شاحن ذكي للسيارات الكهربائية.. الشحن التدريجي أو الشحن على فترات زمنية متعددة بدلاً من الشحن دفعة واحدة
يهدف إلى تخفيف الضغط على الشبكة من السيارات الكهربائية
في عام 2024، سيكون أكثر من سيارة واحدة من كل خمس سيارات مباعة عبارة عن مركبة كهربائية.
وتقدر الوكالات الحكومية الدولية أنه بحلول عام 2035، سيكون نصف جميع السيارات الجديدة المباعة عالميًا عبارة عن مركبات كهربائية .
ورغم أن زيادة عدد السيارات الكهربائية على الطرق تبدو بمثابة خبر رائع للبيئة، إلا أنها قد تؤدي إلى تعقيدات.
فالشبكة الكهربائية ليست جاهزة بعد لدعم تدفق السيارات الكهربائية، وقد تهدد القيود المفروضة على القدرة على توليد الكهرباء مستقبل صناعة السيارات الكهربائية.
قام باحثون في معهد جورجيا للتكنولوجيا بتطوير جهاز للمساعدة في تجنب التحميل الزائد على الشبكة: نظام شحن ذكي للسيارات الكهربائية.
ولن يساعد نهجهم القائم على التحسين في تقليل الضغط على الشبكة فحسب، بل سيمكن المستخدمين أيضًا من تخصيص عملية الشحن وتقليل التكلفة، وإعطاء الأولوية لاستخدام الطاقة الخالية من الكربون، أو ضبط سرعة الشحن.
وقد تساعد هذه التكنولوجيا أيضًا في تعزيز صناعة السيارات الكهربائية.
قال مايكل جيه ليامي، أستاذ وودروف ومدير الدراسات العليا في كلية جورج دبليو وودروف للهندسة الميكانيكية: “إن ثورة المركبات الكهربائية تحدث بسرعة كبيرة، بحيث ستجد شركات المرافق الكهربائية أنه من الصعب والمكلف تحديث الشبكة بسرعة كافية لاستيعاب هذه المركبات”.
وأوضح “أردنا أن نستكشف طريقة شحن ذكية تأخذ في الاعتبار المركبات الكهربائية أثناء تقاربها مع الشبكة الكهربائية، والتي نعلم بالفعل أنها تقترب من سعتها القصوى، نحن بحاجة إلى كسب الوقت لمشغلي الشبكة حتى لا يغمرهم الضغط عندما تدخل المزيد من المركبات الكهربائية السوق”.
إزالة الحمل (الشبكة)
في جنوب شرق الولايات المتحدة، خلال فصل الصيف، يبلغ استخدام الطاقة ذروته من وقت متأخر بعد الظهر إلى وقت مبكر من المساء.
وبحلول ذلك الوقت، تكون حرارة الشمس قد دفأت المنازل والمباني، وبدأ الناس في تشغيل مكيفات الهواء.
وفي هذا الوقت أيضًا يعود معظم الناس إلى منازلهم من العمل ويقومون بتوصيل سياراتهم الكهربائية، والتي تبدأ على الفور في الشحن.
وعند توصيلها بالكهرباء، يمكن أن تكون السيارة الكهربائية بسهولة المستهلك الأكثر أهمية للطاقة في المنزل.
شاحن ذكي للسيارات الكهربائيةمعالجة مشكلة زيادة تحميل الشبكة
قال كارتيك ساستري، خريج الدكتوراه في كلية الهندسة الكهربائية والحاسوبية والمشارك في اختراع هذه التكنولوجيا: ” إن شحن عدد كبير من المركبات الكهربائية أثناء ذروة الحمل الكهربائي قد يشكل مشكلة لشركات المرافق، مما يؤدي إلى تفاقم الطلب على الكهرباء وزيادة تحميل الشبكة، لكنك لست بحاجة إلى البدء في الشحن بمجرد عودتك إلى المنزل، في معظم الحالات، يكون هناك متسع من الوقت طوال الليل لشحن المركبات الكهربائية بالكامل”.
شرع الفريق في معالجة مشكلة زيادة تحميل الشبكة من خلال الاستفادة من وقت الشحن الزائد بين عشية وضحاها.
وقد طوروا خوارزميات تحسين متطورة لتوزيع الشحن على مدار الوقت، وبالتالي تقليل الضغوط على الشبكة مع تقديم الفوائد للمستهلكين.
التوفير في استهلاك الطاقة
وبدلاً من الشحن بأقصى سرعة بمجرد توصيل السيارة الكهربائية بالكهرباء، تسمح خوارزميات الشحن الذكية التي ابتكرها الفريق بالشحن التدريجي، أو الشحن على فترات زمنية متعددة بدلاً من الشحن دفعة واحدة.
كما تعمل الخوارزميات على تقليل استهلاك الطاقة الأقصى للمنزل أثناء الشحن، مما يحقق ما يسميه الباحثون “التوفير في استهلاك الطاقة”.
وتخطط الخوارزمية نفسها للشحن وموعد حدوثه، استناداً إلى حالة الشبكة وتفضيلات المستهلكين. ويتخذ النظام أيضاً هذه القرارات دون الحاجة إلى أي تحكم مركزي، ودون التواصل مع المركبات الأخرى في الحي أو المدينة.
قال ديفيد جي تايلور، أستاذ الهندسة الكهربائية والإلكترونية والمشارك في اختراع نظام الشحن: “باستخدام التوقيت العشوائي وتوقعات استخدام الطاقة في المنازل، يمكن لخوارزميتنا توزيع الحمل بشكل فعال، وهذا يعني أن عدد المركبات الكهربائية في المجتمع يمكن أن يزداد دون أن تتكبد المرافق المحلية نفقات ضخمة لتحديث البنية التحتية، بشرط أن تستخدم هذه المركبات الكهربائية خوارزمية الشحن الذكية التي طورناها”.
شحن قابل للتخصيص
يتيح النظام للمستهلكين تخصيص عملية الشحن الخاصة بهم، وباستخدام تطبيق صممه الفريق، يمكن للمستهلك التحكم في أربعة جوانب مختلفة للشحن: التكلفة، والطاقة الخالية من الكربون، والسرعة، وصحة البطارية.
تتيح أدوات التطبيق للمستخدم تقييم تفضيلاته لكل جانب؛ بناءً على اختيارات المستخدم، تحدد الخوارزمية أفضل طريقة لشحن السيارة مع تقليل تأثير الشبكة.
على سبيل المثال، لشحن سيارتهم بسرعة، يقوم المستخدم بتحريك شريط سرعة الشحن إلى أقصى اليمين.
من ناحية أخرى، فإن إعطاء الأولوية للشحن الخالي من الكربون يبرمج الشاحن لشحن السيارة فقط عندما تكون الموارد المتجددة مثل طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية متاحة على الشبكة.
إن اختيار الشحن بأقل تكلفة من شأنه أن يدفع النظام إلى الشحن في أوقات الطلب المنخفض بناءً على جدول أسعار المرافق، مما يسمح للمستخدم بتجنب أي رسوم طلب.
ترخيص تقنية خوارزمية الشحن الذكي
نشر الفريق العديد من المقالات البحثية حول المشروع في مجلات رئيسية، كما قاموا ببناء نماذج أولية للأجهزة، وأكملوا دراسات حالة الشحن باستخدام مركبات كهربائية فردية، وقدموا براءة اختراع للتكنولوجيا.
وبالإضافة إلى التوسع في تطبيقات النظام للمستهلكين الأفراد، عمل الفريق أيضًا على تطوير هذه التكنولوجيا للعمل في البيئات التجارية.
ويأمل الفريق في التعاون مع شركة محطات شحن السيارات الكهربائية ونظام المدارس العامة الذي يستخدم حافلات السيارات الكهربائية لإظهار كيف تعمل خوارزمياتهم تلقائيًا على تقليل تكاليف شحن الأسطول.
ويقول ليامي، إن الهدف هو أن تقوم الشركات بترخيص تقنية خوارزمية الشحن الذكي الخاصة بها.
ويتواصل الباحثون أيضًا مع شركات السيارات لدمج تقنيتهم في السيارات الكهربائية نفسها، وهو ما يسمح للمستخدمين بتعيين تفضيلات الشحن الخاصة بهم مباشرة من لوحة القيادة الخاصة بهم.
وقال ليامي “نأمل أن نثبت أن الشحن الذكي ممكن على نطاق واسع، وأن نقيس أيضًا الفوائد المترتبة على القيام بذلك، ونخطط لإظهار مقدار الأموال التي يمكن للمستهلكين والشركات والأنظمة المدرسية توفيرها باستخدام الشحن الذكي بدلاً من الشحن بطريقة عشوائية”.
وقال ساستري “نتوقع ارتفاعًا كبيرًا في تبني السيارات الكهربائية، مما سيؤدي إلى زيادة الطلب على الشبكة، ولحماية الشبكة ومساعدة صناعة السيارات الكهربائية على الازدهار، يتعين علينا استيعاب هذه السيارات الكهربائية بطريقة ذكية، وهذا ما نأمل في تحقيقه”.
