استكشاف إمكانات تقنية V2G في محطات الشحن المتكاملة مع أنظمة تخزين الطاقة

إجابة سريعة

تحوّل تقنية نقل الطاقة من المركبة إلى الشبكة (V2G) المركبة الكهربائية المتوقفة إلى مصدر طاقة ثنائي الاتجاه، قادر على إعادة شحنها إلى محطة شحن أو مبنى أو شبكة الكهرباء. في محطة شحن متكاملة مع نظام تخزين طاقة البطاريات (BESS)، تعمل شواحن V2G جنبًا إلى جنب مع نظام تخزين طاقة البطاريات الثابت ضمن نظام إدارة طاقة موحد (EMS)، مما يُمكّن المحطة من خفض ذروة الطلب، والاستفادة من فروقات أسعار الطاقة، وبيع خدمات الشبكة دون التأثير على توافر الشحن. يعتمد التصميم العملي الحالي على شواحن تيار مستمر ثنائية الاتجاه (15-60 كيلوواط لكل منفذ)، وتقنية التوصيل والشحن ISO 15118، وبروتوكول التحكم OCPP 2.0.1. لا تحل تقنية V2G محل نظام تخزين طاقة البطاريات، بل تُعزز قدرة المحطة على التوزيع بتكلفة إضافية منخفضة. ينبغي على المشغلين التعامل مع تقنية V2G كمصدر دخل إضافي، وليس كمشروع قائم بذاته، مع إعطاء الأولوية للمواقع التي تسمح فيها أساطيل المركبات والتعريفات وبرامج المرافق بتوفير فترات تفريغ متوقعة.

أهم النقاط

• تقوم تقنية V2G بتحويل بطاريات السيارات الكهربائية إلى تخزين قابل للتوزيع يكمل، وليس يحل محل، نظام تخزين الطاقة الثابت في مركز الشحن.
• تجمع مجموعة القيمة الواقعية بين المراجحة في الطاقة، وخفض رسوم الطلب، وخدمات الشبكة - نادراً ما تبرر حالة الاستخدام الفردي لتقنية V2G نفسها.
• يجب أن تتوافق أجهزة الشحن ثنائية الاتجاه مع معايير ISO 15118 و DIN 70121 و OCPP 2.0.1 لتوفير خاصية التوصيل والشحن والإرسال المجمع.
• إن تدهور البطارية وشروط الضمان وعقود توافر الأسطول هي العوامل الثلاثة التي تحدد نجاح أو فشل تصميم برنامج V2G.
• إن عملية الإطلاق التدريجي - خدمات BESS فقط أولاً، ثم V2G ثانياً - تحمي وقت تشغيل الشحن في المركز بينما ينضج نموذج الإيرادات.

فرصة V2G حقيقية، لكن السياق مهم.

من المتوقع أن ينمو سوق نقل الطاقة من المركبات إلى الشبكة الكهربائية من حوالي 2.5 مليار دولار أمريكي في عام 2025 إلى أكثر من 18 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030، وذلك وفقًا لتوقعات القطاع التي نُشرت في أعقاب تقرير وكالة الطاقة الدولية حول آفاق السيارات الكهربائية العالمية. ويكمن المنطق وراء هذا النمو في حسابات بسيطة: إذ تستطيع بطارية سيارة كهربائية حديثة بسعة 80-100 كيلوواط/ساعة تخزين طاقة تفوق ما تستهلكه العديد من محطات الشحن التجارية خلال ذروة واحدة في فترة ما بعد الظهر، كما أن معظم أساطيل المركبات تبقى متوقفة عن العمل لأكثر من 20 ساعة يوميًا. وعند تجميع هذه البطاريات المتوقفة في مستودع واحد، فإنها تُشكل محطة طاقة افتراضية بسعة عدة ميغاواط/ساعة.

يكمن التحدي في أن عائدات تقنية V2G المتصلة بالشبكة ليست تلقائية، بل تعتمد على ثلاثة شروط خاصة بكل موقع: هيكل تعريفة يتضمن فروقًا معقولة بين أوقات الذروة وخارجها، وبرنامج من شركة المرافق أو مشغل نظام النقل يغطي تكاليف الاستجابة للطلب أو تنظيم التردد، ومشغل أسطول مستعد لضمان فترات التوافر. يحل مركز الشحن المتكامل مع نظام تخزين الطاقة بالبطاريات الشرط الثالث بكفاءة عالية، حيث تمتص البطارية الثابتة مخاطر الحمل المفاجئ للشحن بينما يحدد نظام إدارة الطاقة أي أصل - مركبة أم بطارية - يجب أن يستجيب لإشارة التشغيل.

ما يفعله نظام V2G فعلياً داخل مركز الشحن

كثيراً ما يُخلط بين تقنية V2G وتقنية V2L (من المركبة إلى الحمولة) أو تقنية V2H (من المركبة إلى المنزل). وفي محطات الشحن التجارية، يُعدّ هذا التمييز مهماً من الناحية التجارية.

• V2Lالتفريغ إلى حمل أو جهاز محمول - لا يوجد تفاعل مع الشبكة، ولا توجد إيرادات مُقاسة.
• V2Hيزود مبنىً بالطاقة خلف العداد - وهو أمر مفيد للمرونة ولكنه يقتصر على منشأة واحدة.
• V2Gيقوم بتصدير الطاقة عبر العداد إلى الشبكة أو تعويض الطلب المقاس الخاص بالمركز - وهو التكوين الوحيد الذي يحقق الربح من الطاقة من خلال التعريفات أو أسواق خدمات الشبكة.
• V2B (من المركبة إلى المبنى)يقع بين V2H و V2G: يستخدم نظام إدارة الطاقة الخاص بالمركز بطاريات المركبات لخفض رسوم الطلب الخاصة به، وهو أعلى قيمة وأقل احتكاك في حالة الاستخدام لمعظم مواقع الشحن اليوم.

يتولى نظام إدارة الطاقة (EMS) تنظيم تدفقات الطاقة داخل مركز تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS). خلال ذروة ساعات الذروة بعد الظهر، قد يقوم نظام إدارة الطاقة أولاً بتفريغ البطارية الثابتة، ثم يستدعي المركبات المتصلة بشبكة نقل الطاقة من المركبة إلى الشبكة (V2G) التي يتبقى على موعد مغادرتها أكثر من ساعتين، وأخيراً يُقلل أو يُبطئ من سرعة أجهزة الشحن غير ذات الأولوية. يُعد هذا التوزيع الهرمي هو الفرق الأساسي بين مركز تخزين الطاقة بالبطاريات المزود بتقنية V2G ومجموعة شواحن بسيطة ذات منافذ ثنائية الاتجاه: فالمركز يُعد مشاركاً في الشبكة المصغرة، وليس حملاً سلبياً.

لماذا تُعدّ مراكز تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) المكان الأمثل لتقنية نقل المركبات إلى الشبكة (V2G)؟

غالبًا ما تُخيب أجهزة الشحن المستقلة من نوع V2G المُثبّتة في مواقف السيارات الآمال، لعدم وجود مصدر طاقة محلي يُعالج تباينات التوقيت. فقد تكون السيارة متاحة للشحن في الساعة 10:00، بينما يبدأ حدث الاستجابة للطلب في الساعة 17:00. تستوعب البطارية الثابتة في محطة الشحن المتكاملة مع نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) هذا التباين الزمني: إذ تُشحن خلال ساعات انخفاض الطلب، وتُفرغ خلال حدث الاستجابة للطلب، ثم يُعاد شحنها من الشبكة أو بواسطة السيارات المُسجّلة عند انتهاء الإشارة.

ينتج عن هذا التآزر المعماري فوائد تشغيلية قابلة للقياس:

1. قدرة إرسال مضمونة.يوفر نظام تخزين الطاقة بالبطاريات حدًا أدنى من الطاقة يمكن لشركة الكهرباء الاعتماد عليه؛ بينما يضيف نظام نقل الطاقة من المركبة إلى الشبكة (V2G) مزيدًا من الطاقة. ويُسعّر مُجمّعو الطاقة هذا الاستقرار بشكل مُربح. 2.زيادة استخدام الشاحن.تُعد المنافذ ثنائية الاتجاه أيضًا شواحن تيار مستمر كاملة السرعة - حيث تُدرّ نفس الأجهزة التي تتراوح قدرتها بين 30 و60 كيلوواط إيرادات من الشحن خلال النهار وإيرادات من الشبكة عندما تكون المركبات متوقفة. 3.انخفاض تكلفة توصيل الشبكة.يمكن لمحطة قادرة على تفريغ 100-200 كيلوواط من المركبات بالإضافة إلى نظام تخزين الطاقة بالبطاريات تشغيل خدمة شبكة أصغر، مما يؤجل ترقيات المحولات التي تكلف عادةً ما بين خمسة وستة أرقام. 4.المرونة كخدمة.في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يمكن للمحور أن يعمل بشكل مستقل ويزود الأحمال الحيوية بالطاقة من مجموعة البطاريات المشتركة - وهي ميزة تفوز بشكل متزايد بالمناقصات البلدية ومناقصات الطرق السريعة.

سلسلة القيمة: من أين تأتي إيرادات V2G فعلياً

لا تتساوى جميع مصادر القيمة. يقارن الجدول أدناه آليات الإيرادات الأربعة المتاحة لمركز تخزين الطاقة بالبطاريات المزود بتقنية V2G، مع توقعات واقعية لموقع من فئة 1 ميغاواط/ساعة.

الخلاصة العملية: يُعدّ خفض رسوم الطلب وبرامج زيادة القدرة هما المساران اللذان يتبلوران أولاً. أما تنظيم التردد فيضيف تعقيداً (استجابة في أقل من ثانية، واختبارات التأهيل المسبق)، ولا ينبغي إضافته إلا بعد إثبات فعالية حلقة التحكم في نظام إدارة الطاقة.

المتطلبات التقنية الأساسية: المعايير، والأجهزة، والتحكم

لا تُعتبر محطة V2G فعّالة إلا بقدر توافقها مع أنظمة التشغيل البيني. وتُحدد ثلاثة معايير الجيل الحالي من الشحن ثنائي الاتجاه:

• ISO 15118 (التوصيل والشحن):يتولى هذا النظام عملية المصادقة الآمنة وجدولة الشحن ثنائي الاتجاه بين السيارة والشاحن عبر رابط الاتصال.
• DIN 70121:ملف تعريف الاتصال للشحن السريع بالتيار المستمر الذي تطبقه معظم أجهزة الشحن التجارية V2G جنبًا إلى جنب مع ISO 15118 لتحقيق توافق واسع مع المركبات.
• OCPP 2.0.1:بروتوكول الشاحن إلى الشبكة الذي يحمل رسائل DeviceModel و SmartCharging اللازمة للتحكم المركزي في نظام إدارة الطاقة، ليحل محل مجموعة ميزات OCPP 1.6J المحدودة للتشغيل ثنائي الاتجاه.

يُعد اختيار الأجهزة عاملاً حاسماً بنفس القدر. يوضح خط إنتاج محطات شحن المركبات من الجيل الثاني (V2G) من شركة MIDA نطاق الأحجام المتاحة حاليًا لنشر مراكز الشحن:

خلف الشاحن توجد وحدة الطاقة ثنائية الاتجاه، وهي المكون الذي يحول جهد بطارية التيار المستمر إلى طاقة شبكة التيار المتردد بكفاءة عالية. تُصنّع شركة MIDA وحدات طاقة V2G بقدرة 20-45 كيلوواط، ووحدات طاقة AC-DC ثنائية الاتجاه بقدرة 20-62.5 كيلوواط، مما يُمكّن مُكاملِي محطات الشحن من مُطابقة عدد الوحدات مع متطلبات الطاقة في الموقع بدلاً من شراء شواحن ضخمة غير مُجهزة. يُعدّ تحديد وحدات الطاقة ثنائية الاتجاه المعيارية أفضل وسيلة للتحوط ضد متطلبات خدمة الشبكة المستقبلية: فإضافة وحدة ثانية إلى الخزانة أرخص وأسرع من استبدال الشاحن بالكامل.

الاقتصاد الواقعي والمخاطر التي يجب على المشغلين تسعيرها

أكثر الأخطاء شيوعاً في تقنية المركبات المتصلة بالشبكة (V2G) هو بناء دراسة الجدوى الاقتصادية على مصدر دخل واحد. فمركبة بقدرة 50 كيلوواط تفرغ بطاريتها لمدة ساعتين يومياً بفارق سعر 0.15 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة، تجني حوالي 5400 دولار أمريكي سنوياً - وهو مبلغ جيد، لكنه ليس مبلغاً ضخماً، وتستهلك حوالي 180 دورة شحن كاملة سنوياً من بطارية المركبة.

المخاطر الثلاثة التي تهيمن على اقتصاديات تقنية المركبات المتصلة بالشبكة (V2G):

1. تدهور البطارية.تساهم كل دورة تفريغ في تآكل بطارية السيارة. يجب أن تنص بنود العقد على تعويض مالك السيارة عن استخدام دورات التفريغ، ويُقاس ذلك عادةً بضمان دورة حياة البطارية المقدم من الشركة المصنعة. لا تفترض أن ضمان الشركة المصنعة الأصلية يغطي تشغيل تقنية V2G - تحقق من الوثيقة. ٢.جاهزية الأسطول.تُعتبر المركبات أصولًا مُدرّة للدخل في المقام الأول. وتُعدّ فترة إرسال أسطول التوصيل الساعة 17:00 هي الفترة التي تحدث فيها أحداث الاستجابة للطلب. لذا، يُنصح بالتعاقد فقط على فترات الخمول المضمونة، والسماح لنظام إدارة الطاقة بمعالجة طاقة المركبات على أنها قابلة للانقطاع. 3.استمرارية البرنامج.تتطور برامج المركبات المتصلة بالشبكة (V2G) بسرعة. يجب تصميم الأجهزة وبرامج إدارة الطاقة بحيث يمكن للمحور الانتقال من برنامج إلى آخر (أو إلى تشغيل نظام تخزين الطاقة بالبطاريات فقط) دون الحاجة إلى إعادة تصميم.

تصميم مركز تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) جاهز لتقنية V2G: تسلسل عملي

ينبغي على المشغلين الذين يقيمون تقنية V2G اتباع مسار تدريجي يحمي وقت تشغيل الشحن ورأس المال:

1. قم بنشر نظام تخزين الطاقة بالبطاريات أولاً.يوفر شاحن نظام تخزين الطاقة بالبطاريات المتكامل قيمة الشحن عند الطلب ومرونة الشبكة منذ اليوم الأول، دون أي تبعيات من جانب المركبة. 2.اختر أجهزة تدعم الاتصال ثنائي الاتجاه.حدد أجهزة الشحن ووحدات الطاقة التي تدعم معيار ISO 15118 وبروتوكول OCPP 2.0.1 حتى لو بدأ التسجيل في برنامج V2G لاحقًا. 3.تسجيل الأساطيل الأسيرة.ابدأ بالمركبات التي تتحكم بها - أساطيل الشركات، أو مجموعات التأجير، أو مواقف السيارات طويلة الأمد - حيث تكون عقود التوافر بسيطة. 4.قم بتوصيل برنامج تجميع أو برنامج خدمات.استخدم نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) لتعزيز السعة التي تقدمها؛ ثم تضيف تقنية نقل المركبات إلى الشبكة (V2G) هامش ربح إضافي إلى جانب خط الأساس المضمون. 5.قم بالمراقبة وإعادة التوازن شهرياً.تتبع استخدام دورات الشحن، والإيرادات لكل تدفق، ووقت تشغيل الشاحن. أعد موازنة قواعد التوزيع مع تغير التعريفات والبرامج.

إن تصميم مركز بهذه الطريقة يجمع بين أفضل ما في العالمين: الاقتصاد الحتمي للتخزين الثابت اليوم، والقيمة الاختيارية لبطاريات المركبات غدًا، مع نضوج أسواق المركبات ثنائية الاتجاه وشبكات الكهرباء معًا.

التعليمات

1. ما الفرق بين V2G و V2H في محطة الشحن؟تُزوّد ​​تقنية V2H المبنى بالطاقة خلف العداد دون تصديرها إلى الشبكة، بينما تُصدّر تقنية V2G الطاقة عبر العداد أو تُخفّض الطلب المُقاس. في مركز التوزيع، تُعدّ تقنية V2B (من المركبة إلى المبنى) لخفض الطلب عادةً النسخةَ الأعلى قيمةً والأسهل تطبيقًا من الشحن ثنائي الاتجاه.

2. هل يؤدي نظام V2G إلى إتلاف بطاريات السيارات الكهربائية؟تساهم دورات التفريغ الإضافية في تدهور عمر البطارية، لكن التأثير يكون طفيفًا عند التحكم في عمق التفريغ ودرجة الحرارة وعدد الدورات. يجب على المشغلين التأكد من أن ضمان الشركة المصنعة للمركبة يغطي تشغيل تقنية V2G وتعويض المالكين عن استخدام دورات الشحن والتفريغ.

3. هل يمكن لتقنية V2G أن تحل محل نظام تخزين الطاقة الثابت (BESS)؟لا، إن قدرة V2G قابلة للانقطاع وتعتمد على وجود المركبات وتسجيلها. يوفر نظام تخزين الطاقة الثابت (BESS) قدرة ثابتة ومتاحة دائمًا؛ أما V2G فهي طبقة تكميلية تضيف طاقة قابلة للتوزيع بتكلفة إضافية منخفضة.

4. ما هي المعايير التي يجب أن تدعمها شواحن V2G؟يدعم بروتوكول OCPP 2.0.1 معيار ISO 15118 للشحن والتوصيل ثنائي الاتجاه، ومعيار DIN 70121 للتوافقية في شحن التيار المستمر، وبروتوكول OCPP 2.0.1 للتحكم المُدار بواسطة نظام إدارة الطاقة. تتطلب عمليات نشر OCPP 1.6J القديمة عادةً ترقيات للبرامج الثابتة أو الأجهزة لتشغيلها ثنائي الاتجاه بشكل كامل.

5. ما هي مستويات الطاقة المتاحة لتقنية V2G التجارية اليوم؟تتراوح قدرة شواحن التيار المستمر ثنائية الاتجاه التجارية من 15 كيلوواط إلى 60 كيلوواط لكل منفذ. توفر شركة MIDA محطات شحن V2G بقدرات 15-30 كيلوواط، و22-44 كيلوواط، و30-60 كيلوواط، مزودة بموصلات CCS وCHAdeMO، وتعمل بوحدات ثنائية الاتجاه بقدرة 20-45 كيلوواط.

6. كيف تتشارك أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) وأنظمة نقل المركبات إلى الشبكة (V2G) في عبء العمل الخاص بالإرسال؟يُعطي نظام إدارة الطاقة في المركز الأولوية للأصول: البطاريات الثابتة أولاً (ثابتة)، ثم المركبات المسجلة ذات أوقات المغادرة المعروفة (مرنة)، ثم تقليص الأحمال. يضمن هذا التسلسل الهرمي تقديم الخدمة مع تحقيق أقصى قدر من الإيرادات.

7. ما هي أسرع طريقة لبدء تحقيق إيرادات من تقنية V2G؟قم بنشر مركز شحن متكامل مع نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) مزود بأجهزة جاهزة للعمل في كلا الاتجاهين، وقم بتسجيل أسطول من المركبات الخاصة، واستهدف خفض رسوم الطلب بالإضافة إلى برنامج لزيادة سعة المرافق. سيحقق هذان المساران عائدًا ماليًا في غضون أشهر، قبل السعي وراء عقود تنظيم التردد الأكثر تعقيدًا.