بهینه‌سازی پاسخگویی به تقاضا در ایستگاه‌های شارژ هوشمند BESS

پاسخ سریع:پاسخگویی به تقاضا در [ایستگاه‌های شارژ هوشمند BESS](https://www.midapower.com/energy-storage-charging-station) به معنای استفاده از ذخیره‌سازی انرژی باتری در محل به همراه مدیریت هوشمند انرژی برای تغییر، محدود کردن یا صادرات برق در پاسخ به سیگنال‌های قیمت شبکه، رویدادهای DR شرکت برق یا درخواست‌های تنظیم فرکانس است. یک سایت شارژ خودروهای برقی یکپارچه با باتری با اندازه مناسب می‌تواند هزینه‌های تقاضا را 20 تا 40 درصد کاهش دهد، درآمد تنظیم فرکانس و اصلاح اوج مصرف را آزاد کند و الزامات ظرفیت اتصال شبکه را 30 تا 50 درصد کاهش دهد - در حالی که تجربه رانندگان خودروهای برقی بدون تغییر باقی می‌ماند. فرمول برنده چهار کنترل را ترکیب می‌کند: اصلاح اوج مصرف، تغییر بار، مدیریت پویای بار و تخلیه دو طرفه V2G، که همگی توسط یک EMS که با OCPP و ISO 15118 صحبت می‌کند، هماهنگ می‌شوند. اپراتورهایی که هر چهار لایه را پیاده‌سازی می‌کنند، معمولاً حق بیمه BESS را ظرف 3 تا 6 سال از طریق اجتناب از هزینه‌های تقاضا، مشوق‌های DR و آربیتراژ انرژی بازیابی می‌کنند.

نکات کلیدی:

• هزینه‌های تقاضا، و نه هزینه‌های انرژی، بر صورتحساب‌های شارژ خودروهای برقی تجاری غالب هستند؛ یک افزایش ۳۰ دقیقه‌ای در اوج مصرف می‌تواند حاشیه سود یک ماه را از بین ببرد.
• ایستگاه‌های شارژ هوشمند مجهز به BESS تنها معماری سایت هستند که می‌توانند هم وسایل نقلیه را شارژ کنند و هم انعطاف‌پذیری را به شبکه برگردانند.
• اصلاح اوج مصرف، جابجایی بار، مدیریت پویای بار و تخلیه V2G یک پشته بهینه‌سازی چهار لایه را تشکیل می‌دهند که باید به ترتیب پیاده‌سازی شوند.
• لایه پروتکل کنترل (OCPP 1.6J/2.0.1، ISO 15118، Modbus/DNP3) تعیین می‌کند که آیا یک ایستگاه واقعاً می‌تواند در برنامه‌های DR شرکت کند یا خیر.
• یک بانک باتری ۲۰۰ تا ۵۰۰ کیلووات ساعتی با اندازه ۰.۵ تا ۱ برابر توان شارژ، بهترین بازگشت سرمایه (ROI) در پاسخ به تقاضا را برای سایت‌های تجاری معمول ۱۲۰ تا ۴۸۰ کیلووات ارائه می‌دهد.

فرصت پاسخگویی به تقاضا که در محل شارژ شما پنهان شده است

یک اپراتور سایت اروپایی، هشت شارژر سریع ۱۲۰ کیلوواتی DC را در یک استراحتگاه بزرگراه راه‌اندازی می‌کند. مصرف انرژی ماهانه ناچیز است، اما قبوض آب و برق نشان می‌دهد که یک ردیف هزینه تقاضا تقریباً ۶۰٪ از هزینه برق را تشکیل می‌دهد. دلیل آن یک جهش ۱۵ دقیقه‌ای در ماه فوریه است، زمانی که هشت کامیون برقی به طور همزمان در طول یک موج سرما از راه رسیدند و ۹۰۰ کیلووات از یک اتصال شبکه به اندازه ۸۰۰ کیلووات برداشت کردند.

این سناریو استثنایی نیست. تعرفه‌های برق تجاری در سراسر آمریکای شمالی، اروپا و استرالیا معمولاً ۵ تا ۲۰ دلار آمریکا به ازای هر کیلووات اوج تقاضا است که در فواصل ۱۵ یا ۳۰ دقیقه‌ای اندازه‌گیری می‌شود. برای یک سایت شارژ خودروهای برقی، همزمانی اوج مصرف چندین وسیله نقلیه - یک ناوگان تحویل که ساعت ۵ بعد از ظهر برمی‌گردد، یا یک ایستگاه اتوبوس که در طول شب شارژ می‌شود - دقیقاً همان نوع افزایش ناگهانی بار کوتاه و شدید را ایجاد می‌کند که هزینه‌های تقاضا آن را جبران می‌کند. یک ایستگاه شارژ هوشمند BESS دقیقاً برای جذب این افزایش‌ها وجود دارد. باتری در دوره‌های زمانی کم قیمت و کم تقاضا شارژ می‌شود و در دوره زمانی پر تقاضا تخلیه می‌شود و نمودار بار سایت را در کنتور مسطح می‌کند.

پاسخگویی به تقاضا این منطق را از یک سایت واحد به کل شبکه گسترش می‌دهد. شرکت‌های برق و اپراتورهای سیستم انتقال (TSO) به دارایی‌هایی که می‌توانند مصرف را کاهش دهند یا برق را بر اساس دستور تزریق کنند، پول پرداخت می‌کنند - معمولاً 50 تا 300 دلار آمریکا به ازای هر کیلووات-سال برای تعهدات ظرفیت، به علاوه پرداخت انرژی به ازای هر مگاوات ساعت که واقعاً در طول رویدادها تحویل داده می‌شود. یک ایستگاه شارژ باتری‌دار می‌تواند در کمتر از یک ثانیه به یک رویداد DR پاسخ دهد و تخلیه را به مدت 1 تا 4 ساعت حفظ کند، که آن را به یکی از پاسخگوترین دارایی‌های توزیع‌شده‌ای تبدیل می‌کند که یک شرکت برق می‌تواند با آن قرارداد ببندد. همان سخت‌افزاری که به رانندگان خدمت می‌کند، جریان درآمد دومی را برای سایت ایجاد می‌کند.

چگونه یک ایستگاه شارژ BESS در پاسخگویی به تقاضا مشارکت می‌کند

یک ایستگاه شارژ خودروهای برقی مجهز به باتری، اساساً یک دارایی انرژی سه ترمیناله است: ورودی شبکه، ذخیره باتری و خروجی خودرو. سیستم مدیریت انرژی (EMS) در وسط قرار دارد و در لحظه تصمیم می‌گیرد که هر کیلووات به کجا جریان یابد. معماری آن از یک سلسله مراتب ساده پیروی می‌کند.

متر شبکهنکته‌ی حقیقت همین است. تمام بهینه‌سازی‌های پاسخگویی به تقاضا، واردات اندازه‌گیری‌شده را هدف قرار می‌دهند: هدف هرگز به حداکثر رساندن هزینه نیست، بلکه به حداقل رساندن هزینه‌ی کلِ مشخصات است.اینورتر BESS(معمولاً ۱۰۰ تا ۲۵۰ کیلووات در هر کابینت، به شکل مبدل‌های دوطرفه AC-DC یا DC-DC) بین شبکه AC و باتری DC تبدیل می‌کند.پشته قدرت شارژر— برای MIDA، یک ایستگاه مدولار ۶۰ تا ۴۸۰ کیلوواتی [ایستگاه زمینی] (https://www.midapower.com/dc-fast-charger-station) یا یک سیستم تقسیم ۳۶۰ تا ۱۶۸۰ کیلوواتی — از باس DC برق می‌گیرد. در طرح‌های DC-coupled، باتری مستقیماً و بدون تبدیل دوگانه، شارژر را تغذیه می‌کند که راندمان رفت و برگشت را تقریباً به ۹۲ تا ۹۵ درصد افزایش می‌دهد.

EMS استراتژی DR را با استفاده از یک پشته کنترل چهار لایه اجرا می‌کند:

1. پیش‌بینی بار محلیسیستم مدیریت انرژی (EMS) الگوهای شارژ را بر اساس ساعت روز، روز هفته و فصل یاد می‌گیرد و میزان بار مصرفی ۲۴ تا ۴۸ ساعت آینده را پیش‌بینی می‌کند. ۲.قیمت و جذب سیگنال: برنامه‌های تعرفه، اطلاعیه‌های رویداد DR شرکت برق، و قیمت‌های بازار در زمان واقعی از طریق پروتکل‌هایی مانند OpenADR، Modbus یا DNP3 ارائه می‌شوند. ۳.موتور بهینه‌سازی: یک روال بهینه‌سازی عدد صحیح مختلط، برنامه شارژ/دشارژ باتری را حل می‌کند که هزینه کل را به حداقل می‌رساند و در عین حال اولویت شارژر، محدودیت‌های SOC باتری و محدودیت‌های اتصال شبکه را رعایت می‌کند. ۴.اعدامبرنامه به اینورتر BESS ارسال شده و از طریق OCPP به شارژرها اطلاع داده می‌شود و در صورت نیاز، توان در هر جلسه کاهش یا افزایش می‌یابد.

یک سیستم مدیریت انرژی (EMS) که به خوبی تنظیم شده باشد، تقاضای اندازه‌گیری شده را همیشه در یک سقف نرم (مثلاً ۸۰٪ ظرفیت اتصال) نگه می‌دارد و فضای کافی را برای رویدادهای DR که در آن شرکت برق درخواست کاهش شدید می‌کند، حفظ می‌کند.

استراتژی‌های اصلی بهینه‌سازی که صرفه‌جویی‌های قابل اندازه‌گیری را ارائه می‌دهند

چهار استراتژی، دستورالعمل پاسخگویی به تقاضا برای ایستگاه‌های شارژ هوشمند BESS را تشکیل می‌دهند. این استراتژی‌ها مکمل یکدیگر هستند و اپراتورهای باتجربه هر چهار استراتژی را به‌طور همزمان اجرا می‌کنند.

اصلاح اوج مصرف، نقطه شروع است زیرا نیازی به قراردادهای خارجی ندارد و از همان روز اول صرفه‌جویی ایجاد می‌کند. مدیریت پویای بار، بالاترین سطح ارتقاء است: شارژرهای هوشمند برق شهری (DC) شرکت MIDA (https://www.midapower.com/smart-ev-dc-charger-150kw-180kw-200kw-240kw-300kw-360kw-420kw-fast-charging-station-floor-standing-dc-pile-product/) در محدوده خروجی دریچه گاز ۱۵۰ تا ۴۲۰ کیلووات در هر جلسه از طریق OCPP، بنابراین یک اپراتور می‌تواند به جای یک شارژر، دو شارژر را برای هر ۱۲۰ کیلووات ظرفیت شبکه نصب کند. تنظیم فرکانس، سرویس ممتاز است؛ این سرویس از سرعت باتری درآمد کسب می‌کند، اما مستلزم آن است که ایستگاه با یک TSO یا یک تجمیع‌کننده قرارداد داشته باشد.

پشته کنترلی که پاسخگویی به تقاضا را ممکن می‌سازد

باتری و شارژرهای فیزیکی تنها نیمی از سیستم هستند. پاسخ به تقاضا یک بازی داده است و پشته پروتکل تعیین می‌کند که یک ایستگاه می‌تواند به کدام برنامه‌ها بپیوندد.

اپراتورها باید بر پشتیبانی OCPP 2.0.1 در تجهیزات جدید اصرار داشته باشند: این استاندارد، امنیت (TLS، به‌روزرسانی‌های میان‌افزار امضا شده) و ویژگی‌های اولیه شارژ هوشمند بومی را که OCPP 1.6J فاقد آن است، اضافه می‌کند. ISO 15118-20 استاندارد سمت خودرو است که V2G را از یک نسخه آزمایشی آزمایشگاهی به یک سرویس شبکه تبدیل می‌کند؛ این استاندارد انتقال انرژی دو طرفه، احراز هویت مبتنی بر گواهی و برنامه‌ریزی برق در زمان واقعی بین شارژر و خودرو را مدیریت می‌کند. برای رابط کاربری، OpenADR 2.0b استاندارد بالفعل برای رویدادهای DR است، در حالی که DNP3/IEC 61850 برای سایت‌هایی که می‌خواهند تنظیم فرکانس را مستقیماً به یک TSO بفروشند، اهمیت دارد.

ادغام یک [ماژول شارژ V2Gتبدیل یک واحد شارژ به یک سایت، خود ناوگان خودروها را به یک باتری توزیع‌شده تبدیل می‌کند. ماژول‌های دوطرفه 30 کیلووات/40 کیلووات و ماژول‌های V2G DC-DC 15 کیلووات/20 کیلووات MIDA به یک انباره اجازه می‌دهند تا ده‌ها خودرو را در یک مخزن ذخیره‌سازی مجازی 1 تا 2 مگاواتی جمع‌آوری کند - ظرفیتی که بدون هیچ سخت‌افزار باتری اضافی در DR شرکت می‌کند.

نقشه راه پیاده‌سازی: از دردسر فاکتور تا درآمد DR

یک توالی پنج مرحله‌ای، یک سایت را از پرداخت غیرفعال به مشارکت فعال در شبکه منتقل می‌کند:

1. پروفیل بار را بررسی کنید.داده‌های مربوط به بازه‌های زمانی ۱۵ دقیقه‌ای ۱۲ ماه را از کنتور برق استخراج کنید. ۱۰ رویداد اوج ترافیک، مدت زمان آنها و عامل آنها (ورود ناوگان، هوای سرد، رویدادها) را شناسایی کنید. ۲.باتری با اندازه مناسب.برای یک سایت شارژ ۱۲۰ تا ۴۸۰ کیلووات، یک بانک باتری ۲۰۰ تا ۵۰۰ کیلووات ساعتی (تقریباً ۰.۵ تا ۱ برابر توان شارژ بر حسب کیلووات ساعت) ۹۰٪ از نیازهای اصلاح اوج مصرف را پوشش می‌دهد. ایستگاه‌های BESS ماژولار MIDA - از پیکربندی‌های ۱۲۰ کیلووات ساعتی/۶۰ کیلووات ساعتی تا [۴۸۲ کیلووات ساعتی/۳۲۰ کیلووات ساعتی](https://www.midapower.com/320kw-482kwh-bess-charger-mobile-ev-charging-station-energy-storage-system-product/) - امکان افزایش ظرفیت در بلوک‌های استاندارد را فراهم می‌کنند. ۳.EMS را مستقر کنید و شارژرها را از طریق OCPP متصل کنید.قبل از پرداختن به برنامه‌های DR، مدیریت بار پویا را پیکربندی کنید؛ این کار به تنهایی می‌تواند میزان استفاده از ظرفیت سایت را دو برابر کند.به برنامه‌های کاهش هزینه ظرفیت و انرژی بپیوندید.با رویدادهای DR (بازپرداخت اضطراری) در بخش خدمات شهری (OpenADR) شروع کنید، سپس در صورت مجاز بودن مشارکت در ذخیره‌سازی توسط قوانین محلی، به بازارهای جانبی TSO بروید. ۵.V2G و تجمیع را اضافه کنید.با یک تجمیع‌کننده قرارداد ببندید تا سایت را با سایر دارایی‌ها ترکیب کند و امکان تنظیم فرکانس و پرداخت‌های بازار ظرفیت را فراهم کند.

این برای پرونده تجاری شما چه معنایی دارد؟

اقتصاد پاسخگویی به تقاضا، تفاوت بین یک سایت شارژ که به سختی به نقطه سربه‌سر می‌رسد و یک سایت شارژ که بازدهی در سطح زیرساخت ایجاد می‌کند، است. یک ایستگاه شارژ BESS 320 کیلوواتی با 482 کیلووات ساعت ذخیره‌سازی را در نظر بگیرید که به یک مرکز بزرگراهی خدمات می‌دهد. هزینه‌های تقاضا تقریباً 30٪ کاهش می‌یابد و با تعرفه‌های تجاری معمول، سالانه 18000 تا 30000 دلار صرفه‌جویی می‌شود. آربیتراژ TOU سالانه 8000 تا 15000 دلار دیگر به هزینه‌ها اضافه می‌کند. یک قرارداد DR ظرفیت سالانه 6000 تا 12000 دلار آمریکا و تنظیم فرکانس در صورت باز بودن بازار TSO، 10000 تا 25000 دلار آمریکا به هزینه‌ها اضافه می‌کند. مزایای سالانه ترکیبی 40000 تا 80000 دلار آمریکا در مقابل حق بیمه BESS که تقریباً 150000 تا 250000 دلار آمریکا است، بازگشت سرمایه را 3 تا 6 سال نشان می‌دهد - قبل از اینکه هزینه اجتناب شده ارتقاء اتصال شبکه را در نظر بگیریم، که برای بسیاری از سایت‌های بزرگراهی به طور کامل از هزینه باتری بیشتر است.

سایت‌هایی که در بازی پاسخگویی به تقاضا برنده می‌شوند، سایت‌هایی هستند که باتری را به عنوان یک دارایی شبکه به جای یک وسیله جانبی شارژ در نظر می‌گیرند. هر کیلووات ذخیره‌سازی باید یک برنامه ارسال، یک قرارداد درآمد و یک نتیجه اندازه‌گیری شده داشته باشد. با معماری‌های ماژولار و کنترل بومی OCPP/ISO 15118 که امروزه در دسترس است، هیچ مانع فنی بین یک سایت شارژ و بازارهای انعطاف‌پذیری باقی نمی‌ماند.

سوالات متداول

۱. پاسخگویی به تقاضا در یک ایستگاه شارژ BESS چیست؟پاسخگویی به تقاضا، عملی است که در آن مصرف شبکه یک سایت - یا تزریق انرژی ذخیره شده - در پاسخ به سیگنال‌های قیمت، رویدادهای DR شرکت برق یا درخواست‌های تنظیم فرکانس شبکه، با استفاده از باتری ایستگاه و سیستم‌های کنترل هوشمند، کاهش یا تغییر داده می‌شود.

۲. پاسخگویی به تقاضا چقدر می‌تواند قبض برق محل شارژ من را کاهش دهد؟اپراتورها معمولاً از طریق تغییر بار، هزینه‌های تقاضا را ۲۰ تا ۴۰ درصد و هزینه‌های انرژی را ۱۰ تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهند که در مجموع صرفه‌جویی ۴۰ تا ۸۰ هزار دلار آمریکا در سال در سایت‌های کلاس ۳۰۰ کیلووات قابل دستیابی است.

۳. آیا رانندگان متوجه می‌شوند که ایستگاه در پاسخ به تقاضا مشارکت می‌کند؟خیر. سیستم EMS شارژ را در محدوده توان قراردادی هر جلسه کاهش یا افزایش می‌دهد و تخلیه باتری این شکاف را پر می‌کند. رانندگان سرعت شارژ و زمان جلسه یکسانی را مشاهده می‌کنند.

۴. تفاوت بین اصلاح اوج بار و تغییر بار چیست؟اصلاح اوج مصرف، با تخلیه باتری در طول بازه اوج مصرف، حداکثر تقاضای اندازه‌گیری شده سایت را محدود می‌کند، در حالی که تغییر بار، مصرف انرژی را از ساعات پرمصرف در ساعات اوج مصرف به ساعات کم‌مصرف ارزان منتقل می‌کند. اصلاح اوج مصرف، هزینه تقاضا را هدف قرار می‌دهد؛ تغییر بار، نرخ انرژی را هدف قرار می‌دهد.

۵. آیا ایستگاه BESS من برای پیوستن به برنامه‌های DR شرکت برق به پروتکل‌های خاصی نیاز دارد؟بله. استانداردهای OpenADR 2.0b برای رویدادهای DR مربوط به تاسیسات، OCPP 2.0.1 برای کنترل شارژر و ISO 15118 برای V2G مهم هستند. تجهیزات قدیمی‌تر OCPP 1.6J هنوز هم می‌توانند از طریق EMS شرکت کنند، اما با ویژگی‌های کمتر.

۶. آیا باتری‌های خودرو می‌توانند جایگزین BESS در محل برای پاسخگویی به تقاضا شوند؟تا حدی. خودروهای دارای قابلیت V2G می‌توانند ۵۰ تا ۱۵۰ کیلووات ظرفیت انعطاف‌پذیر به ازای هر ناوگان کوچک ارائه دهند، اما BESS در محل همچنان برای پاسخ تضمین‌شده و همیشه در دسترس ضروری است - خودروها به طور غیرقابل پیش‌بینی پارک می‌شوند، اما باتری‌ها اینطور نیستند.

۷. دوره بازگشت سرمایه برای یک BESS در یک سایت شارژ خودروهای برقی با بهینه‌سازی DR چقدر است؟با فعال بودن هر چهار لایه بهینه‌سازی، بازگشت سرمایه معمولاً در محدوده ۳ تا ۶ سال قرار می‌گیرد؛ سایت‌هایی که از ارتقاء اتصال شبکه اجتناب می‌کنند، می‌توانند ظرف ۳ سال شاهد بازگشت سرمایه باشند.