تعیین اندازه منابع انرژی ایستگاه‏ شارژ خوردو الکتریکی با توجه به فاکتورهای اقتصادی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

هدف: به‌دلیل افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی، امروزه، جایگزینی وسایل نقلیه الکتریکی با وسایل نقلیه سوختی به‌عنوان راه‌‏حلی اقتصادی، اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌‌است. با توسعه به‏‌کارگیری انرژی‌های تجدیدپذیر و سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی، طراحی ایستگاه‌های شارژ با ترکیبی از این منابع انرژی و امکان تبادل با شبکه برق امری ضروری است. در این مقاله به مسئله طراحی این ایستگاه‌ها، ظرفیت و تعیین منابع تأمین انرژی در این ایستگاه‎ها پرداخته شده ‏است و تقاضای موجود در بازه های زمانی و محدودیت‌های مربوط به ایستگاه شارژ و هر یک از منابع انرژی در نظر گرفته شده‎اند.
روش: مسئله پژوهش، در قالب مدل برنامه‌ریزی خطی عدد صحیح ب‎منظور بهینه‌سازی هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی ایستگاه، برای افق زمانی مشخص فرموله شده ‏است. در این مدل، ایستگاه شارژ قابلیت دارد که به‌صورت غیرهم‌زمان انرژی را از شبکه برق شهری خرید و فروش کند. همچنین، هزینه‏‌ها و درآمدهای آن با در نظر گرفتن فاکتور ارزش زمانی پول در مدل محاسبه شده است. مدل پیشنهادی برای یک مسئله واقعی مربوط به ایستگاه شارژ عمومی در کشور هلند به‏‌کار گرفته شده و بر اساس سه سناریوی تعریف‌‌شده و سیاست‌‏های مختلف، تعداد بهینه پنل‌‏های سیستم انرژی خورشیدی، باتری‌‏های سیستم ذخیره‏‌سازی انرژی و مقدار بهینه انرژی خریداری‏‌شده از شبکه برق و انرژی فروخته‏‌شده به شبکه برق در هر بازه زمانی به‎دست آمد و از نظر اقتصادی بررسی شد.
یافته‌ها: طبق نتایج به‌دست‌آمده، هر سه سناریو تحت شرایط مختلف، توجیه اقتصادی داشته و سودآور بوده‌اند.
نتیجه‌گیری: استفاده از انرژی خورشیدی و باتری‏‌ها، علاوه‎‌بر کاهش وابستگی ایستگاه شارژ به شبکه برق شهری، در سودآوری و درآمدزایی بیشتر برای ایستگاه شارژ، نقش کلیدی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determining the Energy Sources of the Electric Vehicles Charging Station According to Economic Factors

نویسندگان [English]

  • Farzaneh Parsian 1
  • Babak Rezaee 2
1 MSc. Student, Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad , Mashhad, Iran
2 Assistant Prof., Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Objective: Owing to the increasing environmental concerns, the replacement of fuel-based vehicles with electric vehicles and the use of renewable energy in the transportation industry is attracting much attention. The charging station is indispensable for widespread use of electric vehicle, so the design of charging stations with the integration of renewable energy, energy storage systems and grid energy is imperative.
Methods: The present study proposes that a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model which is designed to obtain the optimal size of the photovoltaic and battery storage system, in which all investment costs and operational costs are optimized for a time horizon. In this model, the simultaneous purchasing and selling of power can't happen and incomes and costs are calculated based on economic factors. The data from the public charging station in the Netherlands is employed in this study. The optimal size of the photovoltaic and battery storage systems, the optimal purchasing and selling energy of power grid at any moment are determined based on three defined scenarios according to different policies.
Results: The results showed that each scenario is economically sound under different conditions.
Conclusion: Mixture of renewable energies and storage systems can obtain the best cost-efficient solution and the utilization of those energies in charging stations of electric vehicle would reduce the impact on the electrical grid.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electric vehicle
  • Optimization
  • Batteries
  • Photovoltaic systems
  • economic factors
آذر، عادل؛ حقی فام، محمودرضا؛ علی بابایی، نیما (1387). مدل‌سازی و بهینه‌سازی کاهش بار و جابه‌جایی میزان تولید نیروگاه‌ها در شرایط اضطراری شبکه انتقال برق. مدیریت صنعتی، 1(1)، 3-20.

اصغرزاده، عزت‎اله؛ مهرگان، محمدرضا؛ شکوری‏گنجوی، حامد؛ مدرس یزدی، محمد؛ تقی‎زاده یزدی، محمدرضا (1396). ارائه مدل ریاضی برای توسعه ظرفیت نیروگاه‌ها با در نظر گرفتن واحدهای تولید پراکنده و با هدف کنترل دی اکسیدکربن. مدیریت صنعتی، 9(4)، 587-608.

تهامی‌پور، مرتضی؛ عابدی، سمانه؛ کریمی‌ بابا‌احمدی، رضا؛ ابراهیمی‌زاده، مرتضی (1395). بررسی تأثیر انرژی‌های تجدیدپذیر بر سرانه رشد اقتصادی واقعی ایران، پژوهش‌نامه اقتصاد انرژی ایران، 5(19)، 53-77.

 

References

Acha, S., Green, T. C., & Shah, N. (2010). Effects of optimised plug-in hybrid vehicle charging strategies on electric distribution network losses. Paper presented at the IEEE PES T&D 2010.

Asgharizadeh, E., & Mehrgan, M.R., & Shakouri, H., & Modarres Yazdi, M., & Taghizadeh Yazdi, M.R. (2017). Proposing a Mathematical Model to Expand Power Generation Capacity Considering Dispersed Generation Units to Decrease Carbon Dioxide. Journal of Information Technology Management, 9(4), 587-608. (in Persian)

Atia, R., & Yamada, N. (2016). Sizing and analysis of renewable energy and battery systems in residential microgrids. IEEE Transactions on Smart Grid, 7(3), 1204-1213.

Azar, A., & Haghifam, M.R., & Alibabaee, N. (2008). Modeling and Optimization of Load Shedding and Generation Reallocation at Compulsive Condition of Electrical Transmission System. Journal of Information Technology Management, 1(1), 3-20.
(in Persian)

Couture, T. D., Cory, K., Kreycik, C., & Williams, E. (2010). Policymaker's guide to feed-in tariff policy design. Retrieved from: https://www.nrel.gov/docs/fy10osti/44849.pdf.

Dahad, N. (2017). Electric vehicles to reach 54 percent of car sales by 2040. Retrieved from https:/www.google.com/amp/www.thenextsiliconvalley.com/2017/07/09/2019-electric-vehicles-to-reach-54-percent-of-car-sales-by-2040/amp.

Dai, Q., Liu, J., & Wei, Q. (2019). Optimal Photovoltaic/Battery Energy Storage/Electric Vehicle Charging Station Design Based on Multi-Agent Particle Swarm Optimization Algorithm. Sustainability, 11(7), 1973.

Das, B. K., Hoque, N., Mandal, S., Pal, T. K., & Raihan, M. A. (2017). A techno-economic feasibility of a stand-alone hybrid power generation for remote area application in Bangladesh. Energy, 134, 775-788.

Dickerman, L., & Harrison, J. (2010). A new car, a new grid. IEEE Power and Energy Magazine, 8(2), 55-61.

Domínguez-Navarro, J., Dufo-López, R., Yusta-Loyo, J., Artal-Sevil, J., & Bernal-Agustín, J. (2019). Design of an electric vehicle fast-charging station with integration of renewable energy and storage systems. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 105, 46-58.

D'Rozario, J., Shams, S., Rahman, S., Sharif, A., & Basher, E. (2015). Cost effective solar-biogas hybrid power generation system. Paper presented at the 2015 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT).

Hafez, O., & Bhattacharya, K. (2017). Optimal design of electric vehicle charging stations considering various energy resources. Renewable energy, 107, 576-589.

Karmaker, A. K., Ahmed, M. R., Hossain, M. A., & Sikder, M. M. (2018). Feasibility assessment & design of hybrid renewable energy based electric vehicle charging station in Bangladesh. Sustainable cities and society, 39, 189-202.

Le, T. N., Al-Rubaye, S., Liang, H., & Choi, B. J. (2015). Dynamic charging and discharging for electric vehicles in microgrids. Paper presented at the 2015 IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW).

Moradi, M. H., Abedini, M., Tousi, S. R., & Hosseinian, S. M. (2015). Optimal siting and sizing of renewable energy sources and charging stations simultaneously based on Differential Evolution algorithm. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 73, 1015-1024.

Negarestani, S., Fotuhi-Firuzabad, M., Rastegar, M., & Rajabi-Ghahnavieh, A. (2016). Optimal sizing of storage system in a fast charging station for plug-in hybrid electric vehicles. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2(4), 443-453.

Neumann, H. M., Schär, D., & Baumgartner, F. (2012). The potential of photovoltaic carports to cover the energy demand of road passenger transport. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 20(6), 639-649.

Pachauri, R. K., Allen, M. R., Barros, V. R., Broome, J., Cramer, W., Christ, R., . . . Dasgupta, P. (2014). Climate change 2014: synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change: IPCC.

Rahmani-Andebili, M., & Venayagamoorthy, G. K. (2015). SmartPark placement and operation for improving system reliability and market participation. Electric Power Systems Research, 123, 21-30.

Salapić, V., Gržanić, M., & Capuder, T. (2018). Optimal sizing of battery storage units integrated into fast charging EV stations. Paper presented at the 2018 IEEE International Energy Conference (ENERGYCON).

Shareef, H., Islam, M. M. & Mohamed, A. (2016). A review of the stage-of-the-art charging technologies, placement methodologies, and impacts of electric vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 64, 403-420.

Sortomme, E., & El-Sharkawi, M. A. (2011). Optimal charging strategies for unidirectional vehicle-to-grid. IEEE Transactions on Smart Grid, 2(1), 131-138.

Tahami Pour, Morteza, & Abedi, Samaneh, & Karimi Baba Ahmadi, Reza, & Ebrahimi Zadeh, Morteza. (2016). The Investigation of Renewable Energy Effects on Iranian Per Capita Real Economic Growth. Journal of Iranian Energy Economics, 5(19), 53-77.

Tushar, M. H. K., Assi, C., Maier, M., & Uddin, M. F. (2014). Smart microgrids: Optimal joint scheduling for electric vehicles and home appliances. IEEE Transactions on Smart Grid, 5(1), 239-250.

Ugirumurera, J., & Haas, Z. J. (2017). Optimal Capacity Sizing for Completely Green Charging Systems for Electric Vehicles. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 3(3), 565-577.

Yan, Q., Zhang, B., & Kezunovic, M. (2019). Optimized operational cost reduction for an EV charging station integrated with battery energy storage and PV generation. IEEE Transactions on Smart Grid, 10(2), 2096-2106.