Megújuló energiaforrások hasznosítása a járműiparban

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Megújuló energiaforrások hasznosítása a járműiparban"

Ernő Szőke
7 évvel ezelőtt
Látták:

Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 2012. január 23.

1 Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, január 23. Megújuló energiaforrások hasznosítása a járműiparban Hangos Katalin, Magyar Attila, Görbe Péter, Göllei Attila Pannon Egyetem Villamosmérnöki és nformációs Rendszerek Tanszék

2 Mobilitás és Környezet Konferencia Magyar Tudományos Akadémia Budapest, január 23. PE 3.1. Komplex, bonyolult rendszerek irányítása és megbízhatósága két K+F projekttel PE Megújuló energiaforrások és járműipari energiatárolók hálózati integrációjának módszerei

3 3 8 Tartalom Tartalom Háttér és motiváció Háztartási kiserőművek Villamos járműflotta integrációja Kisfeszültségű hálózat kapacitív nemlinearitása ntegráció Várható hatások A teljes integrációt megvalósító komplex szabályozó Szabályozó algoritmus Szimulációs eredmények Villamos jármű akkumulátorok modellezése Kísérleti vizsgálatok Az optimális üzemeltetés paraméterei

4 8 Háttér és motiváció Háztartási kiserőművek Sziget üzem (off grid): Tárolás: akkumulátor, H 2 - üzemanyagcella, sűrített levegős tároló (CAES), szupravezető

4 4 8 Háttér és motiváció Háztartási kiserőművek Sziget üzem (off grid): Tárolás: akkumulátor, H 2 - üzemanyagcella, sűrített levegős tároló (CAES), szupravezető mágneses tároló (SMES), víz helyezeti energia tárolás (PHS) Fejlesztési stádiumban vannak, vagy rendkívül költségesek! Hálózati szinkron üzem (on grid): Költséghatékony!

villamos járművek (EV) akkumulátorai képesek elnyelni a termelés csúcsoknál

5 5 8 Háttér és motiváció Villamos járműflotta integrációja (EDSON Danish Proj.) dőben gyorsan változó, sztochasztikus energiatermelés A csatlakoztatott villamos járművek (EV) akkumulátorai képesek elnyelni a termelés csúcsoknál keletkező többlet energiát Betáplálnak a hálózatba lecsökkent termelési viszonyok mellett

6 6 8 Háttér és motiváció Kisfeszültségű hálózatok kapacitív nemlinearitása Kis fogyasztású kapcsoló üzemű tápegységgel ellátott berendezések Mobiltelefon töltők Laptop tápegységek Kisteljesítményű motor vezérlések Elektronikus előtéttel ellátott kompakt (CCFL) fénycsövek LED világítási eszközök Számuk folyamatosan növekszik kisfeszültségű hálózat viselkedése nemlineárissá válik!

7 8 ntegráció Teljeskörű energia integráció - elemek Limited Controllability Fast

szabályozható megújuló energiaforrások Szél energia Napenergia Szabályozható

telep EV akkumulátorok Villamos haszongépjármű akkumulátorok Szinkron inverter

kapacitív terhelések Battery Pack EV Battery Electric Machines Battery Low Voltage

Ohmic Load Linear nductive Load Wind Generator Controllable Slow ntervention

7 7 8 ntegráció Teljeskörű energia integráció - elemek Limited Controllability Fast ntervention Uncontrollable Maximum Power Control Kisfeszültségű hálózat Nem szabályozható megújuló energiaforrások Szél energia Napenergia Szabályozható megújuló energiaforrások Biomassza Biodízel, bioetanol Energia tárolók Akkumulátor telep EV akkumulátorok Villamos haszongépjármű akkumulátorok Szinkron inverter Villamos fogyasztók Rezisztív terhelések nduktív lineáris terhelések Nemlineáris kapacitív terhelések Battery Pack EV Battery Electric Machines Battery Low Voltage Local Grid Switch Solar PV Grid Synchronized nverter Low Voltage nner Grid Linear Ohmic Load Linear nductive Load Wind Generator Controllable Slow ntervention BioGas/Biomass BioEthanol Biodiesel Generator Greenhouse Nonlinear Load Waste Heat sland Mode / Grid Synchronous Mode

8 8 8 ntegráció - várható hatások ntegrált rendszer komplex szabályozásával elérhető eredmények Energiaáramlás irányításának költség hatékony szabályozása Hálózati veszteségek csökkentése az elosztott termelés és tárolás miatt Hálózat nemlineáris torzításának radikális csökkentése Hálózat üzembiztonságának javítása Hálózati veszteségek csökkentése a csökkentett torzítás miatt Hálózati veszteségek csökkentése = CO 2 kibocsátás csökkentése az elosztott termelés és tárolás miatt. a csökkentett torzítás miatt Meglévő felhasznált berendezések szabályozási struktúrájának szoftveres átalakításával lehet elérni, a beruházási költség minimális!

9 9 8 A teljes integrációt megvalósító komplex szabályozó Komplex szabályozóstruktúra PV panel U Max. Power Controller P PhotoVoltaic P PhotoVoltaic PV Controller Bridge Controller S5 S1 S2 S3 S4 Grid Synchronized nverter acc Li-ion Battery U Batt out setpoint Charger Battery Charger Controller Contr. U t Batt charge/discharge Current Waveform Generator t (Base and upper harmonics) 1 Phase shifting 0 + Phase 1 1 Phase Phase batt Controller S6 S7 ntermediate Voltage Controller Upper Harmonic Controller U - ntermediate + U 600V ntermediate Setpoint out RMS Voltage Controller Nonlinear Electric Network U - U 230V U U U U connection RMS + RMS Setpoint U U 9 11 RMS Phase U1

10 1 0 8 A teljes integrációt megvalósító komplex szabályozó Harmonikus szabályozó algoritmusa A szabályozási cél: THD csökkentése és PF javítása (Upper Harmonic Controller: THD=0 PowerFactor=1) Közbensőköri feszültség állandó szinten tartása(ntermediate Voltage Controller: U=600V) Hálózati effektív érték szinten tartása (RMS CVoltage controller V=230V) Megújuló forrásból kinyert maximális teljesítmény (Max Power Controller) Akkumulátor töltöttségi cél tartása (Battery charger Controller) Az algoritmus lépései UHC: Beinjektált felharmonikus áramkomponensek (3., 5., 7., 9., 11. felharmonikus) amplitúdó és fázis értékeinek változtatása adaptív gradiens módszerrel.

11 1 1 8 Szimulációs eredmények Eredmények: Költségfüggvény, THD csökkenés

12 1 2 8 Szimulációs eredmények Szimulációs eredmények minőségi jellemzők Vizsgált üzemmódok: Betáplálás nélkül (nv 0) Normál szinkron betáplálással (nv 1 UHC 0) Harmonikus szabályozással (nv1 UHC 1) Teljes harmonikus torzítás (THD) csökkenése Áram effektív értékének ( RMS ) csökkenése

hőmérséklet hatása a kapocsfeszültségre és a töltöttségi

13 1 3 8 Jármű akkumulátorok vizsgálata A vizsgálatok módszere Kísérleti vizsgálatok Járműipari LiFePo4 akkumulátor Környezeti hőmérséklet hatása a kapocsfeszültségre és a töltöttségi állapotra Egyéb paraméterek (felületi hőmérséklet) Modellépítés Következtetések

14 1 4 8 Villamos jármű akkumulátorok modellezése Hőmérsékletfüggő Li akkumulátor modell Járműiparban használt LiFePO 4 akkumulátor feszültség hőmérséklet függése Empirikus modell

15 1 5 8 EV akkumulátorok modellezése Hőmérsékletfüggő Li akkumulátor modell Járműiparban használt LiFePO 4 akkumulátor felületi hőmérséklet függése a környezeti hőmérséklettől Empirikus modell

16 1 6 8 Kitekintés, további munka Elért eredmények Energiaáramlás irányának szabályozása megvalósítható Hálózati veszteségek csökkentése az elosztott termelés és tárolás segítségével kivitelezhető Hálózat nemlineáris torzításának radikális csökkentése CO 2 kibocsátás csökkentése az elosztott termelés és tárolás miatt (4 376 g/év) a csökkentett torzítás miatt ( g/év) LiFePO 4 akkumulátor hőmérsékletfüggő empirikus modell További munka Komplex szabályozó rendszer továbbfejlesztése SmartGRD interface Költségfüggvényen alapuló optimális irányítás

17 TAMOP-4.2.1/B-09/1/KONV Mobilitás és környezet Járműipari, energetikai és környezeti kutatások a Közép- és Nyugat-Dunántúli Régióban A projekt a Magyar Állam és az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Nemzeti Fejlesztési Ügynökség

sciencedirect.com/science/article/pii/s0959652611005622?

18 A témából készített publikációk [1] Peter Görbe, Attila Magyar, Katalin M. Hangos: Reduction of power losses with smart grids fueled with renewable sources and applying EVbatteries, Journal of Cleaner Production (2012), doi: /j.jclepro in Press Online: [2] Attila Göllei, Peter Görbe, Attila Magyar: Modeling and optimization of electrical vehicle batteries in complex clean energy systems, Journal of Cleaner Production (2012), doi: /j.jclepro in Press Online: [3] Peter Gorbe, Attila Magyar, Katalin M. Hangos: Low Voltage Grid Optimization with Power njection of Renewable Sources and EV batteries PRES'11 Chemical Enginnering Transactions Volume 25, 2011 pp SBN: , SSN: , DO: /CET [4] Attila Göllei, Peter Gorbe, Attila Magyar: Model-based nvestigation of Vehicle Electrical Energy Storage Systems PRES'11 Chemical Enginnering Transactions Volume 25, 2011 pp SBN: , SSN: , DO: /CET [5] Peter Gorbe, Attila Magyar, Katalin M. Hangos: THD Reduction with Grid Synchronized nverter s Power njection of Renewable Sources 20th nternational Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion [6] Görbe Péter, Attila Magyar, Katalin M. Hangos: Power Conditioning with Electric Car Battery Charging from Renewable Sources, Proc. of PhD WorkShop 2010, Veszprém, Magyarország, SBN: pp [7] P. Köszönöm Görbe, A. Magyar, K. M. Hangos:Power megtisztelő Conditioning with Electric Car figyelmüket! Battery Charging from Renewable Sources, Mobilitás és környezet: a járműipar kihívásai az energetika, a szerkezeti anyagok és környezeti kutatások területén augusztus Veszprém TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV HUNGARAN JOURNAL OF NDUSTRAL CHEMSTRY Vol. 38(1) pp (2010) HU SSN:

Hasonló dokumentumok

KEZDŐLAP ARCHÍVUM IMPRESSZUM KERESÉS

1 of 8 2/5/2013 3:01 PM A Magyar Tudományos Akadémia folyóirata. Alapítva: 1840 KEZDŐLAP ARCHÍVUM IMPRESSZUM KERESÉS MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK KOMPLEX INTEGRÁCIÓJA KISFESZÜLTSÉGŰ NEMLINEÁRIS HÁLÓZATOKBAN