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
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8959| Title: | Методика розрахунку необхідної кількості зарядних станцій для електромобілів в м. Черкаси |
| Authors: | Тарандушка , Людмила Анатоліївна Курко, Степан Сергійович |
| Issue Date: | 2022 |
| Abstract: | Підсумкова кваліфікаційна робота за темою: «Методика розрахунку необхідної кількості зарядних станцій для електромобілів в м. Черкаси» містить 60 сторінок текстового документа та 17 використаних джерел посилання. ЕЛЕКТРОМОБІЛЬ, ЗАРЯДНА СТАНЦІЯ, МЕРЕЖА ЗАРЯДНИХ СТАНЦІЙ, ПАРАМЕТРИ МЕРЕЖІ, СОЦІОЛОГІЧНЕ ОПИТУВАННЯ, ПОРТРЕТ СПОЖИВАЧА, РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ МЕРЕЖІ, МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ. Мета кваліфікаційної роботи магістра: визначення оптимальної кількості зарядних станцій для забезпечення потреб міського населення. В ході роботи використовувався метод складання портрета споживача. Через відсутність інформації про зміну парку електромобілів в м. Черкаси був зроблений прогноз змін автопарку міста. Розроблено методи визначення параметрів мережі та запропоновано комплексний метод, що дозволяє визначити місця встановлення зарядних станцій, типи зарядних станцій та необхідну їх кількість. На основі запропонованого способу розміщення зарядних станцій було розроблено проект розміщення зарядних станцій в м. Черкаси, оцінено витрати на його реалізацію. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8959 |
| Appears in Collections: | 275 Транспортні технології (Транспортні технології (на автомобільному транспорті)) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Курко.pdf Restricted Access | 2.61 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460, тел./факс (0472) 71 00 92
ЗАТВЕРДЖУЮ
зав. кафедри автомобілів та
технологій їх експлуатації, доцент
______________ Л.А. Тарандушка
«___» __________________20__ р.
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА
«МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ НЕОБХІДНОЇ
КІЛЬКОСТІ ЗАРЯДНИХ СТАНЦІЙ ДЛЯ
ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ В М. ЧЕРКАСИ»
Рецензент:
Директор ТОВ ПАРТЕК Україна_________________ В.М. Волощук
(посада) (підпис) (Ініціали, прізвище)
Керівник роботи:
завідувач кафедри АТЕ _______________ Л.А. Тарандушка
(посада) (підпис) (Ініціали, прізвище)
Виконавець:
студент 2 курсу, гр. мТТ-74 ______________
спеціальності 275 – Транспортні технології
(на автомобільному транспорті) _______________ _____С.С. Курко
(підпис) (Ініціали, прізвище)
2022
РЕФЕРАТ
Підсумкова кваліфікаційна робота за темою: «Методика розрахунку
необхідної кількості зарядних станцій для електромобілів в м. Черкаси» містить
60 сторінок текстового документа та 17 використаних джерел посилання.
ЕЛЕКТРОМОБІЛЬ, ЗАРЯДНА СТАНЦІЯ, МЕРЕЖА ЗАРЯДНИХ
СТАНЦІЙ, ПАРАМЕТРИ МЕРЕЖІ, СОЦІОЛОГІЧНЕ ОПИТУВАННЯ,
ПОРТРЕТ СПОЖИВАЧА, РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ МЕРЕЖІ, МЕТОДИ
РОЗРАХУНКУ.
Мета кваліфікаційної роботи магістра: визначення оптимальної кількості
зарядних станцій для забезпечення потреб міського населення.
В ході роботи використовувався метод складання портрета споживача.
Через відсутність інформації про зміну парку електромобілів в м. Черкаси був
зроблений прогноз змін автопарку міста. Розроблено методи визначення
параметрів мережі та запропоновано комплексний метод, що дозволяє визначити
місця встановлення зарядних станцій, типи зарядних станцій та необхідну їх
кількість.
На основі запропонованого способу розміщення зарядних станцій було
розроблено проект розміщення зарядних станцій в м. Черкаси, оцінено витрати
на його реалізацію.
2
ЗМІСТ
ВСТУП .......................................................................................................................... 5
1 СУЧАСНИЙ РИНОК ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ. ЦІЛІ ТА ЗАВДАННЯ
ДОСЛІДЖЕННЯ ......................................................................................................... 6
1.1 Електромобілі, схема роботи, основні характеристики .............................. 6
1.2 Прогноз розвитку та поточний стан ринку електромобілів ............................ 12
1.3 Види зарядних станцій для електромобілів ...................................................... 13
1.4 Стандартні види роз’ємів для зарядки електромобілів ................................... 14
1.5 Характеристики накопичувачів електричної енергії ....................................... 19
1.6 Аналіз основних параметрів акумуляторів ....................................................... 25
1.7 Висновки до розділу 1 ........................................................................................ 27
2 МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ НЕОБХІДНОЇ КІЛЬКОСТІ ЗАРЯДНИХ
СТАНЦІЙ ................................................................................................................... 29
2.1 Обґрунтування оптимальної кількості зарядних станцій електромобілів .... 29
2.2 Критерії, фактори та обмеження оптимального розміщення ......................... 31
зарядних станцій ........................................................................................................ 31
3.2 Метод ієрархічної кластеризації визначення точок попиту ........................... 33
3 ЗАПРОПОНОВАНИЙ СПОСІБ ПРОЕКТУВАННЯ МЕРЕЖІ ТА
РОЗМІЩЕННЯ ЗАРЯДНИХ СТАНЦІЙ ................................................................. 39
3.1.1 Складання портрета потенційного споживача ....................................... 40
3.1.2 Визначення потенційної потужності ринку ............................................ 45
3.2 Визначення ключових моментів концентрації потенційних клієнтів ..... 45
3.2.1 Підбір зарядних станцій для громадської мережі .................................. 46
3.3 Розрахунок необхідної кількості зарядних станцій .................................. 47
4 ПРИКЛАД ПРОЕКТУВАННЯ МЕРЕЖІ ЗАРЯДНИХ СТАНЦІЙ ДЛЯ
ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ .................................................................................................. 50
4.1 Вибір вихідних даних ................................................................................... 50
4.2 Зарядні станції, розташовані в житлових районах .................................... 52
4.3 Оцінка вартості проекту ............................................................................... 57
3
ВИСНОВКИ ............................................................................................................... 58
Перелік джерел посилання ....................................................................................... 60
4
ВСТУП
На сьогоднішній день електромобілі досить міцно закріпилися в нашому
повсякденному житті. Їх можна зустріти практично в кожному великому місті і
їх кількість постійно збільшується. Чому вони стали такими популярними? На
тлі глобальних екологічних проблем, на тлі постійно зростаючих цін на паливо,
електромобілі допомагають вирішувати як екологічні, так і економічні
проблеми.
В першу чергу можна помітити відсутність викидів шкідливих вихлопних
газів, на відміну від автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння.
Поліпшення екологічної ситуації в сучасному світі - дуже актуальне питання, над
яким повинні думати і влада, і звичайні люди. Перехід на електромобілі є одним
із способів поліпшення екологічної ситуації.
Вплив шуму також є дуже важливим питанням, особливо для великих міст.
Електромобілі в процесі роботи видають набагато менше шуму, через
відсутність вихлопної системи та тертя деталей, як в двигунах внутрішнього
згоряння (ДВЗ), які притаманні автомобілям, що працюють на паливі.
Експлуатуючи електромобіль, можна досягнути значної економії як в
обслуговуванні, за рахунок відсутності великої кількості агрегатів, так і на
заправці. Залежно від тарифу на електроенергію, 100 км пробігу на електрокарі
обійдеться власнику приблизно в 30 гривень, тоді як 1 літр бензину коштує
більше 45 гривень.
Переваги переходу на електромобілі очевидні, але для їх експлуатації
потрібна продумана інфраструктура, як для зарядки, так і для технічного
обслуговування. За статистикою, 65% населення проживає в багатоквартирних
будинках, відповідно, вони не зможуть експлуатувати електромобіль, оскільки
не мають можливості їх заряджати. При цьому процес зарядки досить тривалий
за часом, особливо в порівнянні з заправкою бензинового автомобіля.
Результати цієї роботи можуть бути використані для проектування мережі
зарядних станцій, студентів транспортних вузів в ході навчання.
5
1 СУЧАСНИЙ РИНОК ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ. ЦІЛІ ТА ЗАВДАННЯ
ДОСЛІДЖЕННЯ
1.1 Електромобілі, схема роботи, основні характеристики
Кожного року еволюція міського транспорту змінюється та прискорюється
тому, прискорюється розвиток суспільства та промисловості. Так як
акумуляторна батарея є одним з найважливіших пристроїв, що використовується
для зберігання енергії, то визначення кількості заряду відіграє важливу роль в
ефективному використанні транспортних засобів [1]. Процес транспортних
перевезень використовує велику кількість транспортних засобів, що виконують
викиди забруднюючих речовин у повітря, тому в даний час прикладаються
величезні зусилля для виведення ДВЗ з експлуатації шляхом заміни на
електродвигуни [2]. Регулювання поступового зниження викидів СО2
регулюється Кіотським договором. Даний договір забезпечує просування
використання електромобілів в транспортних системах світу [3].
Електромобілі використовують тяговий електродвигун для виконання руху.
Джерела енергії можуть отримуватись з колекторної системи, яка накопичує
енергію ззовні або автономно через сонячні батареї [4]. Збільшення кількості
електромобілів не обмежують використання залізничного, річкового, морського
та авіаційного транспорту.
Електромобіль вперше з'явилися в 19 ст., коли було визначено, що
електроенергія - один з найкращих способів для виконання руху двигуна. Даний
вид двигунів забезпечує високий рівень комфорту та простоти в експлуатації. Ці
якості не могли бути забезпечені ДВЗ того часу. Сучасні ДВЗ були домінуючим
елементом автотранспорту майже 100 років, але використання електроенергії є
звичайним явищем в інших видах транспортних засобів.
У ХХІ столітті починають інтенсивно використовувати відновлювальні
види енергії. Були впроваджені урядові програми по збільшенню кількості
6
електротранспорту в транспортних системах, тому випуск електричних
транспортних засобів невпинно збільшується [5].
Електромобіль - це транспортний засіб, який приводиться в дію за
допомогою електродвигуна. Електропостачання електродвигуна може
здійснюватись:
- від сонячної батареї;
- спеціалізовані паливні елементи;
- Батарея.
Акумулятор вимагає підзарядки після певного часу роботи, яка
здійснюється як з різних джерел ззовні, так і від генератора, який встановлюється
на борту автомобіля.
Якщо генератор приводиться в рух двигуном внутрішнього згоряння, це тип
гібридного автомобіля (рис 1.1 рис. 1.5) [6].
Рисунок 1.1 – Схематичне зображення гібридного автомобіля
Основні елементи електромобіля:
7
Рисунок 1.2 - Електромотор генератор
Електромотор генератор приводить в рух автомобіль. Може також
генерувати енергію при гальмуванні.
Рисунок 1.3 – Високовольтна батарея
Високовольтна батарея запасає електричну енергію.
Рисунок 1.4 – Інвертор
Керує електромотором генератором. Напруга постійного струму
високовольтної батареї перетворюється в трифазний змінний струм для
електромотора.
8
Рисунок 1.4 – DC/DC перетворювач
DC/DC перетворювач перетворює високу напругу, тому можна зарядити
акамулятор 12 V.Цей компонент замінює генератор постійного струму
стандартного автомобіля.
Рисунок 1.5 - Внутрішній зарядний пристрій
Внутрішній зарядний пристрій заряджає високовольтну батарею ззовні.
Основними конструктивними компонентами електромобіля є:
електромотор / генератор, трансмісія, якісна батарея, спеціальний бортовий
зарядний пристрій, електронна система управління і т.д.
В якості акумулятора використовується потужна літій-іонна батарея для
живлення електричного двигуна. Струм батареї постійний близько 300 Вт.
Електромотор / генератор - це поєднання трифазних синхронних або
асинхронних електричних машин. Вони працюють на змінному струмі.
Максимальна потужність електромотора / генератора складає 200 кВт.
9
Електромобілізації піддають всі види автомобілебудування - легкові
автомобілі, вантажівки та автобуси.
Електромобілі випускають всесвітньо відомі компанії, такі як Audi, Tesla,
Volkswagen, BMW, Ford, Nissan та ін.
На основі літій-полімерного акумулятора було розроблено електромобіль
«Kolibri» фірми «DBM Energy» з електродвигуном потужністю 55 кВт.
Основними показниками ефективності використання електромобілів є
вартість транспортного засобу та вартість електроенергії на 100 км пробігу.
Вартість електромобіля набагато дорожче ніж вартість автомобіля з ДВЗ, але в
процесі його експлуатації відчувається значна фінансова економія за рахунок
низької плати за заправку електроенергією. Але комфорт пресування
електромобілем забезпечує розташування електростанцій в транспортній системі
країни. В результаті досліджень було визначено, яким чином змінювалися
характеристики запасу ходу електромобілів з розвитком в часі (рис. 1.6).
Рік
Рисунок 1.5 - Динаміка зміни запасу ходу електромобілів протягом
розвитку
Розглянемо основних виробників електромобілів та їх моделі.
В США головним виробником електрокарів є компанія Tesla, що
намагається популяризувати свої електрокари за рахунок пропаганди «чистого
навколишнього середовища».
Популярні моделі даної компанії: Tesla Model S має запас ходу 225 км, 320
км та 426 км, при цьому може розвивати максимальну швидкість 200 км/год. ЇЇ
ціна складає 69 000 $. Tesla Model X має запас ходу 337 км і 435 км та оснащена
10
Вартість, $
Запас ходу, км
електродвигунами потужністю 60 або 80 кВт-год відповідно. Tesla Model 3 –
один з найпопулярніших електрокарів, що має запас ходу 340 км і розгін
автомобіля до 95 км / год за 6 секунд, його ціна - 35000 $.
Також популярними автовиробниками електрокарів є компанія Ford. Вона
пропонує електромобіль Focus Electric, що має запас ходу 160 км і вартістю
близько 40 000 $.
Компанія Chevrolet теж виробляє ряд електромобілів:
Chevrolet Spark EV з пробігом 160 км та вартістю 20000 $.
Chevy Volt з має заявлений пробіг в 500 км., Вартість становить близько
26 000 $.
На європейському ринку в Німеччині випускається BMW-i3. Пробіг даного
електрокара варіюється з 130 км до 160 к. Це залежить від режиму, в якому
експлуатується електрокар. Volkswagen E-Golf – німецький електрокар з
пробігом 200 км. AudiQ6 E-Tron Quattro – німецький електрокар з пробігом
500 км.
У Франції популярним електрокаром є Renault Zoe, заявлений пробіг
складає 300 км, вартість - 28 000 $.
Італійський електромобіль Fiat 500e єпопулярним та має заявлений пробіг
160 км.
Англійська модель електрокару - Jaguar I-Pace, запас ходу якої становить
500 км, а вартість - 73 000 $.
На Азіатському риноку електромобілів найпопулярнішим є Nissan Leaf.
Виробник Японська компанія. Електромобіль має заявлений пробіг до 385 км,
його вартість становить 37500 $.
Також Південна Корея випускає електромобіль Hyundai IONIQEV, пробіг
якого становить 170 км.
Американсько-Китайська компанія випускає електрокар FaradayFuture FF
91, з заявленим запасом ходу 610 км при вартості 150 000 – 200000 $, в
залежності від комплектації.
11
1.2 Прогноз розвитку та поточний стан ринку електромобілів
Основними забруднювачами навколишнього середовища в результаті
процесу згоряння палива в автомобілях з ДВЗ є оксиди азоту, вуглекислий газ та
діоксид сірки. Тому для боротьби з забруднюючими речовинами в
навколишньому середовищі розвинені країни світу поставили собі за мету
впровадження в експлуатацію електромобілів в світі. Згідно з програмою
International Energy Agency, в якій брали участь сім країн з 2013 р. до 2020 року,
кількість експлуатуємих електричних або гібридних автомобілів зросла в 10
разів. А саме, якщо в 2013 р. експлуатувалося 2 млн. електрокарів, то в 2020 р.
ця кількість досягла 20 млн [7].
Але зазначена кількість електромобілів, що експлуатувалася в світі в 2020
р. є маленькою часткою, а саме 8 % від загальної кількості автомобілів..
Динаміку змін кількості електромобілів в звіті за роками можна побачити на
рис. 1.6.
Рисунок 1.6 – Динаміка росту кількості електромобілів в світі
Станом на 1 травня 2022 року в Україні було зареєстровано 35 762
електромобіля. Динаміка збільшення кількості електромобілів в Україні з
вересня 2021 р. по квітень 2022 року представлена на рис. 1.7.
Знаючи зміну кількості електромобілів кожного місяця в Україні стає
можливим виявити залежність прогнозування реєстрації електромобілів в
Україні в майбутньому (рис. 1.8).
12
Рисунок 1.7 – Динаміка росту кількості електромобілів в Україні
40000
y = 605,79x + 30679
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
1 2 3 4 5 6 7 8
Проміжок в один місяць
Рисунок 1.8 – Залежність зміни кількості електромобілів кожного місяця в
Україні
1.3 Види зарядних станцій для електромобілів
Зарядні станції для електромобілів поділяються наступним чином:
- Зарядні пристрої 1-го рівня наділені змінним струмом до 16 А, саме тому
вони вважаються найповільнішими. Ці зарядні станції використовуються тільки
13
Кількість, авт.
в домашніх умовах через тривалість процесу зарядки, адже автомобіль
заряджається не менше 12 годин.
- Зарядні пристрої 2-го рівня. Вони видають потужність 7 кВт, що працює
від струму 30 А і напругою 240 В. Автомобіль заряджається від 3до 6 годин.
Вартість такого механізму складе від $ 500 до $ 1000.
В зарядних станціях 1 і 2 рівнів вбудований пристрій, який випрямляє потік
електроенергії та заряджає акумулятор.
- Зарядні пристрої 3-го рівня. Заряджання електромобілів на станціях 3-го
рівня займає найменше часу до повного заряджання акумулятора, за рахунок
більшої потужності (135 кВт). Дана станція працює від постійного струму 100 А
і напругою 300-600 В. Акумулятор електромобіля заряджається до 80% за
півгодини. Після цього зменшується потужність, щоб не вивести з ладу
акумулятор.
Даний тип станцій має певні обмеження щодо розташування.
1.4 Стандартні види роз’ємів для зарядки електромобілів
Так як кількість електромобілів в світі невпинно збільшується, то за
прогнозами Єврокомісії, до 2025 року кількість електромобілів на території
Європи складе 25 млн.
Для виконання підзарядки електромобілів необхідно мати достатню
кількість зарядних станцій в транспортній системі країни. Але , снує перешкода,
яка вливає на комфортне використання електромобілів. Так як виробники
використовують не стандартні, а власні батареї, параметри зарядки та електричні
роз'єми, то забезпечити потребу в необхідній кількості потрібних електростанцій
стає складніше. Тому Товариство автомобільних інженерів (SAE) ще в 2009 році
запропонувало стандарт п'ятиконтактного роз'єму J1772 (рис. 1.9). Даний роз’єм
використовується в мережі змінного струму. Він є найбільш універсальним.
14
Рисунок 1.9 – Роз’єм J1772 для зарядки електромобілів
З метою подальшої уніфікації в кінці 2012 року була представлена оновлена
модель роз'єму J1772 (рис. 1.9). Його конструкція передбачає можливість
зарядки акумуляторів електромобілів змінним або постійним струмом.
Оновлений роз'єм доповнений вилкою для підключення постійного струму. Це
означає, що електромобілі старого зразка можуть використовувати нові зарядні
термінали без додаткового переоснащення. Оновлений роз’єм J1772 визначає
рівні напруги, що подається та потребує установки додаткових функцій безпеки.
Тобто тих функцій, які дозволять виконувати підключення та відключення
роз'єму, на контактах якого може бути висока напруга, при будь-яких погодних
умовах [8].
В 2013 році Європейська комісія оприлюднила план розвитку чистого
палива. У ньому, зокрема, встановлено загальноєвропейський тип роз'єму для
зарядних станцій та електромобілів. Це був роз'єм Type 2 (рис. 1.10),
розроблений німецькою компанією Mennekes (за міжнародним стандартом IEC
62196-2). Рішення комісії офіційно підтвердило той факт, що роз'єм даного типу
найбільш широко використовується в Європі. Він дозволяє перемикати силові
ланцюги потужністю до 43,5 кВт і струмом до 63 А.
15
Рисунок 1.10 – Роз'єм Type 2 вироблений компанією Mennekes
Згідно міжнародного стандарту IEC 62196-2 розрізняють 4 типи
електричних роз'ємів та режимів зарядки електромобілів.
Type 1 - це пряме підключення до джерела живлення змінного струму без
додаткових пристроїв управління. Дане підключення не потребує окремих
заходів безпеки.
Type 2 – це пряме підключення електромобіля до джерела живлення
змінного струму за допомогою спеціального кабелю, що йде в комплекті з
електромобілем.
Type 3 - це підключення електромобіля до дротової зарядної станції зі
змінним струмом, що має заземлення та засоби керування, а також кабель з
додатковими жилами. Не потребує особливих вимог з техніки безпеки. Таку
станцію можна розташувати в гаражі.
Type 4 - це підключення електромобіля до дротової станції, що
використовує постійний струм. Обладнання, яке використовується під час
зарядки електромобіля є проміжною ланкою між зарядним портом
транспортного засобу та джерелом живлення. Дане обладнання монтується на
стіну або спеціальну або на спеціальну підставку. Сам зарядний пристрій являє
собою частину електростанції, а не автомобіля.
Він повинен бути оснащений механізмом, що відключає ланцюг живлення
в разі непередбаченого початку руху електромобіля.
16
Стандарт IEC 62196-2 не визначає фізичні розміри електричних роз'ємів.
Відповідно до даного стандарту визначено 3 типи роз’ємів та 4 типи режимів
зарядки електромобілів.
Для виконання швидкої зарядки електромобіля існують експрес зарядні
пристрої. Вони поділяються на два типи – постійного та змінного струму.
Зарядні роз’єми для експрес зарядки змінного струму розраховані на
потужність 43 кВт. Заряд акумуляторної батареї до 80% за допомогою даних
роз’ємів виконується за 30-60 хв.
Електромобіль Tesla Superchargers використовує роз’єм для експрес зарядки
постійного струму з потужністю 120 кВт.
Зарядні роз’єми для експрес зарядки від джерела постійного струму
оснащені CCS, CHAdeMO або Tesla Type 2 (рис. 1.11).
Рисунок 1.11 – Зарядні роз’єми для експрес зарядки електромобілів
CHAdeMO є стандартом для швидкої зарядки акумулятора електромобіля
постійним струмом через спеціальний роз'єм. Назва походить від абревіатури
французьких слів "CHARGE DE MOVE", що в перекладі означає "заряд для
руху". Асоціація "CHAdeMO" була заснована в 2010 році Токійською
енергетичною компанією ("TEPCO"), автовиробниками Mitsubishi, Nissan,
Subaru та Toyota. Потужність зарядки для даних роз’ємів коливається від 50 кВт
до 100 кВт, що дозволяє зарядити акумулятор до 80% потужності за 30 хв (рис.
1.12).
17
Рисунок 1.12 – Зарядний роз’єм CHAdeMO
В 2012 році найбільші європейські та американські автовиробники, а саме
Volkswagen, Audi, Ford, BMW, Chrysler, General Motors, Daimler, Porsche
оголосили про єдиний стандарт комбінованої зарядки (Combined Charging
System) (рис. 1.13), що буде використовуватися для усіх електромобілів, які вони
воготовляють. Даний тип роз'єму дозволяє заряджати електромобіль в будь-
якому з чотирьох режимів, передбачених міжнародним стандартом IEC 62196-2:
повільна зарядка від побутової розетки; повільна зарядка від побутової розетки
по кабелю з вбудованим пристроєм захисту; повільна або швидка зарядка через
спеціальний роз'єм з функцією управління зарядом і захистом; швидка зарядка
від зовнішнього зарядного пристрою. Тому система електромобіля може бути
підключена до будь-яких мереж і зарядних станцій.
Рисунок 1.13 – Зарядний роз’єм Combined Charging System
18
1.5 Характеристики накопичувачів електричної енергії
Сформулюємо вимоги до джерела електричної енергії, встановленого на
автомобіль:
- висока питома енергоємність (пристрій джерела має бути здатним
акумулювати якомога більше енергії, а важити якнайменше);
- висока питома потужність (джерело має забезпечити енергією
автотранспортного засобу у будь-якому динамічному режимі, що практично
реалізується)
- висока питома потужність при заряді (пристрій джерела має бути здатним
накопичити всю енергію рекуперативного гальмування)
- великий ресурс (пристрій джерела має бути здатне перезаряджатися як
можна більше разів);
- високий ККД (джерело повинно мати якомога низький внутрішній опір для
зменшення втрат у самій батареї при розряді-заряді та низьку температуру під
час його роботи);
- вибухо- та пожежо безпечний (пристрій джерела не повинен стати
причиною аварії або посилити її наслідки);
- низька токсичність (у разі виникнення аварійної ситуації джерело не має
посилювати її наслідки отруйною дією);
- цінова доступність;
-температурний режим (джерело має зберігати свої експлуатаційні якості у
всьому діапазоні температур зовні автомобіля відповідно до кліматичних умов).
Вибір типу акумулюючого елемента для транспортного засобу досить
складне науково-техніко-економічне завдання. Результат вибору безпосередньо
пов'язаний з доступністю та конкурентоспроможністю майбутнього
транспортного засобу Певною мірою це завдання може бути спрощене за
допомогою аналізу ринку гібридних машин та встановлених ними джерел
електроенергії.
19
Потужні виробники витрачають значні кошти на дослідження та
проектування, очікуючи отримати прибуток, а це можливо лише за перспективи
затребуваності продукції, що забезпечується в тому числі і оптимальними
технічними та експлуатаційними характеристиками компонентів продукції.
Проаналізуємо типи акумулюючих елементів автомобілів, що пропонуються
найбільшими компаніями-виробниками (табл. 1.1).
Таблиця 1.1 - Характеристики акумуляторів гібридних автомобілів
Модель Тип акумулятора
Ford Fusion SE Hybrid Гібридний літій-іонний
Ford Focus Electric Літій-іонний з рідинним
охолодженням 23 кВт∙год
Ford C - Max Hybrid Літій-іонний 1.4 кВт∙год
Ford C - MAX Energi Літій-іонний 7.6 кВт∙год
BMW ActiveHybrid 3 Літій-іонний
General Motors Chevrolet Volt Т-подібний літій-іонний 16,5 кВт∙год
General Motors Cadillac Escalade нікель-металогідридний
Hybrid
Volkswagen Golf TDI Hybrid нікель-металогідридний
Volkswagen Touareg Hybrid нікель-металогідридний
Volkswagen Jetta 2013 Літій-іонний 1.1 кВт∙год
Hyundai Sonata Hybrid Літій-полімерний
Toyota Prius Five (Two, Three, Four) Герметичний нікель-металогідридний
(Ni - MH), 6.5 А∙год, 201.6 В
Toyota Prius Plug - in Hybrid Літій-іонний
Toyota Prius Plug - in Hybrid Advanced
Prius
Toyota Camry Hybrid Герметичний нікель-металогідридний
Toyota Prius c Four (One, Two, Three) Герметичний нікель-металогідридний
Toyota Prius V Five (Two, Three) Герметичний нікель-металогідридний
Toyota Highlander Hybrid Герметичний нікель-металогідридний
Toyota RAV4 EV Літій-іонний (Li - Ion) 41,8 кВт∙год
KIA Forte LPI Hybrid Літій-іонний з полімерним
електролітом
Kia Optima Hybrid Літій-полімерний
Kia Ray Літій-іонний
Honda CR - Z нікель-металогідридний (Ni - MH),
5.75 А∙год, 100.8 В
Honda Civic Hybrid Літій-іонний
Honda Insight нікель-металогідридний (Ni - MH),
5.75 А∙год, 100.8 В
20
З таблиці видно: вибір найбільших компаній-виробників на даний момент
ділиться приблизно порівну між нікель-металогідридним і літій-іонним типами
акумулюючих елементів силової установки.
Подальший аналіз при виборі найкращого типу серед вторинних хімічних
джерел струму (акумуляторів) доцільно проводити, порівнюючи саме нікель-
металогідридний та літій-іонний.
Порівняємо основні показники вибраних типів (табл. 1.2).
Таблиця 1.2 - Порівняльні параметри накопичувачів енергії
Параметри акумулятора NI/MH Li - ion
Вартість Середня Висока
Питома енергетична ємність, 60-110 110-260
Вт·год/кг
Внутрішній опір, Ом 0,2-0,5 0,15-0,25
Потужність, що 500 800-3000
споживається, Вт/кг
Кількість циклів 300-500 500-1000
заряд/розряд
Чутливість до перезаряду Середня Висока
Час швидкого заряду 14 год 60-70 хв
Саморозряд за місяць при 20 2-5
20˚С, %
Максимальна напруга в 1,85 4,18 - 4,20
комірці, В
Мінімальна напруга в 1,37 2,5-2,75
комірці, В
Діапазон робочих -60 - +55 -20 - +60
температур, ˚С
ККД, % 60-90
Виробник Sanyo, Rayovac, Fujicell, Sony, HYPERION, Walkera,
AccuPower, Maha, Yuasa, A123 Systems
Gold Peak, CDR King,
Turnigy
Практично за всіма основними показниками літій-іонні акумулятори
перевершують нікель-металогідридні. Ціна лідируючого типу не відноситься до
його переваг.
Аналізуючи новини щодо нових розробок відносно літій-іонних
акумуляторів, на ринку варто чекати пристроїв з вищими енергетичними та
експлуатаційними показниками, а саме зі збільшенням: кількості робочих циклів
майже до 7000, питомої потужності до 100 кВт/год, питомої енергоємності до
525 Вт год/кг.
21
У табл.2.3 наведено деякі виробники літієвих акумуляторів (LI - ION, LI - PO,
LIFEPO4).
Таблиця 1.3 – Виробники літієвих акумуляторів
Назва виробника Місце розташування Назва виробника Місце розташування
A123 Китай Huanyu Китай
Advanced Battery Китай K2 Energy Solutions США, Невада
Factory
Aleees (Advanced Тайвань Kayo Китай, Женшень
Lithium
Electrochemistry Co.)
Amperex Technology Китай, Гонконг Kokam Корея
Limited (ATL)
Baoding Fengfan New Китай, Хебей Optimum Китай, Гуандун
Energy Co.
BYD Китай PHET (Pihsiang Тайвань
Energy Technology)
CALB (China Китай, Лоян PSI (Phoenix Silicon Тайвань
Aviation Lithium International Corp.)
Battery Co., Ltd)
CENS Energy - Tech Китай, Ханчжоу SAFT Франція
Compact Power США, Мічіган Hipower Китай
(Підрозділ LG Chem)
EiG Корея Tenergy США
Electrovaya Канада, Онтаріо Thunder Sky / Китай, Женшень
Winston Battery
GAIA («LTC» — Німеччина, Valence США, Техас
Lithium Technology Нордхаузен
Corporation)
Gold Peak Китай, Гонконг Headway Китай, Женшень
Hong kong tac Китай, Гонконг
industrial co., ltd
Значно менший вибір акумулюючих елементів транспорту, що використовують
суперконденсатори (рис.1.14).
Рисунок 1.14 – Зображення іоністорів (суперконденсаторів)
22
Серед провідних світових автотранспортних виробників зустрічаються
поодинокі випадки використання акумуляторів із застосуванням
суперконденсаторів, наприклад Honda FCX Clarity, в якій у підсистемі «розгін-
гальмування» застосований іоністор власної розробки (суперконденсатор).
Автовиробники Hyundai Motor та «TROLZA» випускають автобуси з
живленням від іоністорів.
Компанія Solaris випускає автобус Urbino 18 DIWA з дизель-електричною
гібридною силовою установкою паралельного типу на суперконденсаторах.
Основні показники сучасних суперконденсаторів наведено у табл. 1.4
Таблиця 1.4 – Характеристики іоністорів
Параметри іоністорів Значення
Вартість Висока
Питома енергетична ємність, Вт·год./кг 2-12
Внутрішній опір, Ом 0,006-0,35
Потужність, що споживається, Вт/кг 1500-12000
Кількість циклів заряд/розряд Більше 100000
Час заряду, хв 15-40
Саморозряд за місяць при 20˚С, % 1 мкА
Діапазон робочих температур, ˚С -50 - +70
Ефективність, % Більше 90
Виробник Epcos, Maxwell, Technologies, NessCap,
Panasonic, Evans Capacitor
Порівняємо параметри суперконденсаторів з параметрами літій-іонних
акумуляторів. Обидва ці типи досить дорогі. До відмінних переваг літій-іонних
акумуляторів можна віднести:
- дуже високу питому енергоємність;
- низький саморозряд.
До відмінних переваг іоністорів можна віднести:
- високу питому потужність;
- дуже багато циклів заряд-розряд;
- низький внутрішній опір.
Відмінний недолік – досить високий саморозряд.
За рештою показників принципових відмінностей практично немає.
23
Оцінити такі енергетичні параметри сучасних суперконденсаторів, як
питома енергетична ємність і питома потужність і порівняти їх із вторинними
хімічними джерелами струму можна за допомогою діаграми (рис. 1.15).
Рисунок 1.15 - Діаграма енергетичних показників для різних типів
акумуляторів
На діаграмі область «Літій-іонні великої потужності» відповідає пристроям,
розробленим останнім часом, які тільки починають виходити на ринок.
Слід зазначити, що прогрес у розвитку суперконденсаторів також існує, але
не такий інтенсивний, як у хімічних джерел струму. У 2011 року групою вчених
на чолі з Бором Джангом (Bor Jang) із компанії Nanotek Instruments на основі
графенової плівки створено новий тип суперконденсатора, що має щільність
зберігання енергії 85,6 Вт год./кг при кімнатній температурі та 136 Вт∙год/кг –
при температурі 80°C.
Вибір між літій-іонним акумулятором та суперконденсатором роблять,
виходячи з поставлених цілей для майбутнього автомобіля та після вибору
базової моделі для гібридизації. Вирішальну роль відграють необхідні
енергоємність та потужність, які залежать від зовнішніх та внутрішніх факторів,
що виникають при керуванні автомобілем.
24
Зрештою, вирішальну роль може зіграти кінцева маса накопичувального
пристрою. За певних умов досягти необхідної енергоємності можна збільшивши
кількість елементів в ємнісному накопичувачі. Необхідну потужність літійійної
батареї можна отримати також збільшивши кількість акумулюючих елементів,
при цьому погіршити масо-габаритні показники.
За конкретних умов вибору можна досягти компромісу, скомбінувавши
роботу обох типів накопичувачів. Однак цей підхід може мати свої нюанси у
вигляді необхідності розробки та введення додаткового пристрою.
1.6 Аналіз основних параметрів акумуляторів
Як накопичувач енергії в силовій установці можуть використовуватися
кислотні, літієві та лужні нікель-кадмієві акумулятори. Нижче представлені
переваги та недоліки накопичувачів енергії.
Літій-іонні акумулятори.
Переваги:
- висока енергетична щільність;
- низький саморозряд;
- відсутність ефекту пам'яті;
- простота обслуговування;
- низька питома вага.
Недоліки:
- акумулятори Li-ion схильні до руйнування при перезарядженні або
перегріві. Для боротьби з цим явищем усі побутові акумулятори забезпечуються
вбудованою електронною схемою, яка запобігає перезаряду та перегріву
внаслідок надто інтенсивного заряду;
- при необережному поводженні можуть мати коротший життєвий цикл
проти інших типів акумуляторів.
Глибокий розряд повністю виводить із ладу літій-іонний акумулятор;
оптимальні умови зберігання Li-ion акумуляторів досягаються при 40% заряді
25
від ємності акумулятора при температурі близько 5 °C. При цьому низька
температура є важливішим фактором для малих втрат ємності при тривалому
зберіганні Середній термін зберігання літієвої АКБ становить у середньому 36
місяців, хоча може коливатися в інтервалі від 24 до 60 місяців. Суворі умови
заряджання літій-іонних акумуляторів ускладнюють їх використання в
альтернативній енергетиці Це зв'язано з тим що вітрогенератори та сонячні
панелі не в змозі забезпечити постійний струм протягом циклу заряду. Літієві
акумулятори старіють, навіть якщо не використовуються.
Нікель-кадмієві акумулятори.
Переваги:
- можуть працювати практично за будь-яких погодних умов;
- можуть заряджатися навіть за низьких температур;
- без проблем витримують понад тисячу циклів заряду/розряду та легко
відновлюються при зниженні ємності та після тривалого зберігання;
- короткий час заряду.
Недоліки:
- відносно невелика, порівняно з акумуляторами інших типів, енергетична
щільність (відношення ємності до маси) і відповідно більша вага та габарити при
однаковій ємності;
- Ni-Cd акумулятори містять кадмій "недружній" довкіллю, і тому
вимагають спеціальної утилізації;
- високий саморозряд. За першу добу після заряду вони втрачають до 10%,
а за місяць – до 20% запасеної енергії;
- Ni-Cd акумулятори піддаються ефекту пам'яті.
Кислотні акумулятори.
Переваги:
- широка поширеність технології та невелика вартість;
- хороша переносимість потужних завантажень;
- відносна «дружність» до довкілля – вторинна переробка кислотних
акумуляторів добре відпрацьована.
26
Недоліки:
- низька щільність енергії в акумуляторі, у зв'язку з чим вага батареї вище,
ніж у більшості інших батарей;
- проблема толерантності до глибокого розряду – при розряді понад 80%
різко знижується тривалість життя батареї;
- проблема обслуговування для вентильованих батарей - потрібен постійний
контроль рівня електроліту раз на тиждень, зарядка у спеціальному добре
провітрюваному приміщенні;
- при заряді губиться до 30% витраченої електроенергії;
- не можна залишати сильно розріджену батарею на морозі;
- важко прогнозувати вихід з ладу акумулятора;
- при великих струмах розряду стоїть проблема неповної одномоментної
віддачі заряду батарей.
1.7 Висновки до розділу 1
Світовий парк електромобілів зростає. Більшість розвинених країн
планують впровадити і поширити електромобілі в повсякденному житті.
Це вигідно як для держави (нові робочі місця, розвиток енергетичної галузі,
поліпшення екологічної ситуації і т.п.), так і для звичайних користувачів
(зниження експлуатаційних витрат, зниження «звукового забруднення» і
поліпшення екологічної ситуації і т.п.). Цей напрямок розвитку є перспективним
і актуальним.
Україна в даний час відстає від провідних держав у розповсюдженні
електромобілів. Відставання обумовлено декількома причинами: низькою
доступністю нових і вживаних електромобілів на ринку України, низьким рівнем
розвитку зарядної інфраструктури, відсутністю СТО для електромобілів.
Незважаючи на не найсприятливішу атмосферу для покупки електромобіля,
вони з'являються на наших вулицях. У великих містах для них також можна
знайти зарядні станції. Таким чином, Україна поступово приходить до
27
впровадження електромобілів в повсякденне життя. Для поліпшення ситуації,
щодо популяризації електромобілів, потрібно створювати грамотну і зручну для
споживачів інфраструктуру зарядки.
Для успішного зростання ринку електромобілів в Україні темпи зростання
мережі зарядних станцій повинні випередити темпи появи нових електромобілів,
тим самим залучаючи нових споживачів.
28
2 МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ НЕОБХІДНОЇ КІЛЬКОСТІ
ЗАРЯДНИХ СТАНЦІЙ
2.1 Обґрунтування оптимальної кількості зарядних станцій
електромобілів
У статті [9] автори вважають, що оптимальна кількість і ефективність
зарядних станцій може бути визначена тільки на основі сучасних наукових
методів оптимального проектування виробничих процесів на принципах
ресурсозбереження та високої продуктивності. Тому необхідно встановити
ефективні співвідношення між кількістю отриманих заявок за одиницю часу і
продуктивністю або пропускною здатністю відповідної зарядної станції.
Вважається, що процеси зарядки є типовими системами черг. Основним
завданням в даному випадку є встановлення ефективних коефіцієнтів між
кількістю отриманих заявок за одиницю часу і продуктивністю або пропускною
здатністю відповідної зарядної станції.
Складність полягає в тому, що через випадковий характер прийому заявок
за часом можливе як формування черги цих заявок з відповідним очікуванням,
так і простої обладнання зарядної станції через відсутність заявок. Розроблені
наукові методи повинні забезпечувати мінімальні втрати від цих простоїв як для
об’єктів, що обслуговуються так і для об’єктів, що обслуговують.
Визначаємо кількість транспортних засобів (ТЗ) у групі m.
��
�� = ел (2.1)
Доб∙��в.ч.з.∙��з.с.∙Тн.з.
де ��ел - кількість електромобілів в області проектування, шт; Доб – період
обслуговування, год.; ��в.ч.з. - середній коефіцієнт використання часу зміни; ��с.з.
- продуктивність однієї зарядної станції, шт./год; Тн.з. – нормативний час зміни,
год. Автор також представляє схему роботи мережі зарядних станцій у вигляді
закритої системи черг з очікуванням.
29
Рисунок 2.1 - Схема роботи мережі зарядних станцій
Щоб спростити завдання, приймаємо n = 1, для того, щоб перевірити
пропускну здатність однієї зарядної станції з мінімальною чергою.
��
�� ��
п.з. = ��0 ∙ +��0 → ������ (2.2)
����
де ��п.з. – пропускна здатність зарядної станції
��0 – довжина черги, авт.;
���� – час, витрачений на зарядку транспортного засобу, год.;
���� – номінальний час для зарядження одного транспортного засобу, год.;
��0 – ймовірність простою транспортного засобу під час обслуговування.
1
��0 = ��0 (2.3)
�� ��!∙��
1+∑��0=1(��−��)!
де �� – кількість зарядних станцій, шт;
�� – інтенсивність обслуговування, авт/год.
��
�� = (2.4)
��
�� – інтенсивність надходження ТЗ в чергу
30
�� – середня кількість ТЗ, що обслуговуються однією зарядною станцією за
одиницю часу.
За допомогою цієї методики можна визначити оптимальну кількість
зарядних станцій, необхідних для певної кількості електромобілів, виходячи з
мінімізації простоїв і черг. Однак формула (2.2) не враховує неоднорідність
прийому заявок в системі. Так що вночі заявок буде набагато менше.
Розрахунки виконуються на основі мінімізації простоїв як ТЗ, так і зарядних
станцій. У сучасних реаліях такий підхід не може бути реалізований, адже
зарядні станції та електромобілі належать різним особам з різними пріоритетами.
Так власники зарядних станцій прагнуть залучити максимальну кількість
відвідувачів, головна мета - відсутність простоїв в роботі. Власники
електромобілів, в свою чергу, очікують відсутності черги і безперешкодної
зарядки. Ці бажання є взаємовиключними.
При застосуванні методики в результаті не вказуються місця установки
зарядних станцій, що є дуже важливим питанням у зв'язку з тривалістю процесу
технічної зарядки.
2.2 Критерії, фактори та обмеження оптимального розміщення
зарядних станцій
При плануванні зарядної інфраструктури для електромобілів необхідно
враховувати безліч факторів та обмежень. По перше, необхідно виходити з того,
хто і для чого збирається встановити зарядні станції. Це може бути приватна
організація – власник мережі зарядних станцій для електромобілів. Її метою,
найімовірніше, є максимізація прибутку за мінімальних витрат. Така організація
постарається розмістити станції в місцях максимального попиту, найбільш
зручні для ймовірного користувача. Якщо ж розгортанням інфраструктури
займаються муніципальні органи влади, то особи, приймаючі рішення повинні
взяти до уваги логістичні та соціальні фактори. Шляхом встановлення зарядних
станцій у відповідних місцях можна якоюсь мірою перенаправляти міський
31
трафік, розвантажувати проблемні ділянки доріг, стимулювати розвиток
окремих районів міста.
Істотним обмеженням є доступність точок підключення до електромережі.
Трансформаторні підстанції повинні розташовуватися як якомога ближче до
передбачуваного місця встановлення зарядної станції, що дозволить скоротити
втрати в лінії живлення і знизить витрати на організацію підведення. Але у будь-
якому випадку, головним обмеженням є вартість розгортання мережі зарядних
станцій. Будь то у муніципального чи приватного підприємства ресурси не
нескінченні. Нехай, будемо вважати, що зарядних станцій буде встановлено
стільки, щоб задовольнити попит на зарядку електромобілів з урахуванням їх
прогнозованої кількості. Тобто. кількість зарядних станцій або точок
підключення, а також їх пропускна спроможність має бути достатнім для зарядки
всіх наявних у місті електромобілів.
Обмежимо область досліджень станціями повільного заряду, тобто
виберемо станції, що працюють на змінному струмі та видають потужність
близько 7 квт. У такому режимі електромобіль може повністю зарядитись за 3-4
години. Власники можуть заряджати свої електромобілі у такому режимі вночі,
коли автомобіль знаходиться на прибудинковій території або в гаражі, також у
денний час, коли електромобіль знаходиться на парковці, обладнаній
електрозарядним пристроєм.
Місткість батарей сучасних електромобілів становить 25-40 кВт * год,
пробіг за повного заряду становить 120-180 км. Вважатимемо, що кожен
електромобіль заряджається щодня, незважаючи на те, що його добовий пробіг
може бути менше максимально можливого. Насправді побоювання, пов'язані з
обмеженим пробігом та неможливістю гарантовано та швидко підзарядитися, є
одним з основних факторів, що стримують стрімке використання електромобілів
на світовому ринку.
У різних джерелах, присвячених плануванню зарядної інфраструктури для
електромобілів, згадується поняття «радіус обслуговування» зарядної станції
[10]. Власне, під цим параметром мається на увазі просто величина пробігу
32
транспортного засобу в кілометрах або відстань, яку може проїхати
електромобіль після однієї зарядки протягом заданого часу. Припустимо, що у
точках А та В (рис. 3.1), які розташовані на відстані 100 км, знаходяться зарядні
станції. Електромобіль, маючи спочатку повний заряд, цілком може дістатися з
пункту А до пункту В. Проте, найчастіше, власник транспортного засобу хоче
дістатись деякого пункту С і повернутися назад. В такому випадку, фактична
відстань пересування виходить більшою.
R обслуговування
Рисунок 2.2 – Радіус обслуговування зарядної станції
Крім того, відстань між вихідним та кінцевим пунктом не можна вважати
лінійною, оскільки фактична траєкторія руху автомобіля не є прямолінійною.
Таким чином, ставиться завдання: розмістити мінімально необхідну
кількість зарядних станцій для електромобілів таким чином, щоб задовольнити
попит, забезпечити фактичний радіус обслуговування при умови мінімальних
витрат за їх установку.
3.2 Метод ієрархічної кластеризації визначення точок попиту
Існує безліч математичних підходів щодо оптимального розміщення будь-
яких об'єктів [11-13]. Найбільш вдалим є метод ієрархічної кластеризації [14].
Автори пропонують підхід, якому місто розбивається на кластери, а «точки
попиту» - потрібне місце установки зарядної станції, визначаються виходячи з
обсягу трафіку автомобілів. Для цього пропонується використовувати дані з
камер спостереження за дорожнім рухом або якісь датчики/лічильники,
встановлені, наприклад, під дорожнім полотном.
33
Оскільки ми розглядаємо проблему розміщення станцій повільної зарядки,
а не швидкої, то більш правильним буде виходити з кількості мешканців, в
кожному районі. Припускатимемо, що кількість необхідних точок для зарядки
електромобілів пропорційна кількості населення району. Тоді, модифікований
метод кластеризації полягатиме в наступному.
По-перше, карта міста розбивається на райони, у кожному з яких
визначається кількість мешканців. Можна використовувати адміністративні
райони міста, як це показано на рис. 2.3, вручну задавати координати великих
житлових масивів або взагалі використовувати ортогональну сітку.
Рисунок 2.3 – Карта адміністративного поділу м. Черкаси
Осередок сітки, або район міста і називається кластером. Потім визначають
приблизну кількість мешканців у кожному кластері. Для центральних частин
міста, де зосереджені адміністративні та офісні будівлі, можна взяти не кількість
зареєстрованих мешканців, а кількість людей, що перебувають у будинках.
Надалі, зарядні станції будуть розміщуватись з урахуванням кількості можливих
споживачів. Цей показник буде ваговим коефіцієнтом кластера. Для
відображення «ваги» кластера використовуємо коло, радіус якого пропорційний
кількості потенційних споживачів у кластері, як це показано на рис. 2.4.
34
Рисунок 2.4 – Карта міста Черкаси з прогнозованими точками попиту
Спочатку, як точка розташування зарядної станції може служити кожна
житлова/адміністративна будівля, торговельний комплекс або паркування. Таких
точок набагато більше, ніж кількість зарядних станцій у розпорядженні. Тому ці
точки слід об'єднувати в кластери за критерієм кількості мешканців. Об'єднані
точки утворюють кластер другого рівня, кілька об'єднаних кластерів другого
рівня утворюють кластер третього рівня та так далі. Графічно це представляється
за допомогою так званого "ієрархічного дерева", показаного на рис. 2.5.
Кластери
Рисунок 2.5 – Ієрархічне дерево кластерів
35
Порядок кластеру
Центр кожного нового кластера вищого рівня розташовується в центрі мас»
точок чи кластерів, які він об'єднує. Тобто центр кластера зміщений у бік точок
із більшою щільністю населення.
Таким чином, у міру підвищення рівня ієрархії на карті залишається все
менше та менше кластерів. Це дозволить особам, які приймають рішення,
вибрати найбільш підходящий рівень ієрархії з урахуванням кількості ресурсів у
їхньому розпорядженні.
Рисунок 2.6 – Фрагмент мапи м. Черкаси з кластерами 2 та 3 рівнів
Рисунок 2.7 - Розташування існуючих зарядних станцій для електромобілів
в місті Черкаси
Вихідною інформацією для розробки алгоритму визначення розташування
зарядних станцій є припущення про те, що кількість зарядних станцій завжди
менше кількості можливих точок-кандидатів.
Серед кандидатів шукатимемо ту точку, в якій забезпечується максимум
критерію оптимізації.
Як головний критерій вибору місця розташування зарядної станції
приймемо суму відстаней до центрів кластерів з урахуванням ваги кожного з них.
36
Тобто, одна і та ж відстань розцінюватиметься по-різному для районів із різною
чисельністю.
Рисунок 2.8 – Пояснення критерію оптимізації
Критерій оптимізації:
�� = ∑�� ���� ∙ ���� → ������ (2.5)
де �� – номер кластера;
���� – чисельність населення в �� -му кластері.
Сформулюємо алгоритм розміщення зарядних станцій наступним чином.
1. Задаємося рівнем ієрархії, він визначає кількість та параметри кластерів у
розгляді.
2. Визначаємо координати центрів кластерів та кандидатів на встановлення
зарядних станцій для електромобілів.
3. За кожною точкою-кандидатом закріплюємо кластери, виходячи з радіусу
обслуговування зарядної станції. Закріплені кластери викреслюються зі списку
на поточній ітерації (щоб не потрапити до розрахунку іншого кандидата).
4. Коли всі кластери закріплені за кандидатами, розраховується критерій
оптимізації.
5. Результат розрахунку (набір точок-кандидатів і критерій, що вийшов за
результатами оптимізації) зберігається та точки-кандидати, які взяли участь на
ітерації викреслюються зі списку.
6. Пункти 1-5 повторюють доти, доки не будуть перебрані всі кандидати.
Алгоритм оптимізації показано на рис. 3.7.
37
38
3 ЗАПРОПОНОВАНИЙ СПОСІБ ПРОЕКТУВАННЯ МЕРЕЖІ ТА
РОЗМІЩЕННЯ ЗАРЯДНИХ СТАНЦІЙ
Для розробки оптимальної методики розташування зарядних станцій
необхідно виконати наступні дії:
- скласти прогноз змін парку електромобілів в місті Черкаси на найближче
майбутнє;
- запропонувати методи визначення параметрів мережі зарядних станцій для
електромобілів.
3.1 Проведення соціологічного опитування
Зарядні станції призначені для споживачів - власників електромобілів. Вони
повинні бути комфортними, щоб їх постійно використовували для зарядки.
Зарядка в громадських місцях електромобілів приверне увагу, що допоможе
зацікавити людей і згодом збільшити ринок електромобілів в м. Черкаси.
Але для цього зарядні станції повинні бути затребувані, тобто зручними для
користування. У зв'язку з тривалістю процесу зарядка електромобілів повинна
відбуватися, не відволікаючи автовласників від звичної діяльності. Відповідно,
зарядні станції повинні бути географічно розподілені в найпопулярніших
громадських місцях.
З метою визначення ключових точок концентрації існуючих і потенційних
клієнтів було проведено соціологічне опитування серед автовласників в різних
соціальних мережах: Viber, Facebook, Telegram, а також, шляхом прямого
опитування. Крім визначення ключових моментів щодо місця розташування
електромобілів, соціальне опитування стосувалось визначення потенційної
потужності ринку електромобілів в м. Черкаси. В даний час в опитуванні взяли
участь 473 людини.
39
3.1.1 Складання портрета потенційного споживача
Для успішної реалізації комерційної діяльності дуже важливо знати свою
цільову аудиторію, її портрет.
Якщо правильно скласти портрет споживача: вивчити його поведінку,
потреби, особливості і, спосіб життя і звички, можна створити доступну, зручну
і популярну інфраструктуру.
Споживчий портрет - це збірний образ потенційного клієнта, заснований на
певних соціально-демографічних і психологічних особливостях: його вік, стать,
сімейний стан, місце проживання, сфера діяльності, посада, рівень доходу,
соціальний статус, звички, хобі і т.п.
Портрет клієнта необхідний для того, щоб зрозуміти, чого саме очікує
споживач, де і яку зарядну станцію йому буде зручно використовувати, а також
виділити групу людей, потенційних споживачів, щоб зрозуміти ємність ринку.
Чим детальніше опис потенційного споживача, тим більше характеристик
враховує портрет, тим вище шанс створити дійсно актуальну, зручну і популярну
пропозицію для споживача.
Щоб зрозуміти потреби власників електромобілів, з метою забезпечення
максимально зручної мережі зарядних станцій, а також для визначення
потенційної потужності ринку, складено анкету і проведено опитування серед
автомобілістів.
Перш за все, давайте розділимо людей на 2 групи: тих, хто хотів би купити
електромобіль, і тих, хто не хотів. Результат опитування показаний на рис. 3.1.
Кількість осіб, що
бажає придбати
37,70% електромобіль
62,30% Кількість осіб, що
небажає придбати
електромобіль
Рисунок 3.1 – Результати опитування щодо бажання придбати
електромобіль
40
Щоб визначити портрет споживача, ми продовжуємо працювати з групою
людей, які відповіли «Так». Надалі ми докладніше розглянемо другу групу
людей, визначимо причини відсутності інтересу до електромобілів, щоб оцінити
можливість впливу на відразливі фактори.
Для визначення портрету групи осіб було прийнято рішення визначити такі
показники: вік, стать, сімейний стан, освіта, рід занять, місце проживання,
середньомісячний дохід. Розглянемо результати опитування.
Старше 50
Рисунок 3.2 – Вікова структура споживачів
Так, близько 50 відсотків респондентів, які хочуть купити електромобіль,
у віці від 30 до 40 років.
Розглянемо статеву структуру потенційного споживача.
27,40% Жінки
Чолові
ки
72,60%
Рисунок 3.3 – Структура потенційних споживачів за статтю
41
Більшість потенційних власників електромобілів - чоловіки, але є і жінки.
Це пов'язано з універсальністю електромобілів. Вони можуть використовуватися
як сімейні автомобілі, особисті для поїздок на роботу, в комерційній діяльності
(наприклад, таксі) і т.п.
Розглянемо структуру потенційних споживачів за сімейним станом.
32,50% Неодружені
Одружені
67,50%
Рисунок 3.4 – Структура потенційних споживачів за сімейним станом
Як видно зі схеми, більшість потенційних споживачів одружені, але є і
люди, які не перебувають у шлюбі, що ще раз підкреслює універсальність
електромобілів.
Структура потенційних споживачів за освітою представлена на рис. 3.5.
Вища Середня спеціальна Середня
Рисунок 3.5 – Структура потенційних споживачів за освітою
Електромобілям віддають перевагу, як правило, люди з вищою освітою,
можливо, це пов'язано з більш високим середнім достатком. У зв'язку з тим, що
електромобілі коштують дорожче традиційних автомобілів з ДВЗ, особливо в
бюджетному класі, люди з низькими доходами не можуть собі їх дозволити.
42
Щоб звузити коло людей, ми визначимо, хто більше зацікавлений в покупці
електромобіля для людей, що проживають в місті або в заміських житлових
комплексах. Результати наведені на рис. 3.6.
12,30%
Заміські
комплекси
Міські
87,70%
Рисунок 3.6 – Структура потенційних споживачів за місцем проживання
Переважна більшість респондентів проживає в межах міста.
Для оцінки необхідності зарядної інфраструктури, а також додаткових
роз'яснень для більш повного портрета споживача необхідно уточнити тип житла
потенційних споживачів. Люди, які живуть в приватних будинках, менш залежні
від зарядної інфраструктури, тому що вони можуть заряджати електромобілі
вночі прямо в своєму будинку. При цьому люди, які проживають в
багатоквартирних будинках, позбавлені такої можливості.
19,20% Приватний
будинок
Багатоповерховий
будинок
80,80%
Рисунок 3.7 – Тип житла потенційних споживачів
Виходячи з цієї діаграми, 80% людей, які позитивно ставляться до покупки
електромобіля, живуть в багатоквартирних будинках. Це цільова категорія, яка в
першу чергу спрямована на будівництво зарядної інфраструктури. Як показує
практика, зарядити електромобіль у дворі власного будинку практично
43
неможливо, навіть якщо у вас є власна зарядна станція, через те, що постійно
зайняте паркувальне місце.
Щоб нарешті завершити портрет споживача, ми оцінимо середньомісячний
дохід людей, які хочуть придбати електромобіль. Це також допоможе оцінити,
які електромобілі можна придбати в місті Черкаси. Результати представлені на
рис. 3.8.
60000
50000
40000
30000
20000
10000
0
15 18 32 35
Кількіть опитуваних, %
Рисунок 3.8 – Середньомісячний дохід населення опитуваних, що бажають
купити електромобіль
Виконавши аналіз даної діаграми, можна зробити висновок, що населення,
яке має дохід до 20000 грн та до 30000 грн хочуть купувати електромобілі. Це
можна пояснити економією на паливі та обслуговуванні. Таким чином, люди
отримують значну економію своїх грошей.
Підсумовуючи все вищесказане, можна зробити портрет потенційного
власника електромобіля. Результати представлені в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 - Портрет потенційного власника електромобіля
Параметр Значення
Вік, роки 30-40
Стать Чоловік
Сімейний стан Одружений
Освіта Вище
Місце проживання Місто
Тип житла Приватний будинок
Середньомісячний дохід, грн. 20000-30000
44
Дохід, грн
3.1.2 Визначення потенційної потужності ринку
Після визначення подібних ознак серед потенційних споживачів необхідно
визначити відсоток людей, які підходять для кожної функції в досліджуваній
області, в разі нашого дослідження це місто Черкаси.
Визначивши частку потенційних власників електромобілів для кожної
функції, ми будемо використовувати наступну формулу:
��
�� н
п.в. = (3.1)
��1∙��2∙��3∙��4∙��5∙��6
де ��н – кількість населення в м. Черкаси (282 тис.ос.), що приймається за 1;
��1 – частка населення віком від 30-40 років, 0,14;
��2 – частка чоловіків серед населення м. Черкаси, 0,43;
��3 – частка одруженого населення, 0,32;
��4 – частка населення з вищою освітою, 0,38;
��5 – частка населення, що проживає в приватному будинку, 0,08;
��6 – частка населення, що має дохід 20000- 30000 грн., 0,15.
1
��п.в. = =11383
0,14∙0,43∙0,32∙0,38∙0,08∙0,15
Таким чином, при належному рівні розвитку зарядної інфраструктури,
постійно підлаштовуючись під поточні потреби власників, до 2025 року можна
отримати парк електромобілів в кількості 11383 шт. Це означає, що портрету
потенційного власника електромобіля відповідає 4,03 % населення міста.
3.2 Визначення ключових моментів концентрації потенційних
клієнтів
45
Склавши портрет споживача, і визначивши потенційну ємність ринку
електромобілів в місті Черкаси, необхідно повернутися до одного важливого
питанням щодо ключових точок концентрації потенційних власників
електромобілів. Результат опитування показаний на рис. 3.9.
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Зручні місця зарядки електромобілів
Рисунок 3.9 – Результати опитування, щодо зручності зарядки
електромобілів
Аналізуючи гістограму, можна зробити висновок, що найпопулярнішим
місцем проведення часу є будинок, де проживає опитуваний, за яким слідують
торгові центри і спортивні / фітнес-центри. Найменш популярними місцями є
театри і кінотеатри. Графа «Інше» включає відповіді - в гаражі, на риболовлі, на
дачній ділянці і т.п. - місця, де неможливо забезпечити споживача зарядною
інфраструктурою.
3.2.1 Підбір зарядних станцій для громадської мережі
Під вибором зарядних станцій ми розуміємо тип (рівень) зарядних станцій.
Ці рівні розглядаються в пункті 1.3. Від цього залежить час зарядки акумулятора
електромобіля. Тому необхідно визначити місця, де люди проводять достатньо
часу на зарядку електромобіля з різним рівнем зарядних станцій.
46
Частка опитуваних, %
У цьому пункті розглядаються тільки зарядні станції 2-го і 3-го рівня,
оскільки зарядні пристрої 1-го рівня використовуються тільки вдома і не
встановлюються в громадських місцях.
Місця установки зарядних станцій показані на рис. 3.9.
Зарядні станції 3 рівня підходять для установки у всіх перерахованих
місцях.
Зарядні станції другого рівня підходять тільки для установки поблизу місць
проживання людей, адже тільки вдома люди можуть комфортно витрачати
достатньо часу на зарядку електромобіля.
Надалі буде розглянуто мережі зарядних станцій: тільки з зарядними
станціями 3-го рівня.
3.3 Розрахунок необхідної кількості зарядних станцій
Немає норм щодо необхідної кількості зарядних станцій для певного парку.
Пропонується адаптувати норми для АЗС, внести корективи щодо особливостей
процесу технічної зарядки та кількості нарахувань за одиницю часу.
«Відповідно до «Містобудування. Планування і забудова міських і
сільських поселень ДБН 360-92» [15] застосовуються такі норми, встановлені для
необхідної кількості АЗС, а саме 1 паливно-роздавальний пістолет на 1200
автомобілів. Ми адаптуємо ці стандарти для електричних зарядних станцій» [16].
«Згідно з опитуванням, середньодобовий пробіг автомобілів складає 23,9
км/день, щотижневий пробіг складає 168 км. » [16].
«Для того щоб оцінити необхідну кількість палива за тиждень, обираємо
найпопулярніший автомобіль в Україні на 2021 рік. Ним виявився Volkswagen
Polo з об’ємом двигуна 1.6 л. У заявлених характеристиках автомобіля витрата
палива в комбінованому циклі становить 5,8 літра на 100 км. » [16].
«Розглянемо електромобілі на прикладі найпопулярнішої марки в Україні -
Nissan Leaf. Заявлений виробником пробіг становить 160 км. на одному заряді.
Всі зарядні електростанції, що розташовуються в м. Черкаси є швидкозарядними,
47
що забезпечують 80% заряду акумулятора за 30 хв. Тому необхідну кількість
зарядок для одного електромобіля за тиждень можна розрахувати за наступною
формулою» [16]:
�� 168
�� тиж
з ел = = ≈ 1,3 (3.2)
��1з×0,8 160×0,8
де ��1з – пробіг електромобіля за 1 зарядку, км.
��тиж – пробіг електромобіля за тиждень, км;
«Необхідна кількість заправок автомобіля за тиждень:» [16].
�� 168
�� тиж
з авт = �� = 55 ≈ 0,2 (3.3)
пал.бак×100 ×100
��витр 5,8
де
��витр – норми витрат палива на 100км, л.
��пал.бак – об’єм паливного баку автомобіля;
«Необхідно порівняти витрати часу на заправку автомобіля паливом та
зарядки електромобіля. » [16].
«За технічними даними процес заправки автомобіля паливом на заправці
становить в середньому 5 хвилин. » [16].
«Для визначення оптимального співвідношення зарядних станцій до
електромобілів будемо використовувати наступну формулу» [16]:
��
�� а
ел = �� �� (3.4)
ел× з ел
��а ��з авт
де
��а - нормативне значення кількості необхідних точок заправки автомобілів
паливом;
48
��ел – нормативне значення кількості необхідних точок заправки
електромобілів;
��ел – час заправки електромобіля, хв;
��з ел – середня кількість зарядок електромобіля за тиждень;
��а − час заправки автомобіля паливом, хв;
��з авт – середня кількість заправок автомобіля за тиждень.
1200
��ел = ≈ 31
30 1,3
×
5 0,2
«Тобто, це означає, що норма не менше однієї електричної зарядної станції
3-го рівня на 31 електромобіль.» [16].
49
4 ПРИКЛАД ПРОЕКТУВАННЯ МЕРЕЖІ ЗАРЯДНИХ СТАНЦІЙ
ДЛЯ ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ
4.1 Вибір вихідних даних
Як приклад бажано розглянути частину міста, щоб показати ефективність
техніки. Надалі таким чином можна розглядати місто в цілому.
Для демонстрації методики був обраний Південно-Західний район міста
Черкаси.
Рисунок 4.1 - Мапа Південно-Західного району міста Черкаси
Населення Південно-Західного району міста Черкаси складає 55000 осіб.
Відповідно до 3.1.2, 4,03 % населення відповідає портрету споживача. Таким
чином, ми отримаємо прогнозований парк електромобілів 2216 шт. до кінця
розрахункового періоду.
Відповідно до п.3.1.2 норма не менше однієї електричної зарядної станції 3-
го рівня на 31 електромобіль, то для якісного забезпечення потреб населення
необхідно мати в Південно-Західному районі міста 71 зарядне місце.
Згідно з рис. 3.9, отримаємо наступну структуру мережі (табл. 4.1).
50
Таблиця 4.1 – Прогнозована структура мережі зарядних станцій для
електромобілів в Південно-Західному районі м. Черкаси
Місце Кількість
Житлові райони 30
Торгові центри 14
Фітнес-центри 10
Ресторани, кафе і т.п. 8
На відкритому повітрі 5
Театри, кінотеатри 4
Підсумок 71
Мапа існуючих зарядних станцій міста Черкаси представлена на рис. 4.2
Рисунок 4.2 - Мапа існуючих зарядних станцій міста Черкаси
Рисунок 4.3 - Мапа існуючих зарядних станцій Південно-Західного району
м. Черкаси
З рис.4.3 видно, що на даний момент в Південно-Західному районі міста
Черкаси є 3 зарядні станції. Якщо врахувати, що на кожній зарядній станції є 3
місця для електромобілів, то це означає, на сьогоднішній день забезпечено 9
51
зарядних місць. Тобто необхідно предбачити ще 17 зарядних станцій по 3 місця
в Південно-Західному районі для якісного забезпечення потреб жителів в 2025
році.
4.2 Зарядні станції, розташовані в житлових районах
В Південно-Західному районі м. Черкаси більшу частину площі займають
житлові квартали. Неможливо заздалегідь передбачити, в якій частині району
буде жити найбільша кількість споживачів. Таким чином, головне завдання -
охопити найбільшу територію і правильно розподілити зарядні станції.
Крім того, необхідно враховувати відстань до зарядних станцій,
встановлених на інших об'єктах, для кращого розподілу ресурсів, розширення
доступності зарядних станцій і покриття найбільшої площі.
Запропонований варіант розподілу зарядних станцій в житлових районах
Південно-Західного району представлений на рис. 4.4.
Рисунок 4.4 - Варіант розподілу зарядних станцій в житлових районах
Південно-Західного району м. Черкаси
Відповідно до нашого розрахунку, біля торгівельних центрів необхідно
забезпечити 14 зарядних місць. Це означає, що необхідно передбачити 4 зарядні
52
станції. В результаті аналізу торгівельних центрів, було прийнято рішення
розташувати 4 зарядні станції біля наступних торгівельних центрів:
1. Торгівельний центр «Епіцентр», що знаходиться за адресою: м. Черкаси,
вул. 30-ча Перемоги, 29.
2. Супер маркет «Делікат», що знаходиться за адресою: м. Черкаси, вул.
Сумгаїтська, 39.
3. Супер маркет «Файно-маркет», що знаходиться за адресою: м. Черкаси,
вул. Руставі, 13.
4. Супер маркет «Делікат», що знаходиться за адресою: м. Черкаси, вул. 30-
ча Перемоги, 2.
Варіант розподілу зарядних станцій з врахуванням торгівельних центрів
Південно-Західного району м. Черкаси показано на рис. 4.5.
Рисунок 4.5 - Варіант розподілу зарядних станцій з врахуванням торгівельних
центрів Південно-Західного району м. Черкаси
Для забезпечення потреб в зарядці електромобілів біля фітнес-центрів,
необхідно розташувати 10 місць в Південно-Західному районі, тобто хоча б 3
зарядні станції.
Було прийнято рішення розташувати зарядні станції біля наступних фітнес-
центрів:
53
1. Фітнес-центр «Sport-Life», що розташовується за адресою: м. Черкаси,
вул. Ярославська, 7/1.
2. Роллердром Happy Land, що розташовується за адресою: м. Черкаси,
вул. Сумгаїтська, 10.
3. Athletic Club Tone, що розташовується за адресою: м. Черкаси, вул. 30-
ча Перемоги, 70.
При проектуванні мережі необхідно враховувати не тільки зарядні станції
на окремих об'єктах, але і загальну міську мережу. Необхідно уникати повторної
установки зарядних станцій на другорядних об'єктах і «зміцнення» мережі в
ключових найбільш відвідуваних точках.
Варіант розподілу зарядних станцій з врахуванням фітнес-центрів
Південно-Західного району м. Черкаси показано на рис. 4.6.
Рисунок 4.6 - Варіант розподілу зарядних станцій з врахуванням фітнес-центрів
Південно-Західного району м. Черкаси
Ще одним об’єктом, який користується популярністю у черкащан є кафе та
ресторани. Відповідно до наших розрахунків, біля ресторанів необхідно
розмістити 8 зарядних місць, тобто хоча б 2 зарядні станції по 4 зарядних місця.
Очевидно, що в сучасних умовах існує безліч точок швидкого харчування і
охопити такою кількістю зарядних станцій всі точки харчування просто
неможливо.
54
При цьому необхідно оцінити розвиток міста за допомогою точок
харчування, визначити ключові моменти з найбільшою концентрацією і
забезпечити їх покриття мережею зарядних станцій.
В ході аналізу території Південно-Західного району було обрано наступні
кафе та ресторани:
1. Bakery пекарня-кав'ярня, що розташовується за адресою: м. Черкаси, вул.
Маршала Батіцького, 10.
2. Кафе JACOP'S PUB&GRILL м. Черкаси, вул. Олени Теліги 1.
Варіант розташування зарядних станцій з врахуванням кафе та ресторанів
Південно-Західного району м. Черкаси показано на рис. 4.7.
Рисунок 4.7 - Варіант розташування зарядних станцій з врахуванням кафе та
ресторанів Південно-Західного району м. Черкаси
Відповідно, до опитування черкащан, було визначено, що є потреба розташувати
зарядні станції біля театрів або кінотеатрів. В Південно-Західному районі
найпопулярніше місце, де проходять заходи такого роду є «Черкаський палац
молоді», що розташовується по вул. Сумгаїтська, 12. Варіант розташування
зарядних станцій з врахуванням даного об’єкту представлено на рис. 4.8.
Також розташування зарядних станцій на відкритому повітрі, тобто в парках,
зоопарках є теж актуальним. Необхідно оцінити місця відпочинку на природі.
Під відпочинком на природі розуміється можливість займатися спортом на
природі, майданчик для барбекю. Тому було прийнято рішення розташувати 2
55
зарядні станції біля Черкаського зоопарку – вул. Смілянська,132 та біля парку
Перемоги – вул. Смілянська ,132/3. Варіанти розташування зарядних станцій з
врахуванням парків приведено на рис. 4.9.
Рисунок 4.8 - Варіант розташування зарядних станцій з врахуванням театрів або
кінотеатрів Південно-Західного району м. Черкаси
Рисунок 4.9 - Варіант розташування зарядних станцій з врахуванням з
врахуванням парків Південно-Західного району м. Черкаси
56
4.3 Оцінка вартості проекту
«Компанія AE Charge Point виготовляє домашні та комерційні зарядні
станції для електромобілів з 2014 року. Дана продукція постачається в США,
Канаду, Латинську Америку, Україну, Європу, Ізраїль та всі інші країни» [17].
Проста зарядна станція, яка підходить для використання вдома чи на
підприємстві та має роз’єми Type 2, Type1, GB, максимальною потужністю АС-
43kW коштує від 399 €. Установка даної станції коштує ще 400 €.
Тому для облаштування 71 зарядного місця в Південно-Західному районі м.
Черкаси необхідно витратити:
71 ∗ 800 = 56800 €
При поступовій реалізації цього варіанту установки зарядних станцій
протягом наступних 3 років річні витрати складуть близько 18933 €.
Можна зробити висновок, що перша версія мережі зарядних станцій для
електромобілів вигідна як з точки зору матеріальних вкладень, так і з точки зору
зайнятої корисної площі міських паркувальних місць.
Адміністрація міста Черкаси може бути зацікавлені в реалізації цього
проекту в умовах програми розвитку міста. Це пов'язано з тим, що в результаті
реалізації цього проекту очікується поліпшення екологічної ситуації міста,
отримання прибутку від зарядки електромобілів і продажу нових електромобілів
автосалонами.
57
ВИСНОВКИ
В ході роботи була зроблена оцінка світового та українського парку
електромобілів, можна зробити висновок, що Україна значно відстає від
найрозвиненіших країн. Відставання також можна відзначити в області зарядної
інфраструктури.
Країни з найбільш розвиненою зарядною інфраструктурою мають більший
парк електромобілів. З цього випливає, що створення зарядної інфраструктури
сприяє зростанню парку електромобілів.
Створення мережі зарядних станцій вимагає складних методів розрахунку і
проектування. Існуючі методи розрахунку параметрів мережі зарядних станцій
мають ряд недоліків. Ці недоліки враховуються в процесі роботи,
запропонований спосіб є простішим та ефективнішим, завдяки тому, що він
повністю враховує технічні параметри мереж зарядних станцій та побажання
споживачів.
В ході роботи:
- визначено основні параметри мережі зарядних станцій;
- розроблено методику визначення перспективної кількості парку
електромобілів;
- розроблено методику визначення кількості електромобілів на одну точку
зарядки;
Використовуючи розроблені методи:
- зроблено прогноз збільшення парку електромобілів;
- визначено місця встановлення зарядних станцій та тип зарядних станцій.
Для грамотного проектування розташування зарядних станцій для
електромобілів виконано комплексний підхід до визначення параметрів мережі
зарядних станцій. Виконано прогноз змін в автопарку електромобілів в
досліджуваному регіоні. При відсутності довгострокових статистичних даних
було використано соціологічне опитування з подальшою компіляцією портрета
споживача.
58
Крім того, було визначено структуру зарядної мережі, а саме види зарядних
станцій і необхідну кількість зарядних станцій. У зв'язку з відсутністю норм для
необхідної кількості зарядних станцій і встановлених державою правил
проектування зарядної мережі було прийнято рішення адаптувати норми
кількості АЗС і використовувати їх для зарядних станцій.
Визначено потенційну кількість електромобілів у місті Черкаси на
майбутнє, та на її основі спрогнозовано кількість зарядних станцій та місця їх
розташування в Південно-Західному районі м. Черкаси.
59
Перелік джерел посилання
1. Friansa, Koko, Irsyad Nashirul Haq, Bening Maria Santi, Deddy Kurniadi,
Edi Leksono, and Brian Yuliarto. ”Development of Battery Monitoring
System in Smart Microgrid Based on Internet of Things (IoT).” Procedia
engineering 170 (2017): 482-487.
2. Prabhdip Singh Rayat,Technicity Project Report,”Defining Electric Vehicle
Charging Infrastructure for smart cities using IoT.Page Defining Electric
Vehicle Charging Infrastructure for Smart Cities using IOT and Smart Sensors
Technicity”,2015.
3. Khajenasiri, Iman, Abouzar Estebsari, Marian Verhelst, and Georges Gielen.
”A review on Internet of Things solutions for intelligent energy control in
building
4. Asif Faiz; Christopher S. Weaver; Michael P. Walsh (1996). Air Pollution
from Motor Vehicles: Standards and Technologies for Controlling Emissions.
World Bank Publications. p. 227. ISBN 978-0-8213-3444-7.
5. Електронна бібліотека [електронний ресурс]: "EU policy-makers seek to
make electric transport a priority". Reuters. 2015-02-03. Режим доступу до
ресурсу.:https://www.reuters.com/article/us-eu-
transportationelectriccarsidUSKBN0L71I720150203
6. Гібридні автомобілі / О.В. Бажинов, О.П. Смирнов, С.А. Сєріков та ін.;
за заг. ред. О.В. Бажинова. – Х.: ХНАДУ, 2008. – 328 с.
7. International Energy Agency: https://www.iea.org/areas-of-
work/programmes-and-partnerships/the-iea-mobility-model
8. [Електронний ресурс]: Zap-Map. Режим доступу до ресурсу.:
https://www.zap-map.com/charge-points/connectors-speeds/.
9. Коряшкіна Л. С. Визначення оптимальної кількості та місць розміщення
зарядних станцій для електромобілів на території міста / Л. С. Коряшкіна,
О. Р. Бєляєв // Комп'ютерне моделювання: аналіз, управління,
60
оптимізація. - 2019. - № 1. - С. 23-29. - Режим доступу:
http://nbuv.gov.ua/UJRN/kmauo_2019_1_6
10. Du A, Hu Z, Song Y, Wu JY. Distribution network planning considering
layout optimization of electric vehicle charging stations. Power system
technology. 2011;2(11):35-42.
11. K. Morrow, D. Karner and J. Francfort, “Plug-in hybrid electric vehicle
charging infrastructure review”, US Department of Energy-Vehicle
Technologies Program, (2008).
12. H. Gao, Y. Huo and Y. Luo, “Optimization Model of the Public EV Charging
Station Distribution in City”, International Conference on Transportation
Engineering, ASCE, (2009), pp. 3166-3171.
13. T. Sweda and D. Klabjan, “An agent-based decision support system for
electric vehicle charging infrastructure deployment”, Vehicle Power and
Propulsion Conference (VPPC), IEEE, (2011), pp. 1-5.
14. A. Ip, S. Fong, E.Liu. Optimization for allocating BEV recharging stations in
urban areas by using hierarchical clustering Electric and hybrid vehicles design
fundamentals; CRC Press, Taylor & Francis e-Library, 2005.
15. Містобудування. Планування і забудова міських і сільських поселень
ДБН 360-92.
16. Тарандушка Л.А. Методика розрахунку необхідної кількості зарядних
станцій для електромобілів в м. Черкаси / Л.А. Тарандушка, С. Курко,
І.П. Тарандушка / Збірник тез доповідей студентської науково-
практичної конференції ЧДТУ : 19–22 квітня 2022 р. [Електронний
ресурс] / М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. –
Черкаси : ЧДТУ, 2022. – С. 95-96.
17. https://autoenterprise.ua/ua?from-popup
61