Synergetic capacity planning of public and private EV charging piles via city-scale multi-objective optimization
본 연구는 중경시의 전기차 충전 인프라에 존재하는 시공간적 불일치를 해결하기 위해 해리 호크 최적화 알고리즘을 활용한 수요 주도형 다목적 최적화 프레임워크를 제안하며, 이는 기술별 계획의 시급성을 드러내고 2030 년까지 180 만 개의 충전 설비가 필요하여 사적 대 공적 비율을 9:1 로 균형 있게 유지하고 전력망 회복탄력성을 강화할 것이라고 전망합니다.
원본 논문은 CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기
중국의 거대하고 산악 지형의 도시인 충칭이 전기차 (EV) 로 빠르게 채워진다고 상상해 보세요. 이 도시는 움직임을 유지하기 위해 전기를 공급받아야 하는 거대하고 배고픈 기계와 같습니다. 하지만 문제가 있습니다. 도시의'급식소'(충전기) 가 적절한 위치에 적절한 수로 건설되지 않고 있다는 점입니다. 일부 지역은 충전기에 잠겨 있는 반면, 다른 지역은 굶주리고 있습니다.
이 논문은 본질적으로 그 급식 일정을 수정하기 위한마스터 플랜입니다. 연구자들은 2022 년부터 2030 년까지 충칭이 정확히 어디에, 얼마나 많은 충전기가 필요한지 파악하기 위해 정교한'레시피'를 개발했습니다.
다음은 그들의 작업을 간단한 비유로 정리한 내용입니다:
1. 문제: "일률적 접근"의 실수
많은 사람을 먹여야 하는 셰프가 된 상황을 상상해 보세요. 과거에는 모든 사람이 같은 양의 음식을 먹는다고 가정했을지도 모릅니다. 하지만 실제로는 어떤 사람들은 마라톤 주자 (대형 트럭) 이고, 어떤 사람들은 산책하는 사람 (소형 자동차) 이며, 어떤 사람들은 날씨에 따라 식욕이 다릅니다.
- 현실: 연구자들은 모든 전기차가 동일하지 않다는 사실을 발견했습니다. 일부는 순수 전기차 (BEV) 이고, 일부는 가솔린으로도 주행 가능한 하이브리드 (PHEV) 이며, 일부는 연장형 하이브리드 (EREV) 입니다.
- 날씨 요인: 인간이 겨울에 수프를 더 많이 먹듯이, 전기차도 겨울에 더 많은 전기를'먹습니다'. 이는 실내를 데우고 추운 날씨에 배터리의 효율이 떨어지기 때문입니다.
- 발견: 2022 년 중반부터 2024 년 말까지 도시의 전기 소비량은 세 배로 증가했습니다. 하지만 차량 구성도 변했습니다. 순수 전기차는 주된 소비자들이었지만, 이제 하이브리드와 연장형 차량이 전체 음식의 절반 이상을 소비하고 있습니다. 순수 전기차만 고려하여 계획을 세우면 레시피가 틀어집니다.
2. 해결책: 충전기 건설을 위한 스마트 GPS
연구자들은 도시 계획가들을 위한초지능 GPS처럼 작동하는 컴퓨터 모델을 만들었습니다. 충전기를 어디에 건설할지 단순히 추측하는 대신, 이 GPS 는 세 가지 요소를 동시에 고려합니다:
- 비용: 아무도 사용하지 않는 충전기를 건설하여 현금을 낭비하지 마십시오.
- 전력망: 너무 많은 차량을 한꺼번에 연결하면 도시의 전력선이 퓨즈가 끊어지듯 정전될 수 있습니다.
- 공정성: 부유한 도시 중심부뿐만 아니라 빈곤한 지역과 교외 지역도 전기를 공급받도록 보장하십시오.
그들은'해리 호크 최적화 (Harris Hawks Optimization)'라는 특수 알고리즘을 사용했는데, 이는 완벽한 장소를 사냥하는 매와 같습니다. 이 알고리즘은 도시 전체를 비행하며 충전기 위치의 수백만 가지 조합을 테스트하여 비용, 그리드 안전성, 공정성을 완벽하게 균형 잡는 한 가지 조합을 찾습니다.
3. 발견 결과: "도시 중심부 vs 외곽"의 격차
충칭에 실제로 건설된 충전기 (2022~2024 년) 와 그들의최적화된 계획을 비교했을 때, 그 차이는 극명했습니다:
- 현실 세계: 마치 파티에서 모든 사람이 거실로 몰려든 것과 같았습니다. 도시 중심부는 충전기로 가득 차 있었지만, 교외와 외곽 군현은 어둠 속에 방치되었습니다. 특히 택시와 가정용 충전기가 없는 사람들을 위한 공공 충전기는 극히 부족했습니다.
- 최적화된 계획: 그들의 새로운 계획은 충전기를 더 고르게 분산시켰습니다. 도시 중심부는 여전히 잘 비축되도록 유지하면서도, 마침내 교외 지역에 충분한 충전기를 보냈습니다.
- 점수: 그들은 현실 세계의 계획에'나쁜 점수'(수학적으로 낮을수록 좋은 0.65 점) 를 매겼습니다. 반면 그들의 새로운 계획은'A'(0.28 점) 를 받았습니다. 훨씬 더 균형 잡혔습니다.
4. 수정구슬: 2030 년까지의 전망
그들은 모델을 사용하여 미래를 내다보았습니다. 2030 년까지 충칭은 약180 만 개의 충전기가 필요할 것입니다.
- 비율: 그들은공공 충전기 1 개당 9 개의 민간 충전기라는 안정적인 비율을 예측했습니다. 이는 대부분의 사람들이 밤에 전화를 꽂듯이 집에서 차량을 충전할 것이며, 공공 충전기는 외출 중 급전이 필요한 사람들을 위해 봉사할 것이기 때문에 합리적입니다.
- 성장: 충전기 수는 꾸준히 증가하겠지만, 시장이 커짐에 따라 성장은 약간 둔화될 것입니다. 이는 성숙한 산업에서는 정상적인 현상입니다.
5. 도시 지도자들을 위한 교훈
이 논문은 직감이나 단순한 수학에 기반하여 충전기를 건설해서는 안 된다고 결론 내립니다. 대신 다음과 같은데이터 기반 전략이 필요합니다:
- 서로 다른 차량 유형을 다르게 취급합니다.
- 날씨 (겨울 대 여름) 를 고려합니다.
- 교외 지역이 뒤처지지 않도록 보장합니다.
- 도시의 전력망이 과부하되지 않도록 유지합니다.
요약하자면: 연구자들은 충칭이 향후 충전 네트워크를 정확히 어떻게 건설해야 하는지 알려주는'스마트 청사진'을 만들었습니다. 이를 통해 미래에는 어떤 전기차 소유자도 고립되지 않고, 전력망은 안전하며, 도시는 빈 터에 충전기를 건설하여 돈을 낭비하지 않게 됩니다.
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