برنامه‌ریزی بهینه ایستگاه شارژ خودرو الکتریکی مبتنی بر صد درصد انرژی تجدیدپذیر جهت تغذیه مزرعه استخراج ارز دیجیتال و بارهای حساس شبکه در حالت‌های متصل و جدا از شبکه

محورهای موضوعی : کنترل سیستم های انرژی

رضا همتی ¹ (گروه مهندسی برق- دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران)

تاریخ دریافت : 1402/01/08 تاریخ پذیرش : 1402/03/12 تاریخ انتشار : 1402/03/12

کلید واژه: انرژی تجدیدپذیر, خودرو الکتریکی, ایستگاه شارژ خودرو الکتریکی, بارهای بحرانی شبکه, استخراج رمزارز,

چکیده مقاله :

: این تحقیق یک مدل پیشنهادی برای بهره برداری از انرژی های تجدیدپذیر در پارکینگ خودروهای الکتریکی ارائه می دهد. در مدل پیشنهادی، تامین انرژی شارژ خودروها، تامین انرژی مزرعه استخراج رمزارز و همچنین تغذیه بارهای حساس شبکه بالادست به صورت 100 درصد توسط انرژی های بادی و خورشیدی انجام می شود و هیچگونه انرژی از شبکه برق دریافت نمی شود. به جای استفاده از یک باطری ذخیر ساز انرژی برای کنترل تغییرات و حتی صفر شدن انرژی باد و خورشید، این فرآیند توسط شارژ و دشارژ بهینه خودروهای موجود در پارکینگ انجام می شود. در حالتی که شبکه وصل باشد، خودروها به صورت کامل شارژ می شوند، مزرع رمزارز با تمام توان به کار خود ادامه می دهد و مازاد توان ایستگاه نیز برای تغذیه بارهای حساس ارسال می گردد. در این حالت، بارهای بحرانی شبکه از دو سمت شبکه و پارکینگ تامین می شوند. در هنگام قطعی شبکه سراسری، بارهای بحرانی شبکه به صورت کامل توسط پارکینگ خودروهای الکتریکی تامین می شوند. در این حالت، دستگاه های استخراج رمزارز یا ماینرها به عنوان یک بار پاسخگو مدل می شوند و برنامه از طریق تغییر انرژی ماینرها و تغییر الگوی شارژ-دشارژ خودروها می تواند تمام خودروها را شارژ کامل نماید، بارهای بحرانی شبکه را بطور کامل تغذیه کند و تا حد ممکن هم به استخراج رمزارز ادامه دهد. با توجه به عدم دریافت انرژی از شبکه، مشکلات مربوط به استخراج رمزارز از طریق انرژی شبکه سراسری مطرح نیست. تابع هدف مدل پیشنهادی مینیمم نمودن تعداد دشارژ باطری خودروها است تا طول عمر باطریها تا حد ممکن کاهش نیابد. در این مقاله از برنامه ریزی خطی ترکیبی عدد صحیح استفاده و مسئله با نرم افزار گمز حل شده است. نامعینی انرژی های بادی و خورشیدی در مسئله لحاظ شده و یک برنامه ریزی بهینه برای شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی تعریف می گردد که بتواند در برابر تمام تغییرات توان انرژی های تجدیدپذیر پاسخگوی سیستم باشد.

چکیده انگلیسی:

This research proposes a novel method for utilizing renewable energies in electric vehicle charging stations. In the proposed method, the required energy for charging the electric vehicles, the needed energy for supplying the cryptocurrency mining farm as well as the energy for supplying the critical loads of the upstream grid are afforded by 100% renewable resources, and the electric vehicle parking station (i.e., charging station) receives no energy from the utility grid. In this model, the uncertainty of renewable energies and the mismatch between generation and demand are resolved by optimal charging-discharging of electric vehicles. While the utility grid is available, the electric vehicles are fully charged, the cryptocurrency mining farm continues operation at full capacity, and excess renewable energy is sent to the upstream grid to supply the critical loads. The critical loads are supplied from two directions of the grid and parking station. During an outage or blackout of the utility grid, the critical loads are fully supplied by an electric vehicle parking station. In this situation, the cryptocurrency miners are modeled as a responsive load. In the off-grid operation, the proposed planning manages the energy of cryptocurrency miners as well as the charging-discharging pattern of electric vehicles for reaching two objectives of fully charging all the electric vehicles and fully supplying the critical loads. If there is any surplus of energy, it is used to run the cryptocurrency miners. In the proposed model, since no energy is received from the utility grid, the issues related to cryptocurrency mining are inconsequential. The objective function of the proposed method is to minimize the number of discharge cycles on electric vehicles to avoid battery degradation. The problem is formulated as mixed integer linear programming and solved by GAMS software. The wind and solar energy uncertainty are incorporated in the model and an optimal charging-discharging pattern is designed for electric vehicles to confirm feasible operation under all energy variations.

منابع و مأخذ:

[1] P.G. Panah, S.M. Bornapour, S.M. Nosratabadi, J.M. Guerrero, "Hesitant fuzzy for conflicting criteria in multi-objective deployment of electric vehicle charging stations", Sustainable Cities and Society, vol. 85, Article Number: 104054, Oct. 2022 (doi: 10.1016/j.scs.2022.104054).

[2] H. Allafiyeh, H. Mohammadnezhad-Shourkaei, S. Soleymani, "Multi-objective optimization of consumer's profit and distribution transformer aging considering electric vehicles", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 15, no. 58, pp. 121-142, Sept. 2024 (in Persian) (dor: 20.1001.1.232238­71.14­03.15.58.9.0).

[3] A. Bayatian, A. Ahmarinejad, "A three-level framework for determining the optimal strategy of microgrids to participate in the day-ahead competitive market by considering electric vehicles and demand response programs", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 14, no. 56, pp. 97-118, Mar. 2024 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1402.14.56.6.6).

[4] G. Rajendran, C.A. Vaithilingam, N. Misron, K. Naidu, M.R. Ahmed, "A comprehensive review on system architecture and international standards for electric vehicle charging stations", Journal of Energy Storage, vol. 42, Article Number: 103099, Oct. 2021 (doi: 10.1016/j.est.2021.103099).

[5] M. Alilou, B. Tousi, H. Shayeghi, "Home energy management in a residential smart micro grid under stochastic penetration of solar panels and electric vehicles", Solar Energy, vol. 212, pp. 6-18, Dec. 2020 (doi: 10.1016/j.solener.2020.10.063).

[6] Y. Yang, S. Wang, "Resilient residential energy management with vehicle-to-home and photovoltaic uncerta­inty", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 132, Article Number: 107206, Nov. 2021 (doi:10.1016/j.ijepes.2021.107206).

[7] H. Mehrjerdi, "Off-grid solar powered charging station for electric and hydrogen vehicles including fuel cell and hydrogen storage", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 44, no. 23, pp. 11574-11583, May 2019 (doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.03.158).

[8] M.R. Khalid, I.A. Khan, S. Hameed, M.S.J. Asghar, J.S. Ro, "A comprehensive review on structural topologies, power levels, energy storage systems, and standards for electric vehicle charging stations and their impacts on grid", IEEE Access, vol. 9, pp. 128069-128094, Sept. 2021 (doi: 10.1109/ACCESS.­2021.31­1218­9).

[9] M. Saeedirad, E. Rokrok, M. Joorabian, "Technical and economic management of energy distribution to reduce charging costs and reduction", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 14, no. 54, pp. 59-74, Sept. 2023 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1402.14.54.4.0).

[10] S. Goel, R. Sharma, A.K. Rathore, "A review on barrier and challenges of electric vehicle in India and vehicle to grid optimisation", Transportation Engineering, vol. 4, Article Number: 100057, June 2021 (doi: 10.101­6/j.tren­g.2021.100057).

[11] G.J. Osório, M. Gough, M. Lotfi, S.F. Santos, H.M.D. Espassandim, M. Shafie-khah, J.P.S. Catalão, "Rooftop photovoltaic parking lots to support electric vehicles charging: A comprehensive survey", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 133, Article Number: 107274, Dec. 2021 (doi: 10.1016/j­.ije­pes.2021.107274).

[12] R. Lotfi, S.G. Zare, A. Gharehbaghi, S. Nazari, G.W. Weber, "Robust optimization for energy-aware cryptocurrency farm location with renewable energy", Computers & Industrial Engineering, vol. 177, Article Number: 109009, Mar. 2023 (doi: 10.1016/j.cie.2023.109009).

[13] R. Miśkiewicz, K. Matan, J. Karnowski, "The role of crypto trading in the economy, renewable energy consumption and ecological degradation", Energies, vol. 15, no. 10, Article Number: 3805, 2022 (doi: 10.33­90/e­n15103805).

[14] Y. Ye, J. Zhang, S. Pilla, A.M. Rao, B. Xu, "Application of a new type of lithium‑sulfur battery and rein­fo­rcement learning in plug-in hybrid electric vehicle energy management", Journal of Energy Storage, vol. 59, Article Number: 106546, Mar. 2023 (doi: 10.1016/j.est.2022.106546).

[15] H. Mehrjerdi, "Dynamic and multi-stage capacity expansion planning in microgrid integrated with electric vehicle charging station", Journal of Energy Storage, vol. 29, Article Number: 101351, June 2020 (doi: 10.10­16/j.e­st.2020.101351).

[16] H. Mehrjerdi, R. Hemmati, "Stochastic model for electric vehicle charging station integrated with wind energy", Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 37, Article Number: 100577, Feb. 2020 (doi: 10.1016/j.seta.2019.100577)

[17] S. Mahdavi, R. Hemmati, M.A. Jirdehi, "Two-level planning for coordination of energy storage systems and wind-solar-diesel units in active distribution networks", Energy, vol. 151, pp. 954-965, May 2018 (doi: 10.10­16/­j.energy.2018.03.123).

[18] H. Mehrjerdi, R. Hemmati, "Electric vehicle charging station with multilevel charging infrastructure and hybrid solar-battery-diesel generation incorporating comfort of drivers", Journal of Energy Storage, vol. 26, Article Number: 100924, Dec. 2019 (doi: 10.1016/j.est.2019.100924).