Nghiên cứu mô hình sạc năng lượng cho xe điện và phương án bố trí mô hình trên đường phục vụ du lịch tại thành phố Đà Nẵng
110
Phạm Minh Mận
NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH SẠC NĂNG LƯỢNG CHO XE ĐIỆN
VÀ PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ MÔ HÌNH TRÊN ĐƯỜNG PHỤC VỤ DU LỊCH
TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
AN INVESTIGATION INTO A MODEL FOR SUPPLYING POWER
TO ELECTRIC VEHICLESAND OPTIONS FOR PLACING MODELS IN STREETS
FOR TOURISM IN DANANG CITY
Phạm Minh Mận
Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng; [email protected]
Tóm tắt - Việc xây dựng mô hình cung cấp năng lượng sử dụng
năng lượng mặt trời cho xe điện đóng vai trò lớn và ý nghĩa quan
trọng cho các phương tiện phục vụ du lịch xanh tại Đà Nẵng. Bài
báo đã phân tích quá trình tối ưu các phương án cung cấp năng
lượng để nạp điện cho xe điện trong thời gian ngắn nhất và tiết
kiệm năng lượng nhất. Mô hình đã được chế tạo và bố trí theo các
phương án tại các điểm dừng của xe điện trong thời gian vận
chuyển khách tại thành phố Đà Nẵng. Kết quả sau khi tối ưu các
phương án đã đưa ra các thông số của năng lượng để so sánh và
đánh giá được nhu cầu sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp
cho xe điện trong tương lai. Bài báo cũng đã đưa ra các giải pháp
trong quá trình cung cấp năng lượng cho xe điện để tiết kiệm năng
lượng và giảm ô nhiễm môi trường góp phần phát triển bền vững
trong vấn đề giao thông sạch trong cả nước.
Abstract - One of the most crucial issues in promoting green
tourism in Danang City is building models of supplying power from
the sun to electric vehicles. The paper analyses the optimization of
options of supplying power to electric vehicles in the shortest
possible time and in the most economical way. Models are
established and placed differently according to stops of electric
vehicles transporting tourists in Danang City. Results obtained
from the optimization of the options showed power parameters to
compare and assess demands for solar power used for electric
vehicles in the future. The paper also gives several suggestions
about the process of powering electric vehicles to gain energy
efficiency and reduce environmental pollution to ensure
sustainable development of clean transportation in the whole
country.
Từ khóa - Xe điện; hiệu quả năng lượng; năng lượng mặt trời; du
Key words - electric vehicle; energy efficiency; solar power; green
lịch xanh; giảm ô nhiểm môi trường
tourism; reduce environmental pollution
cho ắc quy của xe điện cũng được chú trọng gần đây bởi
các nhà khoa học Việt Nam [4], nhằm phát triển xe điện
không ô nhiểm môi trường cho ngành du lịch vận chuyển
hành khách không khói thải. Nguồn năng lượng mặt trời là
nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và
rất dồi dào, nó có khả năng ứng dụng nhiều trong ngành
công nghiệp giao thông trong tương lai gần. Để phân tích
đánh giá các phương án bố trí một cách tối ưu, chúng tôi
cũng tìm được các mối liên quan giữa nhu cầu sử dụng
năng lượng mặt trời để cung cấp cho xe điện và phân tích
ảnh hưởng của xe điện thông qua số lượng xe điện được
sạc điện cũng như các cơ sở hạ tầng đáp ứng nhu cầu về
năng lượng trong khi nghiên cứu và khảo sát. Để thể hiện
nỗi bậc nhu cầu nguồn năng lượng mặt trời cung cấp cho
hệ thống xe điện tại thành phố du lịch- thành phố Đà Nẵng.
Bài báo không những tiến hành phân tích nhu cầu về năng
lượng mặt trời kết hợp lưới điện trong nhà để nạp cho xe
điện mà còn đưa ra những giải pháp hữu ích bằng các
phương án bố trí được tối ưu để giảm ô nhiểm môi trường
và tiết kiệm năng lượng.
1. Giới thiệu
Trên thế giới một số nước sử dụng nguồn năng lượng
mặt trời để lưu trữ và cung cấp năng lượng cho các hoạt
động công nghiệp và phát triển, kết hợp nghiên cứu để ứng
dụng trong sinh hoạt và phục vụ đời sống con người. Các
nước khác cũng đưa vào sử dụng các tấm pin năng lượng
mặt trời có khả năng tích trữ nguồn năng lượng lớn sẵn có
từ ánh sáng mặt trời như Úc, Canada, Mỹ, Hàn Quốc,
Singapore, để phục vụ và cung cấp năng lượng cho thiết bị
giao thông vận tải, mà nhất là xe điện hoặc xe lai điện.
Những nghiên cứu trước đây cũng trình bày xe điện được
nạp điện từ nhiều nguồn khác nhau sau khi tích trữ như:
gió, mặt trời, địa nhiệt, trạm sạc công cộng sử dụng nguồn
năng lượng mặt trời, hay tại lưới điện của các tòa nhà, hoặc
các khu làm việc là khá tốt và thu hút nhiều nhà đầu tư cũng
như các nhà khoa học thực hiện các bước ứng dụng để tiết
kiệm năng lượng [1, 2].
Bên cạnh đó, trong một số nghiên cứu khác như [3]
cũng phân tích tiềm năng để triển khai nguồn năng lượng
mặt trời, hoặc gió, hoặc là kết hợp trên các bãi đậu xe ô tô
tại các nước khối EU của Châu Âu. Tất cả những nghiên
cứu này đã chỉ ra một mối quan hệ lẫn nhau về các nhu cầu
sử dụng năng lượng của các loại phương tiện giao thông
2. Đánh giá nhu cầu về năng lượng và xe điện
2.1. Nguồn năng lượng sạch tại Việt Nam
Khi nói đến các nguồn năng lượng sạch tại Việt Nam
thay thế trong tương lai, mà chủ yếu là xe điện không có thì phải nói đến các loại như các nguồn năng lượng từ mặt
khói thải. Mục tiêu được đưa ra trong bài báo là nghiên cứu trời, gió, sóng biển, hoặc năng lượng từ nhiên liệu thay thế
mô hình lý thuyết của hệ thống cung cấp năng lượng là các như biogas, biofuel, LPG, Biomas,... Trong bài báo, nguồn
trạm sạc từ năng lượng mặt trời góp phần bảo vệ môi năng lượng sạch được nói đến là năng lượng mặt trời,
trường và tiết kiệm năng lượng (được bố trí theo các nguồn năng lượng này có tại hầu hết các khu vực trung tâm
phương án khác nhau). Tại thành phố Đà Nẵng, nhu cầu của Việt Nam và thay đổi liên tục thời gian 24h trong ngày
năng lượng và dự trữ để cung cấp năng lượng từ mặt trời dưới sự chuyển động của mặt trời, các đám mây, cũng như
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2
111
dựa vào mùa có 12 tháng trong năm.
Ở Việt Nam, với nguồn năng lượng mặt trời, hàng năm
có đến 5000 giờ nắng, mật độ trung bình có thể đạt được
100 đến 175 kcal/cm2/ năm, tạo ra tổng lượng năng lượng
mặt trời lên đến hơn 1744.5 kWh/m2/năm. Các giá trị của
bức xạ mặt trời được sử dụng cho các tấm pin mặt trời đã
Hình 2. Xe điện phục vu du lịch tại thành phố Đà Nẵng
được thảo luận tại ba thành phố lớn của Việt Nam trong
báo cáo [4] được thể hiện trong Hình 1.
Theo khảo sát nghiên cứu của các nước cho thấy khả
năng phát triển xe điện là rất lớn, nếu dùng nguồn năng
lượng sạch là mặt trời hay lưới điện kết hợp như trong báo
cáo [6, 8] để cung cấp và sạc điện cho ắc quy dự trữ. Với
nguồn động lực chính của xe điện là động cơ điện, các ắc
quy được cung cấp điện từ một trong hai nguồn tương ứng
với các điều kiện khác nhau: thứ nhất là nguồn điện từ lưới
điện lấy từ những khu nhà nghỉ, nơi mà hệ thống xe điện
được tập trung về nạp điện trong khoảng thời gian những
người lái xe không làm việc (khoảng 11 giờ tối đến 6 giờ
sáng hàng ngày); thứ hai là nguồn điện sạc từ lưới điện sạch
sử dụng năng lượng mặt trời tại những nơi công cộng (nơi
có lắp các trạm sạc công cộng được sạc trong khoảng thời
gian còn lại).
Hình 1. Ánh sáng và bức xạ từ mặt trời tại Đà Nẵng so với
Bảng 1. Đặc điểm chính của các bộ phận trên xe điện
thành phố ở hai đầu đất nước [4]
Đặc tính
Động cơ điện
Thông số
1000 W/48 V brush DC
7–12 kWh/100 km
30 Km/h
Ánh sáng và bức xạ năng lượng mặt trời tại ba thành phố
lớn là Hà Nội, Đà Nẵng và thành phố Hồ Chí Minh được thể
hiện với giá trị khác nhau. Năng lượng mặt trời được sử dụng
một cách ngẫu nhiên dưới sự phụ thuộc vào quá trình thay đổi
của thời tiết trong năm. Với địa bàn thành phố Đà Nẵng, bức
xạ mặt trời và ánh sang mặt trời cũng chiếm lượng lớn vào các
tháng từ tháng tư đến tháng tám. Việc sử dụng năng lượng mặt
trời vào mục đích cung cấp năng lượng cho xe điện được thực
hiện trong những mùa nắng nóng tại các khu vực có sử dụng
phương tiện này.
Năng lượng
Tốc độ lớn nhất
Tổng khối lượng
Kích thước tổng thể
Khoảng cách sạc
30 kg
3.0 m× 1.4m × 2.0 m
Gần nhất đến 100 km
Các thông số chung của một số chi tiết trong xe điện
được thể hiện trong Bảng 1. Với giá trị cho phép làm việc
của động cơ điện là 1000 W và dòng điện định mức là 18A,
dòng điện từ ắc quy được dự trữ sau khi sạc từ hai nguồn
khác nhau trong thời gian tính toán ban đầu là 10h và thời
gian sử dụng của một lần sạc đi được tối đa 100 km để đạt
được yêu cầu sử dụng trong các tuyến đường du lịch.
2.2. Xe điện phục vụ du lịch tại Đà Nẵng
Bên cạnh các loại phương tiện giao thông truyền thống,
các loại khác sử dụng năng lượng kết hợp hay duy nhất
nguồn điện. Xe điện phục vụ du lịch, nguồn điện chủ yếu
là từ ắc quy. Trong suốt thời gian di chuyển với quãng
đường đi tương ứng, quá trình lưu trữ điện năng được tích
trữ tại các ắc quy sau khi mắc nối tiếp hoặc song song. Đối
với các nước phát triển, xe điện được chú trọng sử dụng
năng lượng sạch và thân thiện với môi trường [5]. Bên cạnh
đó, quá trình sạc cho xe điện cũng được đảm bảo trong
khoảng thời gian nhất định và năng lượng đủ lớn để đáp
ứng nhu cầu cho người sử dụng trong suốt thời gian vận
chuyển tương ứng với quãng đường cần thiết.
Bảng 2. Đặc điểm chính của ắc quy trên mỗi xe điện
Đặc tính
Điện thế
Thông số
12 V × 4 pcs (48 V)
120 Ah
Cường độ
Năng lượng
Khối lượng
Thời gian sạc
Dòng điện sạc
5.760 kWh
160 kg
Hình 2 thể hiện hình ảnh một số loại xe điện được sử
dụng phục vụ chở khách du lịch trong các thành phố lớn
của Việt Nam, trong đó có Đà Nẵng. So với các loại xe
thông thường sử dụng động cơ, xe điện có cấu tạo đơn giản
như các bộ phận: bánh xe trước, capo trước, kính chắn gió,
cửa, ghế ngồi, capo, bánh xe sau, gương chiếu hậu, đèn
pha, đèn xi nhan và thậm chí có đủ các bộ phận của các hệ
thống liên quan như những ô tô khác,… Tuy nhiên, nguồn
động lực chính là động cơ điện, đó là nơi tiếp nhận nguồn
năng lượng chủ yếu được lưu trữ từ ắc quy và cung cấp cho
xe chuyển động trong suốt quá trình hoạt động theo quảng
đường cho phép.
6–8 h
18 A
Các phương án nghiên cứu để bố trí xây dựng trạm sạc
điện trên các tuyến đường nơi công cộng hoặc tại các khu
nhà nghỉ kế gần nhau với khoảng cách cho phép. Dung
lượng của các ắc quy được sử dụng theo tiêu chuẩn, và
được chọn từ loại bình Li-ion có hiệu điện thế 12 V và dung
lượng 100 AH như Bảng 2. Để đảm bảo nguồn điện cung
cấp cho động cơ điện hoạt động là 48 V thì trong mỗi xe
điện có 4 bình ắc quy được mắc nối tiếp nhau hoặc các khối
ắc quy được mắc song song để bổ sung thời gian cung cấp
112
Phạm Minh Mận
năng lượng trong đoạn đường dài hơn 100 km tùy theo khả sạc cho ắc quy bên trong xe điện theo các thông số như: số
năng vận chuyển số lượng khách của xe.
lượng xe, số lượng ắc quy, thời gian ra vào sau khi làm việc
và cung cấp năng lượng. Những điều kiện ban đầu được tối
ưu hóa là số lượng lớn xe điện hoạt động trong suốt thời
gian được cung cấp năng lượng, các giá trị của các thông
số như: số lượng xe được nạp năng lượng tại các nơi có
trạm sạc, thời gian sạc cho số lượng ắc quy có trong xe,
thời gian cao điểm khi các xe điện đến nơi sạc và rời đi sau
khi được cung cấp đầy năng lượng là những giá trị được
thống kê làm cơ sở lý thuyết.
2.3. Thiết lập mô hình cung cấp năng lượng cho xe điện
Điểm xuất phát để lấy năng lượng cho xe điện phục vụ
du lịch tại thành phố Đà Nẵng được cung cấp với nguồn
điện từ ổ cắm điện có nguồn điện từ tòa nhà (lưới điện)
hoặc các trụ sạc công cộng, nơi được bố trí sử dụng nguồn
năng lượng sạch (năng lượng mặt trời). Mô hình cung cấp
năng lượng cho xe điện được thực hiện và thí nghiệm tại
xưởng ô tô của trường Cao đẳng Công nghệ, với việc sử
dụng tấm pin năng lượng mặt trời để thu năng lượng và kết
hợp với lưới điện sẵn có để kết nối và cung cấp cho ắc quy
như Hình 3. Với kết cấu của tấm pin năng lượng mặt trời
có kích thước (400 mm x 400 mm); đường kính của trụ
cung cấp năng lượng 200 mm; chiều dài tổng cộng của trụ
là 1200 mm; kích thước của đế trụ (400 mm x 400 mm x
20 mm); bên trong được bố trí 4 ắc qui và bộ lưu trữ năng
lượng được điều khiển bán tự động để chọn chế độ nguồn
năng lượng khi cần thiết.
Mọi cơ sở đánh giá ban đầu được xuất phát từ quá trình
phân phối số lượng xe điện và thu nhận vào để sạc tại những
nơi cung cấp điện, trong phân bố xác suất được dựa theo
phương pháp của Gaussian và thông kê tối ưu theo phương
pháp Taguchi. Các giá trị trung bình và phương sai của quá
trình phân phối được xây dựng phù hợp với điều kiện và các
số liệu cho phép từ khu vực khảo sát khi dùng xe điện phục
vụ trên các tuyến đường vận chuyển theo quy định.
3.1.1. Thuyết tối ưu trên cơ sở mô hình cung cấp năng
lượng trong quá trình sạc
Trong bất kỳ thời gian (t) nào đó được khảo sát, số
lượng xe điện (S) đã và đang được tập trung vào nơi nạp
điện để sạc ắc quy trong khoảng thời gian (t) đó. Để xác
định được số lượng xe điện tập trung vào và rời khỏi trạm
sạc đặt tại nơi công cộng hoặc lưới điện sử dụng trong
khoảng thời gian (t), thì tập hợp các phần tử của các xe điện
được xem xét, đồng thời tổng thời gian sạc điện khi đến và
dừng lại trong khoản thời gian là (t-1) và (t) được xác định
bởi các công thức theo báo cáo [8].
b. Tấm Pin mặt trời
ꢀ
ꢀ
∑
( ) ( )
∑
Sꢀ = ꢆꢇꢈ Sđã ꢁừꢂꢃ k − ꢆꢇꢈ Nꢄờꢅ k
(1)
c. Bộ chuyển đổi
Trong đó: t là thời gian được xác định để xe tập trung
và rời khỏi nơi sạc, S là số lượng xe được xác định trong
( )
các trường hợp khác nhau và: Sꢄờꢅ k = ∗ ꢉa: k − 1 <
( )
Tꢁừꢂꢃ a + Tđỗ(a) ≤ kꢊ. Số phần tử của một tập hợp được
( )
thực hiện trong các trường hợp như: Sđã ꢁừꢂꢃ t là số xe
a. Mô hình thực tế cung cấp năng
lượng cho xe điện được chế tạo
d. Bộ kết nối ắc quy
( )
điện đã tập trung vào sạc trong thời gian t-1 và t, Nꢄờꢅ t là
số xe điện rời sau khi sạc trong thời gian t-1 và t, Tꢁừꢂꢃ, Tđỗ
là thời gian tương ứng khi xe dừng lại và thời gian xe sạc
Hình 3. Mô hình cung cấp năng lượng cho xe điện
Thời gian sạc là lúc xe điện ngừng chở hành khách hoặc
đậu đỗ đúng thời điểm cung cấp năng lượng theo quy định
(được nghiên cứu trong các phương án bố trí của bộ sạc).
Các giai đoạn sạc điện dựa theo các phương pháp nghiên
cứu trước đó của báo cáo [7]. Nguồn năng lượng mặt trời
cung cấp cho xe điện được xây dựng trên cơ sở phân phối
dòng điện và lựa chọn theo thời gian từ hai nguồn khác
nhau để cung cấp đến các ắc quy, hai nguồn điện nạp cho
ắc quy là năng lượng duy nhất không có khí thải trong quá
trình sử dụng. Mô hình này có nhiều ưu điểm và có khả
năng cạnh tranh cao đến nhu cầu sử dụng năng lượng trên
phương tiện giao thông vận tải du lịch như xe điện của Đà
Nẵng.
( )
điện, Sđã ꢁừꢂꢃ t , Tđỗ(t) được xác định bằng cách sử dụng
chức năng phân phối xác suất thống kê được khảo sát từ
chỗ sạc xe điện.
Tại khu khảo sát, thực tế hệ thống xe điện được kiểm
soát trong ngày bởi những người quản lý, các xe điện tập
trung về nơi cung cấp điện duy nhất trong khoản thời gian
11 giờ đêm đến 6 giờ sáng. Nhưng không có xe nào về trạm
sạc sau 10 giờ đêm, do đó giá trị trung bình của phân phối
là 10 giờ đêm đến 6 giờ sáng. Ngoài ra, các phân bố xác
suất về nhu cầu năng lượng cần sạc cho ắc quy của hệ thống
xe điện đi vào bên trong khu vực đỗ xe phụ thuộc vào dung
lượng nạp của ắc quy Cắc quy và đoạn đường các xe di
chuyển trong suốt một ngày 24 giờ trong ngày. Năng lượng
của một xe điện khi đi vào khu vực đỗ xe để sạc ắc quy
3. Thiết lập phương án bố trí mô hình cung cấp năng
lượng cho xe điện phục vụ du lịch
( )
được quy định bởi phương trình sau: Qꢂꢋꢌ ꢍầꢌ i =
( ) {
( )}
Cắꢍ ꢎꢌꢏ i . Cꢐꢑꢒ − C i với, Cắc quy là sức chứa của ắc quy
kWh, C phần trăm sức chứa của ắc quy, Cmax là giá trị phần
trăm lớn nhất để sạc cho ắc quy, Qnhucầu là năng lượng yêu
cầu sạc cho xe điện trong thời gian i.
3.1. Xây dựng cơ sở lý thuyết dựa vào phương án bố trí
mô hình cung cấp năng lượng
Mô hình cung cấp năng lượng cho xe điện du lịch trên
địa bàn thành phố Đà Nẵng được đánh giá qua quá trình
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2
113
Việc xác định lượng điện cung cấp từ năng lượng mặt
trời hay lưới điện trong nhà cho ắc quy trong xe điện theo
phương pháp điều khiển được ứng dụng theo các nghiên
cứu trước đây như trong báo cáo [9], nó được xét đến tại
những nơi tập trung xe điện của các khu nghỉ mát, hoặc nhà
ở. Trong chiến lược kiểm soát chế độ của xe điện, chỉ có
năng lượng của ắc quy được sử dụng để cung cấp năng
lượng chính cho động cơ điện cần thiết cũng như năng
lượng được sạc vào theo yêu cầu. Dựa vào các tiêu chuẩn
và yêu cầu cũng như các giới hạn cho phép trong điều kiện
biên, hàm lượng và điện năng cần thiết một giả thuyết hợp
lý bởi các xe điện được thực hiện trong việc kiểm soát khả
năng sử dụng và quản lý năng lượng khi chúng hoạt động
ra và vào nơi được cung cấp năng lượng, do đó, C =
Max ꢓCꢐꢅꢂ, Cꢐꢑꢒ − Cꢐꢅꢂ ꢕꢔꢖ, với; R là tổng số xe điện
(
)
Hình 4. Sơ đồ bố trí mô hình sạc điện theo các tuyến đường đi
được ước lượng đi ra và vào trong thời gian sạc, L là
khoảng cách của các trạm sạc điện cho xe trên đoạn đường
công cộng và Cmin là giá trị nhỏ nhất cho phép của C trong
của xe điện du lịch ở Đà nẵng
Mô hình sạc điện được bố trí tương ứng với tổng số
lượng xe điện trên địa bàn thành phố được triển khai để
phục vụ khách du lịch, xe điện được cung cấp với phương
án đầu tiên là những chỗ hay tập trung và là khu vực khách
có thể dừng chân để thăm quan nhiều nhất để có thời gian
nạp điện.
(
)
một khoản thời gian sạc tối thiểu. PrꢉCꢗꢊ = Pr dꢘ ; Cꢗ >
∑
= ꢁꢙꢚ Pr d ; Cj = Cmin với, (dꢘ =
( )
Cꢐꢅꢂ
ꢛ ꢕ(ꢅ)
ꢜ
ꢘꢝꢛꢐꢅꢂ(ꢅ)). Thời gian sạc là tối thiểu được xác định giữa
thời gian đậu xe cần thiết cho toàn bộ thời gian dừng lại
3.2. Kết quả tối ưu quá trình sạc cho xe điện trong điều
kiện sử dụng hai nguồn năng lượng
như được đưa ra bởi phương trình; Ti
=
ꢠ
MinꢞTđậꢌ ꢒꢟ i , ꢡꢢꢣ ꢤầꢣ (ꢥ)ꢩ và giá trị năng lượng sạc cho
( )
ꢦꢧꢨꢈ
Để tìm điểm tối ưu, bài báo đã sử dụng hai thuật toán
tương ứng để kiểm soát thời gian sạc của mỗi xe cần thiết
trong quá trình hoạt động của xe theo các điều kiện cho
phép của phương pháp.
bình ắc quy trong mỗi giờ được cho bởi công thức [8]:
5760 t ≤ k < ꢬ + T
ꢅ
(
)
(
)
Q
ꢂꢋꢌ ꢍầꢌ − 5760 Tꢂ − 1
Eꢪạꢍ đꢅệꢂ i, k = ꢫ
(2)
0 trường hợp khác
3.2.1. Quá trình sạc điện trong điều kiện tối ưu không có
thông số kiểm soát
Với k = t + Tꢂ
Nhu cầu năng lượng cung cấp cho ắc quy của xe điện
được tính là tổng năng lượng sạc được vào mỗi xe điện
được ra và vào nơi cung cấp năng lượng và theo công
∑
(
)
thức: Eꢪạꢍ total (t) = ꢐꢇꢘ:ꢭ Eꢪạꢍ m, t ; t = 1: 24 giờ.
Với điều kiện cần thiết để sạc vào ắc quy là: 0 ≤
( )
Eꢪạꢍꢝꢀꢮꢀꢑꢯ t ≤ 5760. S (t)
( )
Eꢪạꢍꢝꢀꢮꢀꢑꢯ 0 =
và
( )
Eꢪạꢍꢝꢀꢮꢀꢑꢯ T = 0 thì giá trị cần thiết của năng lượng để sạc
cho ắc quy của tất cả các xe điện trong một ngày làm việc
được xác định theo công thức sau [8]:
(
)
( )
( )
Eꢪạꢍꢝꢀꢮꢀꢑꢯ t + 1 = Eꢪạꢍꢝꢀꢮꢀꢑꢯ t + ꢰꢱꢲꢳ ꢴầꢳ t −
( )
(Eꢐặꢀ ꢀꢄờꢅ ꢬ + Eꢯướꢅ đꢅệꢂ(t))∆u
(3)
3.1.2. Lập phương án bố trí mô hình cung cấp năng lượng
tại các tuyến đường tại Đà Nẵng
Hình 5. Mức năng lượng sạc cho ắc quy xe điện khi
không có kiểm soát
Bộ cung cấp năng lượng được bố trí tại các nơi khác nhau
trên các tuyến đường, với các khoảng cách khác nhau, thời
gian vận chuyển cho phép. Vì thế, để có thể phân tích thì
chúng ta chia ra hai trường hợp cụ thể là: dùng một xe điện
để sạc trong khoảng thời gian ra và vào, hơn nữa cũng xét
đến một số lượng xe điện để sạc theo thời gian khác nhau
sau khi làm việc trong ngày. Trong Hình 5, thời gian sạc cho
ắc quy của xe điện được xác định khác nhau, quá trình được
thực hiện trong bất cứ thời gian nào của 24 giờ trong ngày.
Giai đoạn sạc điện cho ắc quy, được xem xét là sạc cả ban
ngày (lúc đang hoạt động) và ban đêm (lúc xe tập trung về
nơi đậu đỗ). Các giá trị tiêu thụ của năng lượng cho cả ngày
lẫn đêm cũng được đánh giá dựa vào các nghiên cứu như
Sau khảo sát các tuyến đường phục vụ du lịch trên địa
bàn thành phố Đà Nẵng, các xe điện sử dụng năng lượng
mặt trời đang được triển khai để chở hành khách thăm quan
theo các tuyến đường quanh biển và khu vực phục vụ du
lịch của Thành phố. Cần đảm bảo cho xe điện hoạt động
trên địa bàn rộng, số lượng xe lớn, thời gian hoạt động liên
tục và quãng đường di chuyển dài hơn so với thời gian mà
năng lượng ắc quy trong xe điện hoạt động. Trên cơ sở của
bản đồ du lịch thành phố, trong Hình 4 đã đưa ra hai tuyến
đường là Nguyễn Tất Thành và Võ Nguyên Giáp để bố trí
mô hình cung cấp năng lượng cho xe điện với số lượng là
6 địa điểm, gần chỗ các hành khách dừng chân và xe điện
tạm nghĩ sau thời gian hoạt động.
114
Phạm Minh Mận
trong báo cáo [8].
ưu năng lượng điện từ các tòa nhà được sạc đạt đỉnh cao
hơn nhưng ngược lại khi có kiểm soát các thông số thì mức
sử dụng năng lượng mặt trời là lớn nhất.
Năng lượng mặt trời được chuyển đổi để đạt được kết
quả lớn nhất là lúc làm việc trên đường khoản 40 kW đến
50 kW và lưu trữ để cung cấp cho các xe điện nhiều hơn
vào ban ngày, tức là từ 6 giờ sáng đến 18 giờ tối hằng ngày.
Trong trường hợp này, khi cung cấp điện trong thời gian từ
lúc bắt đầu đến lúc đã đủ năng lượng cho ắc quy, số liệu
thống kê với khoảng thời gian tập trung hay đỗ xe Tđỗ (i)
và lượng năng lượng điện được sạc C dùng để tính toán
thời gian sạc cho ắc quy một cách liên tục mãi đến 5.76
kW, như bảng dung lượng của ắc quy trong Bảng 1.
4. Kết luận
Sau khi xây dựng mô hình thực tế và thực hiện phương án
lý thuyết để bố trí mô hình trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
Ngoài ra, xác định điểm tốt nhất để cung cấp năng lượng cho
xe điện phục vụ du lịch, bài báo đã đánh giá khả năng sử dụng
năng lượng mặt trời hoặc lưới điện để cung cấp cho xe điện
trong thời gian 24h trong hai trường hợp có và không có thông
số kiểm soát trong quá trình nghiên cứu. Sau quá trình thiết
lập mô hình, đánh giá thời gian cung cấp năng lượng theo
phương pháp Gaussian và Taguchi đến với từng xe điện trong
quảng đường giới hạn cho phép. Kết quả đã so sách, đánh giá
và đáp ứng được thời gian và quảng đường cũng như số lượng
xe điện ra vào trong suốt thời gian nạp năng lượng. Ngoài ra,
khi phân tích nhu cầu năng lượng cung cấp cả ban ngày (năng
lượng mặt trời) và ban đêm (lưới điện) cho xe điện trên điều
kiện ánh sáng mặt trời trong ngày, nghiên cứu cũng đưa ra mô
hình điều khiển sạc vào ban đêm là tốt nhất và nó được thực
hiện trong khoảng thời gian bắt đầu từ 11 giờ khuya đến 6 giờ
sáng ngày tiếp theo.
3.2.2. Quá trình sạc điện trong điều kiện tối ưu có thông số
kiểm soát
Dung lượng và thời gian cần thiết để sạc cho ắc quy
trong hệ thống xe điện được tính toán dựa vào các phép đo
là nạp và xả điện khi cần thiết. Mức năng lượng tối đa để
nạp được 100% cho ắc quy là rất quan trọng để đáp ứng
quảng đường vận chuyển, tại lúc điện áp được sạc vào phải
đạt được các mức có khả năng tối đa và công suất tương
ứng với các loại ắc quy được sử dụng trong xe.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] P. Tulpule, V. Marano, S. Yurkovich, G. Rizzoni, “Economic and
environmental impacts of a PV powered workplace parking garage
charging station”, Apply Energy, số 108, 2013, trang 323–332.
[2] D.P. Birnnie III, “Solar-to-vehicle (S2V) systems for powering
commuters of the future”, J Power Sources, số 186, 2009, trang 539–
542.
[3] H.M. Neumann, D. Schär, F. Baumgartner, “The potential of
photovoltaic carports to cover the energy demand of road passenger
transport”, Prog Photovolt: Res Appl, số 20, 2012, trang 639–649.
Hình 6. Mức năng lượng sạc cho ắc quy xe điện
[4] Binh Van Doan, Bach Ngoc Nguyen, “The current status and
renewable energy outlook in Vietnam up to 2030”, In: Presented at
Asian Renewable Energy Workshop, Chiang Mai, Thailand, 2013,
trang 16.
khi có thông số kiểm soát
Theo thuật toán, để điều khiển và kiểm soát khi tối ưu
được thiết lập thì các tính chất ngẫu nhiên của nguồn năng
lượng mặt trời thông qua ánh sáng thay đổi theo giờ, thời
tiết, mùa, và các yếu tố ảnh hưởng khác cũng rất quan
trọng. Đồng thời, số lượng xe điện ra vào tại khu vực đậu
đỗ trong suốt thời gian sạc và nhu cầu cần thiết của từng xe
được cung cấp điện từ năng lượng mặt trời đạt được điểm
tối ưu. So sánh nguồn năng lượng điện để sạc cho ắc quy
từ nguồn năng lượng mặt trời và lưới điện khi sử dụng hai
thuật toán điều khiển thể hiện khá rõ nét trên đồ thị của
Hình 5 và Hình 6, và mức tiêu thụ của năng lượng mặt trời
cho xe điện là nhiều nhất. Trên hình cũng cho thấy khả
năng phân bố của năng lượng và sạc cho xe điện từ năng
lượng mặt trời và lưới điện là khác nhau. Đánh giá tại các
điểm tối ưu khi sử dụng năng lượng mặt trời và lưới điện
đáp ứng nguồn năng lượng cho xe điện được thực hiện trên
biểu đồ. Tại các nơi sạc cho ắc quy của xe điện, trong
trường hợp không có thông số kiểm soát của điều kiện tối
[5] Aoife. Foley, Barry. Tyther, Patrick. Calnan, Brian Ó. Gallachóir,
“Impacts of electric vehicle charging under electricity market
operations”, Appl Energy, số 101, 2013, trang 93–102.
[6] Samveg Saxena, Anand Gopal, Amol Phadke, “Electrical
consumption of two-, three- and four-wheel light-duty electric
vehicles in India”, Appl Energy, số115, 2014, trang 582–590.
[7] Pinak J. Tulpule, Vincenzo Marano, Stephen Yurkovich, Giorgio
Rizzoni, “Economic and environmental impacts of a PV powered
workplace parking garage charging station”, Applied Energy, số
108, 2013, trang 323-332.
[8] Minh Man Pham, Minh Nhan Pham, Tra Qui Phan, “An
investigation into green energy-powered vehicles for tourism in
Vietnam”, Procceding of The 2nd International Conference on Green
Technology and Sustainable Development 2014, ISBN: 978-604-
73-2817-8, Vol. 1, S1, 58-63.
[9] Ferreira Joao C, Afonso Joao Luiz. “Towards
a collective
knowledge for a smart electric vehicle charging strategy”. IEEE 3rd
international conference on communication software and networks
(ICCSN) 2011, 2011, trang 735–39.
(BBT nhận bài: 30/07/2015, phản biện xong: 01/10/2015)
5 trang
8620
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu mô hình sạc năng lượng cho xe điện và phương án bố trí mô hình trên đường phục vụ du lịch tại thành phố Đà Nẵng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_mo_hinh_sac_nang_luong_cho_xe_dien_va_phuong_an_b.pdf
