10 – Залежність енергії, спожитої ГЕК у денний час доби за рік, від 
типу зарядної станції та кількості АКБ 
 
Згідно рис. 3.10, графік залежності денного енергоспоживання від кількості 
АКБ у ГЕК з денною та з комерційною станціями збігаються між собою. Це 
пов'язано з тим, що сумарне енергоспоживання від мережі від 6.00 до 23.00 у цих 
зарядних станцій однаково. У свою чергу досить специфічна форма графіків у 
ГЕК з однієї системою АКБ пояснюється прийнятим раніше допущенням, що 
акумуляторні батареї проходять повний цикл заряду-розряду. Так, збільшення 
кількості АКБ у складі комплексів до 500 шт. для ГЕК з нічною станцією та до 
700 шт. для ГЕК з комерційною і денною станціями сприяє зниженню денного 
енергоспоживання від мережі та збільшенню циклу заряду-розряду системи 
акумуляторних батарей. Причому цей цикл поки не сильно впливає на режими 
роботи комплексів. Однак, коли кількість АКБ починає перевищувати 500 або 
700 шт, цикл заряду-розряду збільшується настільки, що часто зустрічаються 
випадки, коли вночі система акумуляторних батарей перебуває в стадії розряду 
(тобто не може заряджатися), а днем – у стадії заряду (не може розряджатися). 
Цей момент і пояснює підвищення денного енергоспоживання від мережі на 
ділянках, де кількість АКБ змінюється від 500 до 700 шт. для ГЕК з нічною 
станцією та від 700 до 1000 шт. для ГЕК з комерційною та денною станціями. 
Подальше зниження енергоспоживання пов'язано з тим, що сумарна ємність 
системи АКБ починає компенсувати цикл заряду-розряду. 
69 
При використанні в складі гібридних енергетичних комплексів двох систем 
акумуляторних батарей, де кількість акумуляторів змінюється від 0 до 520 шт. і 
від 0 до 740 АКБ, використання такої кількості систем сприяє трохи більшому 
денному енергоспоживанню від мережі (до 18 % при 500 АКБ і до 24 % при 700 
АКБ відповідно), чим при використанні однієї системи, то вже при більшій 
кількості акумуляторних батарей дві їх системи АКБ дозволяють значно знизити 
енергоспоживання від мережі в денний час. Зниження цього енергоспоживання в 
останньому випадку може досягати 100 % (при 1400 АКБ), 84 % і 84 % (при 
1500 АКБ) для ГЕК з нічною, комерційною та денною зарядними станціями 
відповідно. Таким чином, це говорить про те, що якщо існує необхідність у 
великій кількості акумуляторних батарей, то їх загальну кількість краще 
розділити на дві групи заряду-розряду, чим використовувати як одну. 
В цілому можна відзначити, що для комплексів з будь-якими типами 
зарядних станцій найбільше зниження в денному енергоспоживанні 
спостерігається при кількості АКБ, що змінюються від 0 до 700 шт. Кожне 
збільшення кількості АКБ на 100 шт. в цьому випадку знижує річне денне 
енергоспоживання в середньому на 32 МВт·год (до 37 % при 500 АКБ у 
порівнянні з 400 АКБ для нічної станції та при 700 АКБ у порівнянні з 600 
АКБ для денної та комерційної станції). При цьому для ГЕК з нічною зарядною 
станцією при кількості акумуляторних батарей, що змінюються від 0 до 520 шт., 
найкраще використовувати одну систему АКБ, а при кількості від 520 до 700 шт. 
– дві системи заряду-розряду. Для ГЕК з денною або комерційною зарядною 
станцією на всьому діапазоні від 0 до 700 АКБ ефективніше всього 
використовувати тільки одну систему заряду-розряду. 
Збільшення кількості акумуляторних батарей (понад 700 шт) у складі ГЕК із 
зарядними станціями вже не приводить до такого сильного зниження при 
денному енергоспоживанні – у середньому 6,5 МВт·год за рік на кожні 100 АКБ за 
умови використання двох систем АКБ. 
 
70 
 
Рисунок 3.11 – Залежність енергії, спожитої ГЕК у денний час доби за рік, від 
типу станції заміни та кількості АКБ 
 
Що стосується ГЕК від мережі, до складу яких входять станції заміни АКБ, 
то для них характерні залежності, наведені на рис. 3.11. Особливістю цих 
залежностей є різке зниження денного енергоспоживання на ділянці від 12 до 50 
АКБ для комплексу зі станцією заміни, що обслуговує таксопарк, і на ділянці від 
10 до 50 АКБ для ГЕК, зі станціями, що обслуговують автопарки промислового 
підприємства та зони відпочинку. Це зниження пов'язано з тим, що при 12 і 10 
АКБ енергопостачання енергокомплексів здійснюється згідно із графіками 
навантаження, а при більшій їх кількості частина акумуляторних батарей 
використовується для перерозподілу енергії від мережі протягом доби, тим самим 
знижуючи денне енергоспоживання. 
 У цьому випадку збільшення кількості акумуляторних батарей до 50 шт. 
дозволяє знизити денне енергоспоживання в ід  ме р ежі  на 105, 47 та 164 
МВт·год за рік (до 35%, 10% і 45%) для ГЕК зі станціями заміни АКБ, що 
обслуговують таксопарк, автопарк промислового підприємства й автопарк зони 
відпочинку відповідно. При цьому, у випадку із зоною відпочинку, це зниження 
найбільш істотне у зв'язку з тим, що в нічний час попит на заряджені 
акумуляторні батареї повністю відсутній, і тим самим всі зарядні обладнання на 
станції використовуються тільки для підзарядки АКБ з метою перерозподілу 
дешевої нічної енергії на денний час доби. У випадку з промисловим 
71 
підприємством зниження денного енергоспоживання від мережі мінімальне.  
Подальше зниження в енергоспоживанні на ділянці від 50 до 1500 АКБ 
пов'язано з прийнятим припущенням, що акумулятори поставляються на станції 
заміни повністю зарядженими, тобто відразу вже є якийсь запас електроенергії, 
який спочатку і використовується. Таким чином, чим більша кількість 
акумуляторів електромобілів у складі комплексів, тим більший початковий запас 
електроенергії і тим менше річне енергоспоживання від мережі, зокрема в денний 
час доби. Те ж саме стосується зниження вироблення дизельної електростанції та 
витрат палива, спожитого ДЕУ. Зі збільшенням кількості акумуляторних батарей 
у складі автономного ГЕК зі станцією заміни АКБ (рис. 3.12-3.13). Той факт, що 
на цій же ділянці (від 50 до 1500 АКБ, рис. 3.11) відповідні залежності для ГЕК зі 
станціями заміни АКБ, що обслуговують таксопарк і автопарк зони відпочинку, 
збігаються між собою, можна пояснити однаковим добовим попитом на заміну 
АКБ. І в першому, і в другому випадку на станціях заміни за добу електромобілі 
обслуговуються 80 разів. 
 
 
Рисунок 3.12 – Залежність річного вироблення ДЕУ, що входить до складу 
автономного ГЕК зі станцією заміни АКБ 
 
В цілому, для гібридних енергетичних комплексів, що працюють від 
електричної мережі, мати на станціях заміни понад 50 АКБ не доцільно. Так, 
кожна сотня додаткових акумуляторів в цьому випадку знижує річне денне 
енергоспоживання від мережі лише на 1,6. 
 
72 
 
Рисунок 3.13 – Залежність річної витрати палива від типу та кількості ДЕУ, що 
входять до складу автономного ГЕК зі станцією заміни АКБ 
 
Що ж стосується автономного ГЕК, то для нього оптимальною кількістю 
АКБ є мінімально припустима, а саме – 4 шт. Кожна наступна сотня АКБ 
знижує вироблення ДЕУ тільки на 1,6 МВт·год за рік. Крім цього для 
енергопостачання такого комплексу, згідно рис. 3.13, набагато ефективніше з 
погляду економії дизельного пального використовувати одну дизельну 
електроустановку великої одиничної потужності (у роботі розглядалася ДЕУ 
потужністю 60 кВт), чим використовувати кілька ДЕУ меншої потужності (2 ДЕУ 
30 кВт). Економія в цьому випадку може досягти 35 %. 
На денне енергоспоживання від кількості акумуляторів для ГЕК зі станціями 
заміни АКБ впливає кількість зарядних пристроїв (ЗП). У розрахунках число 
зарядних пристроїв на всіх розглянутих типах станцій заміни АКБ приймається 
постійним і не змінюється залежно від кількості акумуляторних батарей. Після 
аналізу результатів проведених розрахунків, з'ясувалося, що деяка кількість АКБ 
у складі розглянутих комплексів повною мірою не використовується через 
недостатню кількість ЗП. Тому, зі збільшенням кількості акумуляторних батарей 
також слід збільшувати і кількість зарядних пристроїв (рис. 3.14). 
Згідно рис. 3.14, збільшення кількості зарядних пристроїв на станції заміни 
акумуляторних батарей дозволяє значно зменшити енергоспоживання від мережі 
в денний час за рахунок перерозподілу електроенергії від мережі протягом доби. 
При використанні 6 ЗП та 100 АКБ і більше, денне енергоспоживання знижується. 
73 
 
Рисунок 3.14 – Залежність річного денного енергоспоживання ГЕК зі станцією 
заміни АКБ, що обслуговує таксопарк, від кількості ЗП та АКБ на станції 
 
ГЕК з енергопостачанням від сонячної фотоелектричної станції 
(резервне енергопостачання – від мережі або дизельних електроустановок) 
У випадку з ГЕК, що працюють від ВДЕ, їх ефективність може бути 
підвищена за рахунок зниження енергоспоживання від мережі (мережні ГЕК) або 
вироблення дизельної електростанції (автономні ГЕК). Для цього необхідно або 
збільшити частку генеруючих установок на основі ВДЕ, або ввести до складу цих 
комплексів акумуляторні батареї (для ГЕК із зарядними станціями) або додаткові 
АКБ електромобілів (для ГЕК зі станціями заміни), які б дозволили 
перерозподіляти енергію ВДЕ у часі.  
 
 
Рисунок 3.15 – Залежність енергії, спожитої від мережі за рік від кількості 

сонячних модулів і АКБ (ГЕК з нічною зарядною станцією E 2
 рік  125  Вт/м ) 
74 
 
Рисунок 3.16 – Залежність енергії, спожитої від мережі за рік від кількості 
сонячних модулів і АКБ (ГЕК з денною зарядною станцією 125 Вт/м2) 
 
 
Рисунок 3.17 – Залежність енергії, спожитої від мережі за рік від кількості АКБ та 

сонячних модулів (ГЕК з нічною зарядною станцією E 2
 рік  191Вт/м ) 
 
Згідно рис. 3.15-3.16, при однаковому попиті на підзарядку протягом доби 
(40 електромобілів на добу), ГЕК з нічною зарядною станцією споживає за рік 
більше електроенергії від мережі, чим ГЕК з денною зарядною станцією. Це 
пояснюється тим, що пік енергоспоживання в денній станції припадає на денний 
час доби і практично збігається з піком приходу сонячного випромінювання і, 
відповідно, з виробленням СФЕС. Таким чином, цьому комплексу для виконання 
балансу потужності потрібно менше електроенергії від мережі. У нічної станції 
75 
пік енергоспоживання припадає на вечір-ніч, коли вироблення СФЕС мінімальна, 
у результаті чого має місце більше енергоспоживання від мережі. По цій же 
причині в комплексі з нічною зарядною станцією вплив різної кількості 
акумуляторних батарей, а також двох систем АКБ, на режим роботи набагато 
сильніший – акумулятори активно використовуються для перерозподілу на 
вечірній-нічний час енергії СФЕС, виробленої днем. Крім цього вплив двох 
систем акумуляторних батарей також зростає зі збільшенням кількості АКБ у їх 
складі та з ростом надходження сонячного випромінювання (рис. 3.15-3.17). 
Різниця в енергоспоживанні від мережі між ГЕК з нічною станцією та ГЕК з 

денною може досягати 82 МВт·год за рік (32 % при 2000 СМ, 0 АКБ і E рік  183
Вт/м2) як при використанні однієї системи акумуляторних батарей, так і при 
використанні двох систем АКБ. Що ж стосується впливу двох систем АКБ на 
режими роботи комплексів, то у випадку з ГЕК з нічною зарядною станцією 
використання двох систем дозволяє знизити річне енергоспоживання в порівнянні 
з використанням однієї системи максимум на 63 МВт·год (45 % при 2000 СМ, 

1000 АКБ і E рік 183Вт/м2). Для ГЕК з денною зарядною станцією зниження 
може досягати 40 МВт·год за рік (50% при 2000 СМ, 1500 АКБ). 
Наведені результати говорять про те, що з погляду мінімуму 
енергоспоживання від мережі в складі комплексів з СФЕС найкраще 
використовувати зарядні станції, пік енергоспоживання яких припадає на денний 
час. До того ж, якщо існує й необхідність у великій кількості АКБ, то їх загальну 
кількість краще ділити на дві групи заряду-розряду, чим використовувати як одну. 
В цілому, відносно кількості АКБ у складі розглянутих ГЕК, згідно з 
отриманими результатами, можна відзначити: 
 ГЕК з нічною зарядною станцією при кількості сонячних модулів рівній:  
- 500 шт. найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі спостерігається 
при кількості АКБ від 0 до 100 шт. Подальше збільшення кількості АКБ не 
приводить до сильного зниження – максимум на 5 МВт·год за рік на 100 АКБ; 
- 1000 і 2000 шт. найбільше зниження спостерігається на ділянці від 0 до 500 
АКБ – може досягати 24 і 30 МВт·год за рік відповідно (9% і 12% при 100 АКБ 
76 

у порівнянні з 0 АКБ, E 2
 рік  191  Вт/м ). Краще використовувати одну систему 
АКБ, а на ділянці від 100 до 500 АКБ – дві системи. 
комерційною зарядною станцією при кількості СМ рівній:  
- 500 шт. найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі – на ділянці 
від 0 до 100 АКБ. Максимум – 7 МВт·год за рік. Найкраще використовувати дві 
системи АКБ. При подальшому збільшенні кількості АКБ зниження 
енергоспоживання – не більше ніж на 2 МВт·год за рік на 100 АКБ; 
- 1000 і 2000 шт. найбільше зниження – на ділянці від 0 до 500 АКБ. 
Максимум – 20 і 28 МВт·год за рік відповідно (9% і 14% при 100 АКБ у 

порівнянні з 0 АКБ, E рік  191  Вт/м2). На ділянці від 0 до 100 АКБ краще 
використовувати одну систему АКБ, а на ділянці від 100 до 500 АКБ – дві. 
денною зарядною станцією при кількості СМ рівній:  
- 500 шт. найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі – на ділянці 
від 0 до 100 АКБ. Максимум – 3 МВт·год за рік (1% при 100 АКБ у порівнянні 

з 0 АКБ,  E рік  191  Вт/м2). Найкраще використовувати дві системи АКБ. 
- 1000, 2000 і 5000 шт. найбільше зниження – на ділянці від 0 до 500 АКБ. 
Максимум – 18, 26 МВт·год за рік (9% і 14% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, 

E рік  191  Вт/м) і 30 МВт·год за рік (19% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, 

E рік  167  Вт/м2) відповідно. На ділянці від 0 до 100 АКБ краще використовувати 
одну систему АКБ, а на ділянці від 100 до 500 АКБ – дві системи. 
Що ж стосується ГЕК на основі СФЕС, до складу яких входять станції заміни 
акумуляторних батарей, то для них характерно все те, що було раніше сказано про 
аналогічні ГЕК, але працюючі тільки від мережі або ДЕУ.  
Варто зазначити те, що згідно з отриманими результатами для ГЕК з: 
1. станцією заміни АКБ, що обслуговує таксопарк, на ділянці від 12 до 50 
акумуляторних батарей електромобілів, при кількості СМ рівній 500, 1000, 2000 і 
5000 шт. зниження в енергоспоживанні від мережі може досягати 33, 100, 150 і 
186 МВт·год за рік відповідно. При подальшому збільшенні кількості АКБ 
(понад 50) зниження енергоспоживання – не більше ніж на 1,6 МВт·год (для 
77 
500, 1000 і 2000 СМ) і 7,5 МВт·год (для 5000 СМ) за рік на 100 АКБ; 
2. станцією заміни АКБ, що обслуговує автопарк промислового 
підприємства, на ділянці від 10 до 50 акумуляторних батарей електромобілів, при 
кількості сонячних модулів рівній: 
- 500 шт. зниження в енергоспоживанні від мережі може досягати всього 1,2 
МВт·год за рік. Таким чином, у цьому випадку доцільно використовувати тільки 
мінімально припустиму кількість АКБ, а саме 10 шт.; 
- 1000, 2000 і 5000 шт. зниження – максимум на 19,36 МВт год за рік (4% і 

8% при 50 АКБ у порівнянні з 12 АКБ, E рік  191  Вт/м2) і 51 МВт·год за рік (12% 

при 50 АКБ у порівнянні з 12 АКБ, E 2
 рік  183  Вт/м ) відповідно. 
3. станцією заміни АКБ, що обслуговує автопарк зони відпочинку, на ділянці 
від 10 до 50 акумуляторних батарей електромобілів, при кількості сонячних 
модулів рівній 500, 1000, 2000 і 5000 шт. зниження в енергоспоживанні від 
мережі може досягати 45, 97, 139 МВт·год за рік (11%, 28% і 43% при 50 АКБ у 

порівнянні з 12 АКБ, E рік  191  Вт/м2) та 168 МВт·год за рік (57% при 50 АКБ у 

порівнянні з 12 АКБ, E  183  Вт/м2
 рік ) відповідно. 
Для автономного гібридного енергокомплексу оптимальною кількістю 
акумуляторних батарей є мінімально припустима, а саме – 4 шт. 
 
ГЕК з енергопостачанням від вітряної електростанції (резервне 
енергопостачання – від мережі або дизельних електроустановок) 
 
При енергопостачанні від ВЕУ ГЕК з нічною, комерційною та денною 
зарядними станціями енергоспоживання від мережі цих комплексів майже не 
залежить від типу станцій (рис. 3.18-3.19). Вітер є завжди. Величина його 
швидкості мало залежить від часу доби, чого не можна сказати про надходження 
сонячного випромінювання. Встановлена потужність ВЕУ 30 кВт. V рік  2,6м/с. 
Встановлена потужність ВЕУ – 30 кВт. V рік  7,2 м с . 
Вплив двох систем АКБ на енергоспоживання від мережі зростає зі 
78 
збільшенням кількості АКБ та зі збільшенням швидкості вітру (рис. 3.18-3.20). 
Використання двох систем АКБ дозволяє знизити річне енергоспоживання 
від мережі в порівнянні з використанням однієї системи АКБ максимум на: 
1. 23 МВт·год (16% при 30 ВЕУ, 1500 АКБ, V рік  2,6 м с ), 20 МВт·год (11% 
при 20 ВЕУ, 1500 АКБ, V рік  2,6 м с ) та 20 МВт·год (16% при 40 ВЕУ, 1500 
АКБ, V рік  2,6 м с ) ВЕУ з потужністю 30 кВт; 
 
 
Рисунок 3.18 – Залежність енергії, спожитої від мережі за рік від кількості 
вітроенергетичних установок і АКБ (ГЕК з нічною зарядною станцією) 
 
 
Рисунок 3.19 – Залежність енергії, спожитої від мережі за рік від кількості 
вітроенергетичних установок і АКБ (ГЕК з денною зарядною станцією) 
79 
 
Рисунок 3.20 – Залежність енергії, спожитої від мережі за рік, від кількості ВЕУ і 
АКБ (ГЕК з нічною зарядною станцією) 
 
2. 18, 17 МВт·год (13% і 14% при 10 ВЕУ, 1500 АКБ, V рік  2,6 м с ) та 23 
МВт·год (27% при 20 ВЕУ, 1500 АКБ і V рік  2,6 м с ) ВЕУ з потужністю 60 кВт;  
3. 17 МВт·год (7% при 100 ВЕУ, 1500 АКБ, V рік  3,5м с ), 14 і 15 МВт·год 
(8% і 9% при 100 ВЕУ, 1500 АКБ, V рік  4,5м с ) ВЕУ з потужністю 12 кВт. 
Існує необхідність у великій кількості акумуляторних батарей, їх загальну 
кількість краще ділити на дві групи заряду-розряду, чим використовувати одну. 
Встановлена потужність ВЕУ – 60 кВт, V рік  2,6 м с . 
 
 
Рисунок 3.21 – Залежність енергії, спожитої від мережі за рік, від кількості 
вітроенергетичних установок і АКБ (ГЕК з нічною зарядною станцією) 
80 
Встановлена потужність ВЕУ – 12 кВт. V рік  2,6 м с . 
 
 
Рисунок 3.22 – Залежність енергії, спожитої від мережі за рік, від кількості 
вітроенергетичних установок і АКБ (ГЕК з нічною зарядною станцією) 
 
На рис. 3.18-3.22 наведено результати розрахунків режимів роботи ГЕК, 
енергопостачання яких здійснюється від вітроелектричних установок з різною 
встановленою потужністю. При однаковій потужності ВЕУ (наприклад, 2 ВЕУ 60 
кВт і 10 ВЕУ 12 кВт) для енергопостачання ГЕК ефективніше використовувати 
невелику кількість ВЕУ з великою потужністю, чим велика кількість ВЕУ з 
меншою потужністю: 
1. для ГЕК з нічною зарядною станцією 181 МВт·год при використанні 
40 ВЕУ 30 кВт у порівнянні зі 100 ВЕУ 12 кВт (64% при 1500 АКБ, двох 
системах АКБ, V рік  2,6 м с ); на 54 МВт·год при використанні 10 ВЕУ 60 кВт у 
порівнянні з 20 ВЕУ 30 кВт (30% при 1500 АКБ, одній системі АКБ, 
V рік  2,6 м с ); на 211 МВт·год при використанні 10 ВЕУ 60 кВт у порівнянні з 
50 ВЕУ 12 кВт (66% при 1500 АКБ, двох системах АКБ, V рік  2,6 м с ); 
2. для ГЕК з комерційною зарядною станцією – максимум на 183 МВт·год 
при використанні 40 ВЕУ 30 кВт у порівнянні зі 100 ВЕУ 12 кВт (65% при 
1500 АКБ, двох системах АКБ і V рік  2,6 м с ); на 55 МВт·год при використанні 10 
ВЕУ 60 кВт у порівнянні з 20 ВЕУ 30 кВт (31% при 1500 АКБ, однієї системі АКБ 
і V рік  2,6 м с ); на 214 МВт·год при використанні 10 ВЕУ 60 кВт у порівнянні з 50 
81 
ВЕУ 12 кВт (67% при 1500 АКБ, двох системах АКБ і V рік  2,6 м с ); 
3. для ГЕК з денною зарядною станцією – максимум на 183 МВт·год при 
використанні 40 ВЕУ 30 кВт у порівнянні з 100 ВЕУ 12 кВт (64% при 1500 
АКБ, двох системах АКБ, V рік  2,6 м с ); на 53 МВт·год при використанні 10 ВЕУ 
60 кВт у порівнянні з 20 ВЕУ 30 кВт (30% при 1500 АКБ, одній системі АКБ, 
V рік  2,6 м с ). 
Згідно з отриманими даними можна відзначити, що для ГЕК з: 
1. нічною зарядною станцією та ВЕУ з потужністю 60 кВт при їх кількості: 
- 1 шт. найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі спостерігається 
при кількості АКБ, що змінюється від 0 до 100 шт. Так воно може досягати 13 
МВт·год за рік (7 % при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, V рік  2,6 м с ). Найкраще 
використовувати дві системи акумуляторних батарей. Збільшення кількості АКБ 
не приводить до зниження – максимум на 1,6 МВт·год за рік на 100 АКБ;  
- 2, 5 і 10 шт. найбільше зниження спостерігається на ділянці від 0 до 500 
АКБ. Тут воно може досягати 12 МВт·год за рік (11 % при 100 АКБ у порівнянні з 
0 АКБ, V рік  7,2 м с ), 15 МВт·год за рік (8% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, 
V рік  3,5м с ) та 18 МВт·год за рік (9% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, 
V рік  2,6 м с ). Найкраще використовувати дві системи АКБ. При подальшому 
збільшенні кількості АКБ зниження енергоспоживання – не більше 2,5; 4 та 
6 МВт·год за рік (для 2, 5 і 10 ВЕУ) на 100 АКБ; 
2. комерційною зарядною станцією та ВЕУ з потужністю 60 кВт при їх 
кількості: 
- 1 шт. найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі – на ділянці 
від 0 до 100 шт. Максимум – 11 МВт·год за рік (6% при 100 АКБ у порівнянні з 0 
АКБ, V рік  7,2 м с ). Найкраще використовувати дві системи акумуляторних 
батарей. При подальшому збільшенні кількості АКБ зниження енергоспоживання 
– не більше ніж на 1,2 МВт·год за рік на 100 АКБ; 
- 2,5 і 10 шт. найбільше зниження – на ділянці від 0 до 500 АКБ. Максимум 
82 
– 11 МВт·год за рік (10% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, V рік  7,2 м с ), 13 
МВт·год за рік (8% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, V рік  3,5м с ) і 17 
МВт·год за рік (9% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, V рік  2,6 м с ) 
відповідно. Найкраще використовувати дві системи АКБ. При подальшому 
збільшенні кількості АКБ зниження енергоспоживання – не більше ніж на 2, 3 
і 5 МВт·год за рік (для 2, 5 і 10 ВЕУ) на 100 АКБ; 
3. денною зарядною станцією та ВЕУ з потужністю 60 кВт при їх кількості: 
- 1 шт. найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі – на ділянці 
від 0 до 100 шт. Максимум – 13 МВт·год за рік (7% при 100 АКБ у порівнянні 
з 0 АКБ, V рік  7,2 м с ). Найкраще використовувати дві системи АКБ. При 
подальшому збільшенні кількості АКБ зниження енергоспоживання – не більше 
ніж на 2 МВт·год за рік на 100 АКБ; 
- 2, 5, 10, 15 і 20 шт. найбільше зниження – на ділянці від 0 до 500 АКБ. 
Максимум – 11 МВт·год за рік (8% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, 
V рік  5,6 м с ), 14 МВт·год за рік (8% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ, 
V рік  3,5м с ), 17, 20 і 20 МВт·год за рік (9%, 11% і 11% при 100 АКБ у 
порівнянні з 0 АКБ, V рік  2,6 м с ). Найкраще використовувати дві системи АКБ. 
При подальшому збільшенні кількості АКБ зниження енергоспоживання – не 
більше ніж на 2, 3, 5, 6 і 6 МВт·год за рік (для 2, 5, 10, 15 і 20 ВЕУ) на 100 АКБ. 
Для ГЕК зі станцією заміни АКБ, що обслуговує таксопарк, зниження 
енергоспоживання від мережі може досягти 277 МВт·год при використанні 
40 ВЕУ 30 кВт у порівнянні з 100 ВЕУ 12 кВт (91% при 1000 АКБ,V рік  3,5м с ); 
92 МВт·год при використанні 10 ВЕУ 60 кВт у порівнянні з 20 ВЕУ 30 кВт (84% 
при 1500 АКБ, V рік  3,5м с ); 335 МВт·год при використанні 10 ВЕУ 60 кВт у 
порівнянні з 50 ВЕУ 12 кВт (95% при 1500 АКБ, V рік  3,5м с ). 
Для ГЕК зі станцією заміни АКБ, що обслуговує автопарк промислового 
підприємства, зниження енергоспоживання від мережі – максимум на 
276 МВт·год при використанні 20 ВЕУ 30 кВт у порівнянні з 50 ВЕУ 12 кВт (55% 
83 
при 1000 АКБ, V рік  4,5м с ); на 97 МВт·год при використанні 10 ВЕУ 60 кВт у 
порівнянні з 20 ВЕУ 30 кВт (28% при 1500 АКБ і V рік  3,5м с ). 
Для ГЕК зі станцією заміни АКБ, що обслуговує автопарк зони відпочинку, 
зниження енергоспоживання від мережі – максимум на 265 МВт·год при 
використанні 30 ВЕУ 30 кВт у порівнянні з 75 ВЕУ 12 кВт (79% при 500 АКБ і 
V рік  3,5м с ); на 92 МВт·год при використанні 10 ВЕУ 60 кВт у порівнянні з 20 
ВЕУ 30 кВт (78% при 1000 АКБ і V рік  3,5м с ); на 335 МВт·год при використанні 
10 ВЕУ 60 кВт у порівнянні з 50 ВЕУ 12 кВт (93% при 1000 АКБ і V рік  3,5м с ); 
Для автономного ГЕК зі станцією заміни АКБ зниження енергоспоживання 
від мережі – максимум на 157 МВт·год при використанні 20 ВЕУ 30 кВт у 
порівнянні з 50 ВЕУ 12 кВт (44% при 50 АКБ, V рік  3,5м с ). 
Кількість АКБ у складі ГЕК впливає на режими роботи цих комплексів: 
1. станцією заміни АКБ, що обслуговує таксопарк, і ВЕУ з потужністю 
60 кВт при їх кількості:  
-  1 шт. найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі спостерігається 
при кількості АКБ, що змінюються від 12 до 50 шт. Воно може досягти 28 
МВт·год за рік (10% при 50 АКБ у порівнянні з 12 АКБ, V рік  7,2 м с ). Подальше 
збільшення кількості АКБ не приводить до сильного зниження – максимум на 1,6 
МВт·год за рік на 100 АКБ; 
- 2, 5, 10 і 15 шт. найбільше зниження спостерігається на ділянці від 12 до 
500 АКБ. Тут воно може досягти 60 МВт·год за рік (36% при 50 АКБ у 
порівнянні з 12 АКБ, V рік  7,2 м с ) 66, 85, і 95 МВт·год за рік (26%, 42% і 36% 
при 50 АКБ у порівнянні з 12 АКБ, V рік  3,5м с ). 
- 20 шт. найбільше зниження – на ділянці від 12 до 100 АКБ. Максимум – 
101 МВт·год за рік (40% при 50 АКБ у порівнянні з 12 АКБ, V рік  2,6 м с ). При 
збільшенні кількості АКБ зниження енергоспоживання – не більше 6 МВт·год. 
2. Станцією заміни АКБ, що обслуговує автопарк промислового 
підприємства, і ВЕУ з потужністю 60 кВт при їх кількості:  
84 
- 1 шт. в енергоспоживанні від мережі може досягти 2 МВт·год за рік 
(0,1% при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ, V рік  7,2 м с ). У цьому випадку 
доцільно використовувати мінімально припустиму кількість АКБ – 10 шт.; 
- 2, 15 і 20 шт. найбільше зниження – на ділянці від 10 до 50 шт. 
Максимум – 30 МВт·год за рік (11% при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ, 
V рік  7,2 м с ), 40 і 45 МВт·год за рік (10% і 12% при 50 АКБ у порівнянні з 10 
АКБ, V рік  2,6 м с ). При подальшому збільшенні кількості АКБ зниження 
енергоспоживання – не більше ніж на 1,6; 1,6 і 3 МВт·год за рік (для 5, 15 і 20 
ВЕУ) на 100 АКБ;  
- 5 шт. найбільше зниження – на ділянці від 10 до 500 АКБ. Максимум – 
42 МВт·год за рік (27% при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ, V рік  7,2 м с ). 
- 10 шт. найбільше зниження – на ділянці від 10 до 100 АКБ. Максимум 
– 45 МВт·год за рік (14% при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ, V рік  3,5м с ). При 
подальшому збільшенні кількості АКБ зниження енергоспоживання – не більше 
ніж на 1,6 МВт·год за рік на 100 АКБ; 
3. станцією заміни АКБ, що обслуговує автопарк зони відпочинку, і ВЕУ з 
потужністю 60 кВт при їх кількості: 
- 1 шт. найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі – на ділянці 
від 10 до 50 шт. Максимум – 73 МВт·год за рік (23% при 50 АКБ у порівнянні з 
10 АКБ, V рік  7,2 м с ). При подальшому збільшенні кількості АКБ зниження 
енергоспоживання – не більше ніж на 1,6 МВт·год за рік на 100 АКБ; 
- 2, 5 і 10 шт. найбільше зниження – на ділянці від 10 до 500 АКБ. Максимум 
– 74 МВт·год за рік (40% при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ, V рік  7,2 м с ), 
86 МВт·год за рік (40% при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ, V рік  4,5м с ) і 90 
МВт·год за рік (44% при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ, V рік  3,5м с ). При 
подальшому збільшенні кількості АКБ зниження енергоспоживання – не більше 
ніж на 2 МВт·год за рік на 100 АКБ; 
- 15 і 20 шт. найбільше зниження – на ділянці від 10 до 100 АКБ. Максимум 
85 
– 96 і 100 МВт·год за рік (37% і 40% при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ, 
V рік  2,6 м с ). При подальшому збільшенні АКБ зниження енергоспоживання – 
не більше ніж на 5 і 6 МВт·год за рік (для 15 і 20 ВЕУ) на 100 АКБ; 
Автономний ГЕК зі станцією заміни АКБ і ВЕУ з потужністю 60 кВт, то 
для нього при кількості ВЕУ рівній 1, 2, 5, 10 та 15 шт. найбільше зниження у 
виробленні ДЕУ спостерігається при кількості АКБ, що змінюються від 4 до 
50 шт. Так воно може досягати 6, 22 МВт·год за рік (3% і 17% при 50 АКБ у 
порівнянні з 4 АКБ, V рік  7,2 м с ), 22 МВт·год за рік (14% при 50 АКБ у 
порівнянні з 4 АКБ, V рік  4,5м с ). 
 
Висновки до третього розділу 
 
1. Розроблена математична модель ГЕК дозволяє змоделювати режими 
роботи наступних типів ГЕК, що містять зарядні станції: 
а) ГЕК з однією системою АКБ і енергопостачанням тільки від мережі; 
б) ГЕК з двома системами АКБ і енергопостачанням тільки від мережі; 
в) ГЕК з однією системою АКБ і енергопостачанням від ВДЕ (резервне 
енергопостачання – від мережі); 
г) ГЕК з двома системами АКБ і енергопостачанням від ВДЕ (резервне 
енергопостачання – від мережі). 
2. Розроблена математична модель ГЕК дозволяє змоделювати режими 
роботи наступних типів комплексів, що містять станції заміни АКБ: 
д) ГЕК з енергопостачанням тільки від мережі; 
е) ГЕК з енергопостачанням тільки від ДЕУ; 
ж) ГЕК з енергопостачанням від ВДЕ (резервне енергопостачання – від 
мережі); 
з) ГЕК з енергопостачанням від ВДЕ (резервне енергопостачання – від ДЕУ). 
3. Варіанти ГЕК а, б, в, г, д та ж передбачають розміщення в районах, що 
з’єднані з мережею централізованого електропостачання, варіанти е та з можуть 
86 
розміщуватися на віддаленні від лінії електропередачі. 
4. На відміну від варіантів ГЕК а та в, варіанти б та г, за рахунок наявності 
двох систем акумуляторних батарей, повинні більш ефективно використовувати 
енергію мережі та енергію відновлюваних джерел відповідно. 
5. Наявність надлишкової кількості акумуляторних батарей електромобілів у 
варіантах д, ж та з дозволяє використовувати АКБ для перерозподілу енергії 
мережі та енергії відновлюваних джерел за часом. 
6. Для ГЕК, що працюють тільки від мережі та містять станцію заряджання, 
найбільше зниження при денному енергоспоживанні (за рахунок перерозподілу 
електроенергії протягом доби) спостерігається при кількості акумуляторних 
батарей, що змінюється від 0 до 700 шт. для зарядної станції та від мінімально 
припустимої кількості до 50 АКБ для станції заміни акумуляторних батарей. У 
першому випадку (для зарядної станції) кожне збільшення кількості АКБ на 100 
шт. знижує річне денне енергоспоживання від мережі в середньому на 32 МВт·год 
(до 37% при 500 АКБ у порівнянні з 400 АКБ для ГЕК із зарядною станцією з 
піком енергоспоживання в нічний час). У випадку зі станцією заміни зниження 
денного енергоспоживання від мережі може досягати 164 МВт·год за рік (до 45% 
при 50 АКБ у порівнянні з 10 АКБ для ГЕК зі станцією заміни АКБ, що 
обслуговує автопарк зони відпочинку); 
7. Для ГЕК, що мають підключення до електричної мережі, працюють від 
СФЕС та включають станцію заряджання, найбільше зниження в 
енергоспоживанні від мережі спостерігається при кількості АКБ, що змінюється 
від 0 до 500 шт. для зарядної станції та від мінімального припустимої кількості до 
50 АКБ для станції заміни АКБ. При цьому, зазначені діапазони не залежать від 
кількості сонячних модулів у складі СФЕС і типу станції заряджання. Для 
автономних ГЕК, що працюють тільки від дизельної електростанції, або від СФЕС 
і ДЕУ та включають станцію заміни акумуляторних батарей, оптимальною 
кількістю АКБ є мінімально припустима кількість - 4. 
8. Для ГЕК, що працюють від мережі, ВЕУ та включають зарядну станцію, 
найбільше зниження в енергоспоживанні від мережі спостерігається при 
87 
кількості акумуляторних батарей, що змінюються від 0 до 100 шт. для однієї 
ВЕУ в складі ВЕУ та від 0 до 500 АКБ для двох і більше ВЕУ. При цьому, 
зазначені діапазони не залежать від типу зарядної станції. Так, у першому 
випадку (з однією ВЕУ) зниження енергоспоживання від мережі може досягати 
13 МВт·год за рік на 100 АКБ (до 7% при 100 АКБ у порівнянні з 0 АКБ для 
ГЕК із зарядною станцією з піком енергоспоживання в нічний час,  V рік  7,2 м с ). 
У другому випадку (з двома та більше ВЕУ) зниження енергоспоживання 
максимум на 20 МВт·год за рік на 100 АКБ (до 11% при 100 АКБ у 
порівнянні з 0 АКБ для ГЕК з 20 ВЕУ 60 кВт і зарядною станцією з піком 
енергоспоживання в денний час,  V рік  2,6 м с ). 
У ГЕК з ВЕС і станцією заміни АКБ, у свою чергу, енергоспоживання від 
мережі залежить від кількості ВЕУ у складі ВЕС, так і від того, для потреб якого 
об'єкта використовується комплекс. 
 Для автономних ГЕК з ВЕС, ДЕС і станцією заміни АКБ оптимальна 
кількість акумуляторних батарей з погляду зниження вироблення ДЕС і, отже, 
витрат палива може змінюватися в діапазоні від 4 до 50 АКБ незалежно від 
кількості ВЕУ в складі ВЕС. При цьому, зниження вироблення ДЕС може 
досягати 22 МВт·год за рік (до 17% при 50 АКБ у порівнянні від 4 АКБ для ГЕК 
з 2 ВЕУ 60 кВт, V рік  2,6 м с ); 
9. При однаковій потужності ВЕС або ДЕС для енергопостачання ГЕК 
ефективніше використовувати невелику кількість електроустановок з великою 
потужністю, чим більшу кількість електроустановок з малою встановленою 
потужністю. Це дозволяє знизити енергоспоживання від мережі або витрати 
дизельного пального і, отже, зменшити собівартість вироблюваної електроенергії. 
10. В складі ГЕК найбільш ефективно, з погляду максимуму чистого 
дисконтованого доходу використовувати зарядні станції або станції заміни 
акумуляторних батарей, пік енергоспоживання яких припадає на нічний-вечірній 
час доби. Станції заряджання з піком енергоспоживання в ранково-денний час 
менш ефективні. 
 
88 
ВИСНОВКИ 
 
В ході виконання даної роботи було вирішено наступні завдання: 
1. На основі аналізу принципів роботи сучасних станцій заряджання 
розроблені математичні моделі станцій заміни АКБ та зарядних станцій ЕТЗ, що 
імітують роботу станцій у різних умовах експлуатації. 
2. Розроблена математична модель ГЕК, що містять генеруючі 
електроустановки вітрової та сонячної енергії, типові АКБ або АКБ ЕТЗ та ЗС 
або станції заміни АКБ ЕТЗ з резервуванням енергопостачання від мережі або 
ДЕУ; 
3. Дослідження впливу параметрів ГЕК на режими роботи показало, що: 
−  для енергопостачання ЕТЗ вигідно використовувати малу кількість 
електроустановок з великою потужністю, ніж велику кількість установок з 
малою потужністю; 
− у складі ГЕК, що мають підключення до мережі ефективно 
використовувати станції зарядки, пік енергоспоживання яких припадає на нічний 
та вечірній час; 
−  для ГЕК з підключенням до електричної мережі, що включають станцію 
заряджання та працюючих від ВДЕ або тільки від мережі, найбільше зниження 
енергоспоживання від мережі (для ГЕК, що працюють тільки від мережі днем) 
спостерігається при кількості АКБ від 0 до 500 шт. для зарядної станції та від 
мінімально припустимої кількості до 50 АКБ для станції заміни АКБ; 
− для автономних ГЕК станції заміни АКБ, що працюють від СФЕС і ДЕУ 
або тільки від ДЕУ, кількість АКБ на станції повинна бути мінімальною. 
4. Розроблені рекомендації з визначення оптимальної структури типових 
ГЕК на основі станцій заряджання та ВДЕ. 
89 
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ 
 
1. Worldwide Electric Vehicle Sales to Reach 3.8 Million Annually by 2020: 
[Електронний ресурс] //Forbes.com LLC, 2013. URL: http://www.forbes.com/sites/ 
tjmccue/2013/01/03/worldwide-electric-vehttpe-sales-to-reach-3-8-million-annually-by-
2020. 
2. Battery electric vehicle: [Електронний ресурс] //Wikipedia, the Free 
Encyclopedia. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_electric_vehicle. 
3. Electric Car Use by Country: [Електронний ресурс] //Wikipedia, the Free 
Encyclopedia. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_car_use_by_country. 
4. Electric Vehісle: [Електронний ресурс] //Wikipedia, the Free Encyclopedia. 
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle. 
5. Electric Vehісle network: [Електронний ресурс] //Wikipedia, the Free 
Encyclopedia. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle_network. 
6. Lars ole valoen.Electric vehicle policies in Norway.Miljo innovasjonas, 2012. 
7. UK: Nissan Leaf Costlier in Europe Even withttpcentives:[Електронний 
ресурс] //Just-Auto.com, 2013. URL: http://www.just-auto.com/news/nissan-leaf-
costlier-in-europe-even-with- incentives_id104404.aspx?lk=dm. 
8. Gianfranco Pistoia. Electric and Hybrid Vehicles. Power Sources, Models, 
Sustainability, Infrastructure and the Market. First Edition. Elsevier, 2010. 
9. Better Place. How It Works. Battery Switch Stations: [Електронний ресурс] 
//Better Place, 2012. URL: http://www.betterplace.com/How-it-Works/battery-
switchttpations. 
10. E-Mobility: [Електронний ресурс] //Enel.com. URL: http://www.enel.com 
/en-GB/innovation/project_techttpogy/zero_emission_life/mobile_sustainability/e-
mobility.aspx. 
11. Renault, Nissan expand their electric vehicle empire: [Електронний ресурс]// 
Gigom.com, 2013. URL: http://gigaom.com/2010/04/09/renault-nissan-expand-thttp-
electric-vehicle-empire. 
12. China out lines plans for making electric cars: [Електронний ресурс] //The 
90 
New York Times, 2013. URL: http://www.nytimes.com/2009/04/11/business/energy-
environment/11electric.http?_r=0. 
13. Madrid reverses the chargers with electric car plan: [Електронний ресурс] 
//The Guardian, 2013. URL: http://www.theguardian.com/environment/2009/sep/08/ 
electric-car-plan-spain. 
14. Making in connection. The plug-in vehicle infrastructure strategy. Department 
for transport, June, 2011. 
15. Open charge map, the Global registry of electric vehicle charging locations: 
[Електронний ресурс] // URL: http://openchargemap.org. 
16. EV Charger Maps: [Електронний ресурс] //URL: 
http://www.evchargermaps.com. 
17. Clean Car Maps. The Primary Information Source for Clean Fuel Stations: 
[Електронний ресурс] // URL: http://www.cleancarmaps.com. 
18. Elektrotankstellen-Verzeichnis: [Електронний ресурс] // URL: 
http://www.elektrotankstellen.net. 
19. Alargador. Guía de Puntos de Recarga VE: [Електронний ресурс] // URL: 
http://www.alargador.org. 
20. Electromaps. Mapa de Puntos de Recarga: [Електронний ресурс] // URL: 
http://www.electromaps.com. 
21. POD Point. Next-Generation Electric Vehicle Charging Infrastructure: 
[Електронний ресурс] // POD Point Ltd., 2011. URL: http://www.pod-point.com. 
22. Electric Vehicle Infrastructure: [Електронний ресурс] // Wikipedia, the Free 
Encyclopedia. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle_infrastructure. 
23. China has largest electric vehicle charging network: [Електронний ресурс]// 
People's Daily Online. URL: http://english.peopledaily.com.cn/90001/90778/ 
7307489.html. 
24. Parma: Realm of thttplectriccar:[Електронний ресурс] // Italian Hydrogen 
and Fuel Cell Association. URL: http://www.h2it.org/en/2011/news/notizie-
nazionali/parma-citta-dellauto-elettrica. 
25. An Electric Vehicle delivery plan for London. Mayor of London. May, 2009. 
91 
26. Solar charged driving. Plugging the world in to the power of the sun: 
[Електронний ресурс] //Solarchargeddriving, 2009-2013. URL: 
http://solarchargeddriving.com. 
27. Solar Tree Socket Brochure: [Електронний ресурс] // Envision Solar, 2013. 
URL: http://envisionsolar.com/pdf/envisionsocket.pdf. 
28. Solar Tree Structure: [Електронний ресурс] // Envision Solar, 2013. URL: 
http://envisionsolar.com/pdf/solartree.pdf. 
29. Kyocera Solar Grove Brochttp:[Електронний ресурс] // Envision Solar, 
2013. URL: http://envisionsolar.com/downloads/Kyocera_Solar_Grove.pdf. 
30. UCSD Gilman Solar Grove: [Електронний ресурс] // Envision Solar, 2013 
URL: http://envisionsolar.com/admin/UCSD%20Gilman.pdf. 
31. UCSD Hopkins Solar Grove: [Електронний ресурс] // Envision Solar, 
2013. URL: http://envisionsolar.com/admin/UCSD%20Hopkins.pdf. 
32. NREL Solar Tree Brochttp:[Електронний ресурс] // Envision Solar, 2013. 
URL: http://envisionsolar.com/admin/NREL%20Solar%20Tree.pdf. 
33. Sunpods SP-300 EV Plug-N-Go Brochttp:[Електронний ресурс] // Sunpods, 
2011. URL: http://www.sunpods.com/pdf/ev.pdf. 
34. Luminexence Lotus Brochttp: [Електронний ресурс] // Luminexence, 
2013. URL: http://www.luminexence.com/pdf/LumineXence%20-%20Lotus%20by% 
20Giancarlo%20Zema.pdf. 
35. Ecofriend. The 10 Coolest solar powered EV charging stations:[Електронний 
ресурс] //Solar Feeds, 2013. URL: http://www.solarfeeds.com/the-10-coolest-solar-
powered-ev-chetping-stations/. 
36. E-move charging station. Solar tankstelle. Stazione solare: [Електронний 
ресурс] //E-Move Gmbh / Srl, 2013. URL: http://www.e-move.bz. 
37. Sanya Skypump EV Charging Station: [Електронний ресурс] //Urban 
Green Energy. URL: http://www.urbangreenenergy.com/products/sanya-skypump; 
38. Wattstation and Wattstation Connect – Fact Shttp:[Електронний ресурс] 
//Lilypad EV, 2013. URL: http://www.lilypadev.com/wp-content/uploads/2012/08/ 
DEQ178_WattStation_FactShttp_v8.pdf. 
92 
39. Ev charging station installation manual. Ed.02.Ge energy industrial solutions, 
2011. 
40. Sparacino, A.R.; Grainger, B.M.; Kerestes, R.J.; Reed, G.F. Design and 
simulation of a dc electric vehicle charging station connected to a MVDC infrastructure 
//Energy conversion congress and exposition (ECCE), 2012, pp.1168-1175. 
41. Johannes Urban; Manfred Bruckmann; Andreas Welsch. Evaluation of solar 
DC/DC charging concepts in off-grid operation //Hsregensburg, 2012. 
42. Patten, John; Christensen, Nathan; Srivastava, Steven; Nola, Gary. Wind 
charged plug-in hybrid electric vehicle //Green manufacturing research journal, 2011. 
43. Jessica Grove-Smith. Charging station for electric vehicles //Nordic 
folkecenter for renewable energy, 2008. 
44. B. Ridley, J. Boland, and P. Lauret. Modelling of diffuse solar fraction with 
multiple predictors //Renewable energy, Vol.35, №2, 2010, pp.478-483. 
45. John Smart. Advanced vehicle testing activity - Plug-in electric vehicle 
demonstration results //Idaho national laboratory, 2012. 
46. EV project electric vehicle charging infrastructure summary report //Idaho 
national laboratory and ECOtality north America, 2012. 
4 7 .  Chargepoint America vehicle charging infrastructure summary report 
exhibition, 2010. 
48. Filling Station: [Електронний ресурс] // Wikipedia, the Free Encyclopedia. 
URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Filling_station.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
