تحسين استجابة الطلب في محطات شحن أنظمة تخزين الطاقة الذكية

إجابة سريعة:تعني استجابة الطلب في محطات شحن أنظمة تخزين الطاقة الذكية (BESS) استخدام تخزين الطاقة بالبطاريات في الموقع، بالإضافة إلى إدارة ذكية للطاقة، لتحويل الطاقة أو تقليصها أو تصديرها استجابةً لإشارات أسعار الشبكة، أو أحداث استجابة الطلب من شركات الكهرباء، أو طلبات تنظيم التردد. يمكن لمحطة شحن سيارات كهربائية متكاملة مع بطاريات، ذات حجم مناسب، خفض رسوم الطلب بنسبة 20-40%، وزيادة عائدات تنظيم التردد وتقليل ذروة الطلب، وخفض متطلبات سعة ربط الشبكة بنسبة 30-50%، مع الحفاظ على تجربة سائقي السيارات الكهربائية دون تغيير. تجمع هذه الصيغة الناجحة بين أربعة عناصر تحكم: تقليل ذروة الطلب، وتحويل الأحمال، وإدارة الأحمال الديناميكية، وتفريغ الطاقة ثنائي الاتجاه من المركبة إلى الشبكة (V2G)، وكلها تُدار بواسطة نظام إدارة طاقة (EMS) متوافق مع معايير OCPP وISO 15118. عادةً ما يسترد المشغلون الذين يطبقون جميع هذه العناصر الأربعة تكلفة نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) في غضون 3-6 سنوات من خلال تجنب رسوم الطلب، وحوافز استجابة الطلب، وموازنة الطاقة.

أهم النقاط الرئيسية:

• رسوم الطلب، وليس تكاليف الطاقة، هي التي تهيمن على فواتير شحن المركبات الكهربائية التجارية؛ إذ يمكن أن تؤدي ذروة الطلب لمدة 30 دقيقة إلى محو هامش ربح شهر كامل.
• تُعد محطات الشحن الذكية المجهزة بنظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) هي البنية الوحيدة للموقع التي يمكنها شحن المركبات وبيع المرونة مرة أخرى إلى الشبكة.
• يشكل تقليل ذروة الطلب، وتحويل الأحمال، وإدارة الأحمال الديناميكية، وتفريغ V2G مجموعة تحسين من أربع طبقات يجب تنفيذها بالتسلسل.
• تحدد طبقة بروتوكول التحكم (OCPP 1.6J/2.0.1، ISO 15118، Modbus/DNP3) ما إذا كان بإمكان المحطة المشاركة فعليًا في برامج إدارة الطلب للمرافق.
• توفر مجموعة بطاريات بسعة 200-500 كيلوواط ساعة بحجم 0.5-1 ضعف طاقة الشحن أفضل عائد على الاستثمار في الاستجابة للطلب للمواقع التجارية النموذجية التي تتراوح قدرتها بين 120-480 كيلوواط.

فرصة الاستجابة للطلب الكامنة في موقع الشحن الخاص بك

يدير مشغل محطة أوروبي ثماني شواحن سريعة للتيار المستمر بقدرة 120 كيلوواط لكل منها في استراحة على الطريق السريع. يُعدّ استهلاك الطاقة الشهري متواضعًا، لكن فواتير الكهرباء تُظهر بندًا خاصًا برسوم الطلب يُمثّل ما يقارب 60% من تكلفة الكهرباء. ويعود السبب إلى ارتفاع مفاجئ في الطلب لمدة 15 دقيقة في فبراير، عندما وصلت ثماني شاحنات كهربائية في وقت واحد خلال موجة برد، وسحبت 900 كيلوواط من شبكة كهربائية مصممة لاستيعاب 800 كيلوواط فقط.

هذا السيناريو ليس استثنائيًا. عادةً ما تفرض تعريفات الكهرباء التجارية في أمريكا الشمالية وأوروبا وأستراليا رسومًا تتراوح بين 5 و20 دولارًا أمريكيًا لكل كيلوواط من ذروة الطلب، والتي تُقاس على فترات تتراوح بين 15 و30 دقيقة. بالنسبة لمحطة شحن السيارات الكهربائية، فإن تزامن ذروة الطلب لعدة مركبات - مثل أسطول توصيل عائد في الساعة الخامسة مساءً، أو محطة حافلات تُشحن ليلًا - يُحدث بالضبط ذلك النوع من الارتفاعات المفاجئة والعنيفة في الأحمال التي تُفرض عليها رسوم إضافية. وُجدت محطة شحن ذكية تعمل بنظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) خصيصًا لامتصاص هذه الارتفاعات. تُشحن البطارية خلال فترات انخفاض الأسعار والطلب، وتُفرغ خلال فترات ارتفاع الطلب، مما يُساهم في استقرار منحنى الحمل عند عداد المحطة.

تُوسّع استجابة الطلب هذا المنطق من موقع واحد إلى الشبكة بأكملها. تدفع شركات المرافق ومشغلو أنظمة النقل (TSOs) مقابل الأصول التي يمكنها خفض الاستهلاك أو ضخ الطاقة عند الطلب - عادةً ما بين 50 و300 دولار أمريكي لكل كيلوواط سنويًا مقابل التزامات السعة، بالإضافة إلى مدفوعات الطاقة لكل ميغاواط ساعة يتم توصيلها فعليًا أثناء حالات الطلب. يمكن لمحطة شحن مدعومة ببطاريات الاستجابة لحدث استجابة الطلب في أقل من ثانية واحدة والحفاظ على التفريغ لمدة تتراوح بين ساعة وأربع ساعات، مما يجعلها واحدة من أكثر الأصول الموزعة استجابةً التي يمكن لشركة المرافق التعاقد معها. وتُدرّ نفس الأجهزة التي تخدم السائقين مصدر دخل إضافي للموقع.

كيف تشارك محطة شحن نظام تخزين الطاقة بالبطاريات في الاستجابة للطلب

تُعدّ محطة شحن المركبات الكهربائية المتكاملة مع البطارية أساسًا أصلًا طاقيًا ثلاثي الأطراف: مدخلات الشبكة، وتخزين البطارية، ومخرجات المركبة. ويقع نظام إدارة الطاقة (EMS) في المنتصف، حيث يُحدد في الوقت الفعلي مسار كل كيلوواط. ويتبع التصميم تسلسلًا هرميًا بسيطًا.

المقياس الشبكةهذه هي الحقيقة. تستهدف جميع عمليات تحسين استجابة الطلب الواردات المقاسة: فالهدف ليس أبدًا زيادة الرسوم إلى أقصى حد، بل تقليل تكلفة الملف الإجمالي.عاكس BESS(عادةً ما تتراوح قدرة كل وحدة بين 100 و250 كيلوواط، على شكل محولات ثنائية الاتجاه من التيار المتردد إلى التيار المستمر أو من التيار المستمر إلى التيار المستمر) تقوم بتحويل التيار بين شبكة التيار المتردد وبطارية التيار المستمر.مجموعة شواحن الطاقةبالنسبة لشركة MIDA، تستمد محطة الشحن السريع المعيارية بقدرة 60-480 كيلوواط (محطة أرضية) أو نظام الشحن المنفصل بقدرة 360-1680 كيلوواط، الطاقة من ناقل التيار المستمر. في التصاميم المقترنة بالتيار المستمر، تغذي البطارية الشاحن مباشرةً دون تحويل مزدوج، مما يرفع كفاءة دورة الشحن والتفريغ إلى ما يقارب 92-95%.

يقوم نظام إدارة الطاقة بتنفيذ استراتيجية التعافي من الكوارث باستخدام مجموعة تحكم من أربع طبقات:

1. التنبؤ بالأحمال المحليةيتعلم نظام إدارة الطاقة أنماط الشحن حسب ساعة اليوم، ويوم الأسبوع، والفصل، ويتوقع الأحمال خلال الـ 24-48 ساعة القادمة. 2.السعر واستيعاب الإشارةتصل جداول التعريفات، وإشعارات أحداث إدارة الطلب على الطاقة، وأسعار السوق في الوقت الفعلي عبر بروتوكولات مثل OpenADR أو Modbus أو DNP3. 3.محرك التحسين: يقوم روتين تحسين الأعداد الصحيحة المختلطة بحل جدول شحن/تفريغ البطارية الذي يقلل التكلفة الإجمالية مع مراعاة أولوية الشاحن وحدود حالة شحن البطارية وحدود ربط الشبكة. 4.تنفيذيتم إرسال الجدول الزمني إلى عاكس BESS ويتم إبلاغه إلى أجهزة الشحن عبر OCPP، مع تقليل الطاقة أو زيادتها لكل جلسة حسب الحاجة.

سيحافظ نظام إدارة الطاقة المُحسَّن جيدًا على الطلب المقاس ضمن حد أقصى مرن (على سبيل المثال، 80٪ من سعة الاتصال) في جميع الأوقات، مما يوفر مساحة كافية لأحداث إدارة الطلب حيث تطلب شركة المرافق تقليصًا صارمًا.

استراتيجيات التحسين الأساسية التي تحقق وفورات قابلة للقياس

تتألف استراتيجية الاستجابة للطلب لمحطات شحن أنظمة تخزين الطاقة الذكية من أربع استراتيجيات. وهي استراتيجيات متكاملة، ويقوم المشغلون ذوو الخبرة بتشغيلها جميعًا في وقت واحد.

يُعدّ خفض ذروة الطلب نقطة انطلاق مثالية، إذ لا يتطلب عقودًا خارجية ويُحقق وفورات فورية. أما إدارة الأحمال الديناميكية فهي الترقية الأكثر فعالية: حيث تُتيح شواحن MIDA الذكية للسيارات الكهربائية ذات التيار المستمر (150-420 كيلوواط) التحكم في خرج الطاقة لكل جلسة عبر بروتوكول OCPP، مما يسمح للمشغل بتركيب شاحنين لكل 120 كيلوواط من سعة الشبكة بدلًا من شاحن واحد. ويُعدّ تنظيم التردد خدمة متميزة؛ فهو يُحسّن من عائد سرعة شحن البطارية، ولكنه يتطلب تعاقد المحطة مع مُشغّل نظام نقل الطاقة أو مُجمّع الطاقة.

مجموعة التحكم التي تجعل الاستجابة للطلب ممكنة

لا تمثل البطارية المادية والشواحن سوى نصف النظام. فالاستجابة للطلب تعتمد على البيانات، وتحدد حزمة البروتوكولات البرامج التي يمكن للمحطة الانضمام إليها.

ينبغي على مشغلي الشبكات الإصرار على دعم بروتوكول OCPP 2.0.1 في المعدات الجديدة، إذ يُضيف هذا البروتوكول ميزات أمان (مثل TLS وتحديثات البرامج الثابتة الموقعة) ووظائف الشحن الذكي الأصلية التي يفتقر إليها بروتوكول OCPP 1.6J. أما معيار ISO 15118-20 فهو المعيار الخاص بالمركبات الذي يحوّل تقنية V2G من مجرد تجربة معملية إلى خدمة شبكة كهربائية، حيث يُعنى بنقل الطاقة ثنائي الاتجاه، والمصادقة القائمة على الشهادات، وجدولة الطاقة في الوقت الفعلي بين الشاحن والسيارة. وبالنسبة لواجهة الشبكة، يُعدّ OpenADR 2.0b المعيار الفعلي لأحداث إدارة الطلب، بينما يُعدّ DNP3/IEC 61850 معيارًا مهمًا للمواقع التي ترغب في بيع تنظيم التردد مباشرةً إلى مشغل نظام النقل.

تكامل [وحدة شحن V2Gيحوّل هذا النظام أسطول المركبات نفسه إلى بطارية موزعة. تتيح وحدات MIDA ثنائية الاتجاه بقدرة 30 كيلوواط/40 كيلوواط ووحدات DC-DC V2G بقدرة 15 كيلوواط/20 كيلوواط لمحطة تجميع عشرات المركبات في مجمع تخزين افتراضي بسعة 1-2 ميغاواط، وهي سعة تُسهم في إدارة الطلب على الطاقة دون الحاجة إلى أي أجهزة بطاريات إضافية.

خارطة طريق التنفيذ: من معاناة الفواتير إلى إيرادات DR

تؤدي سلسلة من خمس خطوات إلى تحويل الموقع من نظام الفوترة السلبي إلى المشاركة الفعالة في الشبكة:

1. قم بمراجعة ملف تعريف الحمل.استخرج بيانات عداد المرافق لمدة 12 شهرًا بفواصل زمنية مدتها 15 دقيقة. حدد أهم 10 أحداث ذروة، ومدة كل منها، والسبب الرئيسي لها (وصول أسطول المركبات، الطقس البارد، الأحداث). 2.اختر البطارية ذات الحجم المناسب.بالنسبة لمحطة شحن بقدرة 120-480 كيلوواط، يغطي بنك بطاريات بسعة 200-500 كيلوواط ساعة (ما يعادل تقريبًا 0.5-1 ضعف قدرة الشحن بالكيلوواط ساعة) 90% من احتياجات تقليل ذروة الطلب. تتيح محطات تخزين الطاقة بالبطاريات المعيارية من MIDA - بدءًا من تكوينات 120 كيلوواط ساعة/60 كيلوواط وصولًا إلى [482 كيلوواط ساعة/320 كيلوواط](https://www.midapower.com/320kw-482kwh-bess-charger-mobile-ev-charging-station-energy-storage-system-product/) - إضافة سعة تخزينية على شكل وحدات قياسية. 3.قم بنشر نظام إدارة الطاقة (EMS) وقم بتوصيل أجهزة الشحن عبر بروتوكول OCPP.قم بضبط إدارة الأحمال الديناميكية قبل البدء ببرامج التعافي من الكوارث؛ فهي وحدها قادرة على مضاعفة استخدام سعة الموقع. 4.انضم إلى برامج القدرة والاستجابة للطوارئ في مجال الطاقة.ابدأ بأحداث إدارة الطلب على الطاقة للمرافق (OpenADR)، ثم انتقل إلى أسواق الخدمات المساعدة لمشغلي أنظمة النقل إذا سمحت القواعد المحلية بمشاركة التخزين. 5.أضف خاصية V2G والتجميع.التعاقد مع جهة تجميع لدمج الموقع مع أصول أخرى، مما يتيح تنظيم الترددات ومدفوعات سوق السعة.

ماذا يعني هذا بالنسبة لخطة عملك؟

تُشكّل اقتصاديات الاستجابة للطلب الفرق بين محطة شحن بالكاد تُغطي تكاليفها وأخرى تُحقق عوائد تُضاهي البنية التحتية. لنفترض محطة شحن بنظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) بقدرة 320 كيلوواط وسعة تخزين 482 كيلوواط/ساعة، تخدم مركزًا رئيسيًا على طريق سريع. تنخفض رسوم الطلب بنحو 30%، مما يُوفر ما بين 18,000 و30,000 دولار أمريكي سنويًا وفقًا للتعريفات التجارية المعتادة. يُضيف نظام المراجحة حسب وقت الاستخدام (TOU) ما بين 8,000 و15,000 دولار أمريكي سنويًا. يُساهم عقد الاستجابة للطلب (DR) بسعة تتراوح بين 6,000 و12,000 دولار أمريكي سنويًا، بينما يُضيف تنظيم التردد ما بين 10,000 و25,000 دولار أمريكي في حال كان سوق مُشغل نظام النقل (TSO) مفتوحًا. تُشير الفوائد السنوية المُجمعة التي تتراوح بين 40,000 و80,000 دولار أمريكي، مُقابل علاوة نظام تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) التي تتراوح بين 150,000 و250,000 دولار أمريكي، إلى استرداد التكلفة خلال 3 إلى 6 سنوات، وذلك قبل احتساب تكلفة ترقيات ربط الشبكة المُتجنبة، والتي تتجاوز تكلفة البطارية بالكامل في العديد من مواقع الطرق السريعة.

المواقع التي تفوز في مجال إدارة الطلب على الطاقة هي تلك التي تتعامل مع البطارية كأصل من أصول الشبكة الكهربائية، لا كملحق للشحن. يجب أن يكون لكل كيلوواط من سعة التخزين جدول زمني للتشغيل، وعقد إيرادات، ونتائج قابلة للقياس. بفضل البنى المعيارية وأنظمة التحكم المتوافقة مع معيار OCPP/ISO 15118 المتوفرة اليوم، لم يعد هناك أي عائق تقني بين موقع الشحن وأسواق مرونة الطاقة.

التعليمات

1. ما هو استجابة الطلب في محطة شحن نظام تخزين الطاقة بالبطاريات؟الاستجابة للطلب هي ممارسة تقليل أو تحويل استهلاك الشبكة في الموقع - أو حقن الطاقة المخزنة - استجابةً لإشارات الأسعار، أو أحداث الاستجابة للطلب الخاصة بالمرافق، أو مكالمات تنظيم تردد الشبكة، باستخدام بطارية المحطة وأنظمة التحكم الذكية.

2. ما مقدار التخفيض الذي يمكن أن تحققه استجابة الطلب في فاتورة الكهرباء لموقع الشحن الخاص بي؟عادةً ما يقوم المشغلون بخفض رسوم الطلب بنسبة 20-40% وتكاليف الطاقة بنسبة 10-30% من خلال تحويل الأحمال، مع إمكانية تحقيق وفورات مجمعة تتراوح بين 40000 و80000 دولار أمريكي سنويًا في المواقع من فئة 300 كيلوواط.

3. هل يلاحظ السائقون عندما تشارك المحطة في الاستجابة للطلب؟لا. يقوم نظام إدارة الطاقة (EMS) بضبط سرعة الشحن أو زيادتها ضمن حدود الطاقة المتفق عليها لكل جلسة، ويتم تعويض النقص عن طريق تفريغ البطارية. ويلاحظ السائقون نفس سرعات الشحن وأوقات الجلسات.

4. ما الفرق بين تقليل ذروة الطلب وتحويل الحمل؟يُحدِّد نظام تقليل ذروة الطلب الحد الأقصى للطلب المُقاس للموقع عن طريق تفريغ البطارية خلال فترة الذروة، بينما ينقل نظام تحويل الأحمال استهلاك الطاقة من ساعات الذروة المكلفة إلى ساعات خارج الذروة الرخيصة. يستهدف نظام تقليل ذروة الطلب رسوم الطلب، بينما يستهدف نظام تحويل الأحمال سعر الطاقة.

5. هل تحتاج محطة تخزين الطاقة الخاصة بي إلى بروتوكولات خاصة للانضمام إلى برامج إدارة الطلب على الطاقة الخاصة بالمرافق؟نعم. معايير OpenADR 2.0b لأحداث استجابة الطلب من المرافق، وOCPP 2.0.1 للتحكم في الشواحن، وISO 15118 لتقنية V2G هي المعايير الأساسية. يمكن للأجهزة القديمة المتوافقة مع OCPP 1.6J المشاركة عبر نظام إدارة الطاقة، ولكن بميزات أقل.

6. هل يمكن لبطاريات المركبات أن تحل محل نظام تخزين الطاقة بالبطاريات الموجود في الموقع للاستجابة للطلب؟جزئياً. يمكن للمركبات القادرة على استخدام تقنية V2G أن تساهم بقدرة مرنة تتراوح بين 50 و150 كيلوواط لكل أسطول صغير، ولكن يظل نظام تخزين الطاقة بالبطاريات في الموقع ضرورياً لضمان الاستجابة المتاحة دائماً - فالمركبات متوقفة بشكل غير متوقع، بينما البطاريات ليست كذلك.

7. ما هي فترة استرداد تكلفة نظام تخزين الطاقة بالبطاريات في موقع شحن المركبات الكهربائية مع تحسين استجابة الطلب؟مع تفعيل جميع طبقات التحسين الأربعة، عادةً ما يقع وقت الاسترداد في نطاق 3-6 سنوات؛ ويمكن للمواقع التي تتجنب ترقيات اتصال الشبكة أن ترى وقت الاسترداد في غضون 3 سنوات.