به حداکثر رساندن بازگشت سرمایه: کاهش TCO با زیرساخت BESS

پاسخ سریع

ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) با هدف قرار دادن سه عامل اصلی هزینه در کل هزینه مالکیت (TCO)، یعنی هزینه‌های تقاضا، خرید انرژی و هزینه‌های اتصال به شبکه، بازگشت سرمایه سایت‌های شارژ سریع DC را بهبود می‌بخشد. برای یک هاب شارژ سریع معمولی ۴۸۰ کیلوواتی، هزینه‌های تقاضا به تنهایی می‌تواند ۳۰ تا ۷۰ درصد از صورتحساب ماهانه برق را تشکیل دهد. یک BESS با اندازه مناسب، این اوج مصرف را کاهش می‌دهد، خرید انرژی را به ساعات غیر اوج مصرف منتقل می‌کند و به سایت اجازه می‌دهد تا ارتقاء ترانسفورماتور را که به طور معمول ۵۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ دلار هزینه دارد، به تعویق بیندازد یا کوچک کند. دوره‌های بازگشت سرمایه حاصل برای زیرساخت‌های شارژ مجهز به BESS معمولاً در محدوده ۴ تا ۷ سال قرار می‌گیرد، در حالی که برای ساخت‌وسازهای فقط متصل به شبکه، ۸ تا ۱۲ سال است، البته قبل از محاسبه مزایای انعطاف‌پذیری و زمان بهره‌برداری. بنابراین، حداکثرسازی بازگشت سرمایه از جدول طراحی شروع می‌شود: تعیین اندازه ذخیره‌سازی در برابر منحنی بار واقعی، نه در برابر توان شارژر نصب شده.

نکات کلیدی

• هزینه‌های تقاضا، و نه حجم انرژی، بر هزینه عملیاتی شارژ سریع DC غالب هستند - اصلاح اوج مصرف BESS بالاترین اهرم TCO است.
• اتصال به شبکه و ارتقاء ترانسفورماتور اغلب بزرگترین هزینه سرمایه‌ای را به خود اختصاص می‌دهند؛ BESS آنها را کاهش می‌دهد یا به تعویق می‌اندازد.
• آربیتراژ انرژی و خودمصرفی خورشیدی، علاوه بر اصلاح اوج مصرف، یک لایه درآمد/هزینه دوم اضافه می‌کنند.
• تصمیمات عملیاتی - مدیریت حرارتی، استهلاک باتری، مدیریت OCPP و قراردادهای تعمیر و نگهداری - بی‌سروصدا TCO ده ساله را تعیین می‌کنند.
• مدل‌های بازگشت سرمایه باید یک سایت را با مبنای شبکه‌ای آن مقایسه کنند و بازگشت سرمایه را بر اساس هزینه‌های سرمایه‌ای افزایشی بسنجند، نه بر اساس کل پروژه.

ساختار هزینه‌ای که اکثر اپراتورها اشتباه می‌کنند

یک ایستگاه شارژ سریع DC با توان ۴۸۰ کیلووات به ندرت مصرف‌کننده‌ای با توان ۴۸۰ کیلووات است. بار شارژ ناوگان و عمومی بسیار متغیر است: یک مرکز بزرگراه ممکن است به طور متوسط ​​۳۰ تا ۴۰ درصد از برق را مصرف کند، اما وقتی شش وسیله نقلیه به طور همزمان شارژ می‌شوند، به مدت ۱۵ تا ۳۰ دقیقه تمام برق را مصرف می‌کند. شرکت‌های برق، اوج مصرف، نه میانگین، را از طریق هزینه‌های تقاضا محاسبه می‌کنند - معمولاً ۵ تا ۲۰ دلار به ازای هر کیلووات در ماه علاوه بر نرخ انرژی حجمی. یک افزایش تقاضای ۴۸۰ کیلوواتی که می‌توانست به ۲۴۰ کیلووات کاهش یابد، ماهانه ۱۴۰۰ تا ۵۸۰۰ دلار برای اپراتور هزینه قابل اجتناب دارد که معادل ۱۷۰۰۰ تا ۷۰۰۰۰ دلار در سال برای یک کنتور واحد است.

به همین دلیل است که اقتصاد شارژ فقط شبکه در مقیاس بزرگ سقوط می‌کند: به محض اینکه چندین شارژر پرقدرت نصب می‌کنید، منحنی هزینه تقاضا سریع‌تر از رشد درآمد شیب می‌گیرد. ذخیره‌سازی باتری این منحنی را می‌شکند. BESS در طول شب با نرخ‌های انرژی خارج از اوج مصرف شارژ می‌شود، سپس در طول پنجره اوج مصرف سایت تخلیه می‌شود و تقاضای اندازه‌گیری شده را در سطح توافقی محدود می‌کند. محاسبات قطعی است - به قیمت‌های ناپایدار انرژی یا یارانه‌های دولتی بستگی ندارد - که آن را به پایه و اساس هر مدل معتبر TCO تبدیل می‌کند.

آناتومی TCO: پول در طول 10 سال کجا می‌رود؟

هزینه کل مالکیت (TCO) برای یک سایت شارژ به چهار بخش تقسیم می‌شود. اپراتورها معمولاً کوچکترین بخش (قیمت سخت‌افزار) را بهینه می‌کنند و سه بخش دیگر را که غالب هستند، نادیده می‌گیرند.

این بینش ناخوشایند اما رهایی‌بخش است: سخت‌افزار شارژر هزینه اصلی نیست. اپراتور سایتی که 10٪ تخفیف روی قیمت شارژر می‌گیرد، کمتر از اپراتوری که هزینه‌های دیماند را 40٪ کاهش می‌دهد، صرفه‌جویی می‌کند. زیرساخت BESS تنها مؤلفه‌ای است که به‌طور همزمان انرژی، شبکه و هزینه‌های عملیاتی را فشرده می‌کند.

جایی که حملات BESS هزینه دارند: سه مکانیسم

۱. کاهش هزینه تقاضا (لنگر)

یک EMS به طور مداوم بار سایت را پیش‌بینی می‌کند و باتری را در طول پیک‌های پیش‌بینی‌شده دشارژ می‌کند و کیلووات اندازه‌گیری‌شده را زیر سقف قراردادی نگه می‌دارد. این اثر پیچیده‌تر می‌شود زیرا هر کیلووات کاهش‌یافته، ضریب تقاضای صورتحساب شرکت برق را که برای هزینه‌های انتقال و توزیع در بسیاری از تعرفه‌ها استفاده می‌شود، کاهش می‌دهد.

۲. آربیتراژ انرژی و خودمصرفی خورشیدی

همان باتری که در مواقع اوج مصرف، یعنی زمانی که انرژی ارزان‌ترین است - نرخ‌های شبانه یا مازاد خورشیدی ظهر، زمانی که سایت دارای فتوولتائیک پشت بامی یا سایبانی است - هزینه‌های اوج مصرف را کاهش می‌دهد. هر کیلووات ساعتی که از قیمت‌گذاری اوج مصرف به غیر اوج مصرف تغییر می‌کند، اختلاف تعرفه را که معمولاً 0.05 تا 0.20 دلار آمریکا به ازای هر کیلووات ساعت است، در بر می‌گیرد. با بیش از 300 چرخه در سال برای یک باتری 625 کیلووات ساعتی، لایه آربیتراژ به تنهایی می‌تواند سالانه 9000 تا 37000 دلار آمریکا بسته به بازار، به این امر کمک کند.

۳. تعویق ارتقاء شبکه

مطالعات اتصال به شبکه برق برای سایت‌های جدید با توان بالا، اغلب هزینه ارتقاء ترانسفورماتور را ۵۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ دلار آمریکا با زمان انتظار ۱۲ تا ۱۸ ماه اعلام می‌کنند. یک BESS که تضمین می‌کند سایت هرگز بیش از مثلاً ۳۰۰ کیلووات از شبکه برق مصرف نمی‌کند، یک اتصال ۱۰۰۰ کیلوولت‌آمپر را به یک اتصال ۴۰۰ کیلوولت‌آمپر تبدیل می‌کند - که اغلب ارتقاء را به طور کامل حذف کرده و زمان‌بندی پروژه را بیش از یک سال کوتاه می‌کند. این فشرده‌سازی TCO در سمت سرمایه است و اغلب عامل تعیین‌کننده برای سایت‌های Brownfield با فیدرهای محدود است.

سناریوی بازگشت سرمایه: یک هاب ۴۸۰ کیلوواتی با ۶۲۵ کیلووات ساعت BESS

یک مقایسه‌ی ملموس را در نظر بگیرید. سایت A یک هاب بزرگراهی ۴۸۰ کیلوواتیِ متصل به شبکه (چهار شارژر ۱۲۰ کیلوواتی) است. سایت B همان هاب به علاوه‌ی یک ایستگاه شارژ یکپارچه‌ی BESS با ظرفیت ۶۲۵ کیلووات ساعت (https://www.midapower.com/bess-charging-station/) و اتصال به شبکه‌ی ۳۰۰ کیلوواتی است. هر دو ترافیک یکسانی را ارائه می‌دهند: ۱۵۰ جلسه در روز، میانگین جلسه ۳۰ کیلووات ساعت.

این اعداد گویا هستند اما در ساختارهای تعرفه‌ای ایالات متحده و اتحادیه اروپا، از نظر جهت‌گیری، قوی هستند: سایت BESS هزینه‌های عملیاتی سالانه مربوط به انرژی را تقریباً 20 تا 30 درصد کاهش می‌دهد، از هزینه‌های اتصال پنج رقمی جلوگیری می‌کند و هزینه‌های سرمایه‌ای افزایشی خود را تقریباً در 4 تا 6 سال بازیابی می‌کند. هر چیزی پس از آن حاشیه سود است - و این مرکز همچنین در برابر قطعی برق مقاوم است، که از درآمد در طول رویدادهای شبکه‌ای که می‌تواند یک رقیب فقط شبکه‌ای را از کار بیندازد، محافظت می‌کند.

هزینه‌های عملیاتی که بی‌سروصدا بازگشت سرمایه را از بین می‌برند

قیمت خرید طعمه است؛ هزینه عملیاتی تله است. پنج تصمیم عملیاتی تعیین می‌کند که آیا یک سایت BESS به بازگشت سرمایه مدل‌سازی شده خود می‌رسد یا خیر:

1. مدیریت حرارتی.باتری‌های لیتیومی در دمای بالاتر از ۳۵ درجه سانتی‌گراد و کمتر از ۰ درجه سانتی‌گراد دچار افت ظرفیت می‌شوند. سیستم‌های خنک‌کننده مایع، توان نامی خود را در شرایط محیطی ۵۰ درجه سانتی‌گراد حفظ می‌کنند؛ سیستم‌های خنک‌کننده هوا در اوج مصرف تابستان - دقیقاً زمانی که هزینه‌های تقاضا در بالاترین حد خود هستند - ۱۰ تا ۲۵ درصد از توان عملیاتی خود را از دست می‌دهند. ماژول‌های برق خنک‌کننده مایع (https://www.midapower.com/liquid-cooled-power-module/) و مدیریت حرارتی باتری را متناسب با آب و هوای خود مشخص کنید. ۲.نظم و انضباط دوچرخه‌سواری باتری.هر چرخه معادل کامل، بخش کوچکی از عمر باتری را مصرف می‌کند. EMS باید عمق دشارژ را به سطحی که مدل مالی فرض می‌کند محدود کند (معمولاً ۸۰ تا ۹۰ درصد DOD، بیش از ۶۰۰۰ چرخه). انضباط باند محافظ، پول رایگان است. ۳.هزینه‌های نرم‌افزار و مدیریتپلتفرم‌های مدیریتی سازگار با OCPP، ماهانه به ازای هر شارژر هزینه دریافت می‌کنند. پلتفرم‌هایی را انتخاب کنید که BESS، شارژرها و اندازه‌گیری را در یک پنل جمع‌آوری کنند - تکه‌تکه شدن پلتفرم، به‌طور نامحسوس ۱۰۰ تا ۵۰۰ دلار آمریکا به ازای هر پورت در سال اضافه می‌کند. ۴.نگهداری پیشگیرانه در مقابل نگهداری از خرابی.حلقه‌های خنک‌کننده مایع، کنتاکتورها و رله‌های حفاظتی نیاز به سرویس برنامه‌ریزی‌شده دارند. یک قطعی برق برنامه‌ریزی‌نشده در یک هاب ۴۸۰ کیلوواتی می‌تواند هزینه‌ای بیش از قرارداد تعمیر و نگهداری سالانه، از نظر درآمد از دست رفته و هزینه‌های جریمه برق، داشته باشد. ۵.هماهنگی گارانتی.گارانتی باتری‌ها بر اساس چرخه یا سال، هر کدام که زودتر اتفاق بیفتد، ذکر می‌شود. مدت گارانتی را با بودجه‌ی چرخه‌ی آربیتراژ/پیک اصلاح مطابقت دهید، در غیر این صورت باتری قبل از شارژر، سال‌های گارانتی‌اش تمام می‌شود.

گزینه‌های تدارکات و طراحی که از بازگشت سرمایه محافظت می‌کنند

تصمیماتی که بازگشت سرمایه (ROI) را به حداکثر می‌رسانند، قبل از سفارش خرید گرفته می‌شوند، نه بعد از:

• اندازه‌ی ذخیره‌سازی را با منحنی بار تطبیق دهید، نه با پلاک شارژر.مشخصات تقاضای واقعی سایت را برای ۱۲ ماه بهره‌برداری مدل‌سازی کنید. یک باتری ۶۲۵ کیلووات ساعتی می‌تواند پیک‌های یک هاب ۴۸۰ کیلوواتی را صاف کند؛ یک واحد ۲۶۱ کیلووات ساعتی برای یک سایت ۱۲۰ تا ۲۰۰ کیلوواتی مناسب است. برآورد بیش از حد، هزینه‌های سرمایه‌ای را هدر می‌دهد؛ برآورد کمتر از حد، هزینه‌های تقاضا را روی میز می‌گذارد.
• سیستم‌های یکپارچه را ترجیح می‌دهند.یک [شارژر یکپارچه BESS](https://www.midapower.com/integrated-bess-charger/) - باتری، EMS، تبدیل برق و شارژرهای DC در یک معماری - در مقایسه با ترکیب قطعات از چهار فروشنده، ریسک مهندسی، راه‌اندازی و یکپارچه‌سازی را کاهش می‌دهد. رابط‌های کمتر به معنای نقاط خرابی کمتر و یک مالک گارانتی واحد است.
• ماژولار بودن را در خود جای دهید.[BESS کانتینری و کابینتی](https://www.midapower.com/bess-charger-container/) امکان گسترش ظرفیت را با افزایش ترافیک فراهم می‌کند و از ساخت و ساز بیش از حد در امروز و دارایی‌های بلااستفاده در فردا جلوگیری می‌کند.
• ابتدا اتصال شبکه را مدل‌سازی کنید.قبل از نهایی کردن تعداد شارژرها، درخواست مطالعه اتصال متقابل شرکت برق را بدهید. تفاوت بین «نیازی به ارتقاء نیست» و «ارتقاء ۱۰۰۰ کیلوولت‌آمپر» می‌تواند از کل بودجه BESS بیشتر شود.
• انطباق با کد شبکه را تأیید کنید.گواهینامه اینورتر (CE، UL یا کدهای شبکه محلی) و محافظت در برابر جزیره‌ای شدن، تعیین می‌کند که آیا سایت می‌تواند به طور قانونی فعالیت و صادرات داشته باشد یا خیر. سخت‌افزارهای ناسازگار می‌توانند راه‌اندازی را ماه‌ها متوقف کنند.

سوالات متداول

۱. دوره بازگشت سرمایه معمول برای BESS در یک سایت شارژ چقدر است؟برای سایت‌هایی با هزینه‌های دیماند قابل توجه (۸+ دلار آمریکا به ازای هر کیلووات ماه)، هزینه‌های سرمایه‌ای افزایشی BESS معمولاً طی ۴ تا ۷ سال از طریق اصلاح پیک، آربیتراژ و صرفه‌جویی در هزینه‌های شبکه، بازگشت سرمایه می‌کند. سایت‌هایی با تعرفه‌های ثابت یا بدون هزینه دیماند، برای توجیه ذخیره‌سازی به آربیتراژ انرژی یا ارزش تاب‌آوری نیاز دارند.

۲. BESS چقدر می‌تواند هزینه‌های دیماند را کاهش دهد؟یک سیستم با اندازه مناسب معمولاً اوج مصرف اندازه‌گیری شده را 30 تا 60 درصد کاهش می‌دهد که مستقیماً به صرفه‌جویی در هزینه تقاضا تبدیل می‌شود. این کاهش به نسبت توان باتری به اوج مصرف و بازه زمانی تخلیه سایت بستگی دارد.

۳. آیا BESS اندازه اتصال شبکه مورد نیاز را کاهش می‌دهد؟بله. ذخیره‌سازی به سایت اجازه می‌دهد تا نمایی مسطح‌تر و محدودتر از شبکه را ترسیم کند. بسیاری از اپراتورها اتصالات را از ۱۰۰۰ کیلوولت‌آمپر به ۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر کاهش می‌دهند، که این امر باعث حذف ارتقاء ترانسفورماتورها به ارزش ۵۰ تا ۲۰۰ هزار دلار و کوتاه‌تر شدن زمان‌بندی پروژه‌ها می‌شود.

۴. چه سهمی از TCO مربوط به هزینه‌های دیماند است؟برای سایت‌های شارژ سریع DC، هزینه‌های تقاضا و شبکه معمولاً 30 تا 70 درصد از صورتحساب ماهانه برق و 40 تا 60 درصد از TCO ده ساله را در صورت ترکیب با هزینه‌های انرژی تشکیل می‌دهند. این بزرگترین بخش هزینه‌های قابل رسیدگی است.

۵. تخریب باتری چگونه بر مدل بازگشت سرمایه (ROI) تأثیر می‌گذارد؟تخریب، تعداد چرخه‌های باتری در طول عمر خود را تعیین می‌کند. مدل‌های مالی باید بیش از ۶۰۰۰ چرخه را در عمق دشارژ ۸۰ تا ۹۰ درصد با مدیریت حرارتی مایع فرض کنند؛ سیستم‌های خنک‌کننده هوا در آب و هوای گرم ممکن است ۲۰ تا ۳۰ درصد چرخه‌های قابل استفاده کمتری ارائه دهند و به همین نسبت، بازگشت سرمایه را افزایش دهند.

۶. آیا خنک‌کننده مایع ارزش هزینه اضافی برای BESS را دارد؟در بیشتر اقلیم‌های تجاری، بله. خنک‌کننده مایع، توان عملیاتی نامی را در دماهای محیطی بالا حفظ می‌کند، عمر چرخه را افزایش می‌دهد و خرابی‌های مرتبط با گرما را کاهش می‌دهد. برای سایت‌هایی که دمای اوج تابستان آنها بالای 30 درجه سانتیگراد است، افزایش توان عملیاتی و طول عمر معمولاً ظرف سه سال از حق بیمه سرمایه‌ای فراتر می‌رود.

۷. آیا می‌توان زیرساخت BESS را به یک سایت شارژ موجود اضافه کرد؟بله. واحدهای BESS کانتینری و کابینتی با زیرساخت‌های باس AC یا DC موجود ادغام می‌شوند و پلتفرم‌های EMS سازگار با OCPP می‌توانند روی شارژرهای قدیمی قرار گیرند. مقاوم‌سازی در مواردی که ظرفیت شبکه یا هزینه‌های تقاضا، سودآوری یک سایت موجود را محدود می‌کند، رایج است.