راهکارهای مقیاس‌پذیر BESS برای هاب‌های شارژ خودروهای برقی پرقدرت

پاسخ سریع

مقیاس‌پذیری، چالش مهندسی تعیین‌کننده‌ی هاب‌های شارژ خودروهای برقی پرقدرت است: سایت چهار شارژری امروز باید بدون نیاز به بازسازی و تعویض، به هاب شانزده مگاواتی شارژر فردا تبدیل شود. راهکارهای ماژولار BESS با سه فاکتور شکل که با هم رشد می‌کنند، به این مشکل پاسخ می‌دهند - واحدهای کابینت (120 تا 300 کیلووات ساعت)، شارژرهای یکپارچه BESS (200 تا 625 کیلووات ساعت با شارژ داخلی) و سیستم‌های کانتینری (1 تا 2 مگاوات ساعت+) - که همگی توسط یک EMS واحد مدیریت می‌شوند که ذخیره‌سازی، شارژرها و اتصال شبکه را به عنوان یک منبع در نظر می‌گیرد. از آنجا که ظرفیت باتری و ماژول‌های برق در حین کار سایت به صورت افزایشی اضافه می‌شوند، اپراتورها می‌توانند هزینه‌های سرمایه‌ای را با رشد ترافیک فازبندی کنند، اتصال شبکه را کوچک نگه دارند و گذار از 120 کیلووات به 960 کیلووات و فراتر از آن به شارژ مگاواتی MCS را تجربه کنند. قانون کلی: اندازه اتصال شبکه را برای ترافیک امروز تعیین کنید، اندازه معماری BESS را برای فردا تعیین کنید.

نکات کلیدی

• فاکتورهای شکل ماژولار - کابینتی، یکپارچه، کانتینری - به هاب‌ها اجازه می‌دهند ظرفیت را بدون توقف عملیات، در مقیاس کیلووات و کیلووات ساعت افزایش دهند.
• استقرار مرحله‌ای BESS، هزینه‌های سرمایه‌ای را با رشد ترافیک هماهنگ می‌کند و از ساخت و ساز بیش از حد در روز اول جلوگیری می‌کند.
• یک EMS مشترک، ستون فقرات مقیاس‌پذیری است: یک صفحه کنترل برای ذخیره‌سازی، شارژرها و خدمات شبکه در هر مقیاسی.
• هاب‌های پرقدرت (۴۸۰ کیلووات تا ۲ مگاوات) برای حفظ خروجی نامی به ماژول‌های قدرت خنک‌شده با مایع و مدیریت حرارتی باتری نیاز دارند.
• سایت‌های دارای محدودیت شبکه از BESS برای افزایش توان شارژ بدون انتظار برای ارتقاء ترانسفورماتور استفاده می‌کنند.

مشکل مقیاس‌پذیری در شارژ با توان بالا

تقاضای شارژ عمومی به صورت خطی رشد نمی‌کند - بلکه پله‌ای است. یک مرکز بزرگراه که با چهار شارژر ۱۲۰ کیلوواتی افتتاح می‌شود، ممکن است در عرض ۲۴ ماه شاهد سه برابر شدن میزان استفاده باشد، زیرا ناوگان‌های مجاور برق‌رسانی می‌کنند و مجبور به گسترش به دوازده یا شانزده پورت می‌شوند. پاسخ مرسوم، یعنی یک ترانسفورماتور بزرگتر و شارژرهای بیشتر، با دو واقعیت روبرو است: ارتقاء ترانسفورماتور ۵۰ تا ۲۰۰ هزار دلار آمریکا با زمان انتظار ۱۲ تا ۱۸ ماه هزینه دارد، و توافق‌نامه‌های اتصال به شبکه برق به سختی مورد مذاکره مجدد قرار می‌گیرند. اپراتورهایی که برای ترافیک امروز فعالیت می‌کنند، رشد خود را محدود می‌کنند؛ اپراتورهایی که برای ترافیک فردا فعالیت می‌کنند، سرمایه را با ظرفیت بلااستفاده هدر می‌دهند.

BESS برق شارژ را از برق شبکه جدا می‌کند. هاب می‌تواند شارژرهای پرقدرت را بلافاصله نصب کند، آنها را از تخلیه باتری در زمان اوج مصرف به کار بیندازد و یک پروفیل ثابت و محدود از شبکه ترسیم کند. وقتی ترافیک افزایش می‌یابد، اپراتور کابینت‌ها یا کانتینرهای باتری و ماژول‌های برق را اضافه می‌کند - نه ترانسفورماتورها. این مدل مقیاس‌پذیری است که هاب‌های کلاس مگاوات در اروپا و آمریکای شمالی به آن نزدیک می‌شوند و دقیقاً به همین دلیل است که خط تولید MIDA کابینت‌ها، ایستگاه‌های یکپارچه و کانتینرهای ساخته شده حول ماژول‌های برق مشترک را در بر می‌گیرد.

سه فاکتور شکل، یک داستان مقیاس‌پذیری

راهکارهای BESS برای هاب‌های پرقدرت در سه شکل ظاهری سازگار ارائه می‌شوند. انتخاب از بین آنها تصمیمی بر اساس این یا آن نیست - هاب‌های بالغ هر سه مورد را اجرا می‌کنند:

ایده‌ی واحد: هر فاکتور فرم به زبان EMS یکسانی صحبت می‌کند و از بلوک‌های سازنده‌ی یکسانی استفاده می‌کند - تبدیل AC-DC دو طرفه، قفسه‌های باتری با خنک‌کننده‌ی مایع و ماژول‌های برق DC ماژولار. یک اپراتور می‌تواند با دو [شارژر BESS یکپارچه] (https://www.midapower.com/integrated-bess-charger/) شروع کند، وقتی یک قرارداد ناوگان به زمین می‌نشیند، یک [کابینت شارژر BESS] (https://www.midapower.com/bess-charger-cabinet/) اضافه کند و وقتی هاب به مقیاس مگاوات می‌رسد، یک [کانتینر ۲ مگاوات ساعت] (https://www.midapower.com/bess-charger-container/) را در آن قرار دهد، با یک پلتفرم کنترل واحد و یک مجموعه مهارت تعمیر و نگهداری واحد در تمام آن.

روش‌شناسی اندازه‌گیری: از چهار شارژر تا بیست و چهار شارژر

سوال کاربردی که هر اپراتوری می‌پرسد این است که «چه مقدار باتری و چه زمانی؟» روش تعیین اندازه زیر در انبارهای ناوگان، مراکز بزرگراه‌ها و سایت‌های مقصد، کارایی خود را ثابت کرده است:

1. منحنی بار را مدل‌سازی کنید.۱۲ ماه از تعداد جلسات مورد انتظار را مشخص کنید: تعداد جلسات در روز، میانگین انرژی در هر جلسه و خوشه‌بندی ورود. بازه زمانی اوج (معمولاً ۱۶:۰۰ تا ۲۰:۰۰ یا ظهر برای ناوگان) بازه زمانی تخلیه را مشخص می‌کند. ۲.اندازه اتصال شبکه را برای امروز تعیین کنید.فقط ۶۰ تا ۷۰ درصد از تقاضای شارژ در ساعات اوج مصرف را به عنوان ظرفیت شبکه در نظر بگیرید. باتری در ساعات اوج مصرف، مابه‌التفاوت را تأمین می‌کند. ۳.باتری را برای مرحله رشد اندازه گیری کنید.هر افزایش ظرفیت (مثلاً +200 کیلووات ساعت) باید 18 تا 24 ماه بعدی رشد بار را پوشش دهد. این نقطه مطلوب بین بهره‌وری سرمایه و فراوانی مناقصه مجدد است. 4.توان را به صورت مرحله‌ای به ماژول اضافه کنید.ماژول‌های برق (استاندارد ۳۰-۶۰ کیلووات، خنک‌شده با مایع ۴۰-۱۲۵ کیلووات) خروجی شارژر مقیاس‌پذیر. از آنجا که ماژول‌ها در کابینت‌های MIDA قابل تعویض در حین کار هستند، ارتقاء برق نیازی به محفظه‌های شارژر جدید ندارد. ۵.هر سه ماه یکبار ارزیابی مجدد کنید.داده‌های ترافیک، یک برنامه‌ی در حال اجرا را تغذیه می‌کنند؛ کانتینرها را می‌توان در یک چرخه‌ی تدارکات عادی، زمانی که میزان استفاده از آستانه عبور می‌کند، اضافه کرد.

جدول زیر، رده‌های هاب نمونه را به پیکربندی‌های BESS نسبت می‌دهد:

مرز مگاوات: ۹۶۰ کیلووات تا ۲ مگاوات ساعت و فراتر از آن

برق‌رسانی سنگین، هاب‌ها را از مرز ۱ مگاوات عبور می‌دهد، جایی که دو عامل، مهندسی را تغییر می‌دهند: سطح توان شارژر اکنون به ۶۰۰ کیلووات - ۱.۵ مگاوات در هر پریز (MCS برای کامیون‌ها) می‌رسد، و مدیریت حرارتی به محدودیت گیتینگ تبدیل می‌شود. در این سطوح توان، کابل‌های خنک‌شده با مایع ۵۰۰ آمپر+ و ماژول‌های قدرت خنک‌شده با مایع اجباری هستند - خنک‌سازی با هوا به سادگی نمی‌تواند چگالی گرما را دفع کند. معماری‌های MIDA [ماژول‌های قدرت خنک‌شده با مایع](https://www.midapower.com/liquid-cooled-power-module/) (۴۰-۱۲۵ کیلووات) و ۱۰۰۰ ولت با ولتاژ گسترده از پیکربندی‌های کلاس مگاوات پشتیبانی می‌کنند، با [ایستگاه‌های شارژ BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) کامل مانند واحد ۹۶۰ کیلووات/۲ مگاوات ساعت و سیستم‌های ۴۸۰ کیلووات/۱ مگاوات ساعت که دقیقاً برای همین وظیفه طراحی شده‌اند.

برای اپراتورهای هاب، گذار مگاواتی اصل مقیاس‌پذیری را تقویت می‌کند: یک کانتینر ۲ مگاوات ساعتی، کابینت بزرگ‌تری نیست، بلکه کلاس متفاوتی از دارایی انرژی است که کل باس DC هاب را تغذیه می‌کند. سیستم مدیریت انرژی (EMS) بین کانتینر، کابینت‌ها و وسایل نقلیه متصل، آربیتراژ می‌کند و تضمین می‌کند که هزینه نهایی اضافه کردن یک پریز ۶۰۰ کیلوواتی دیگر، یک ماژول برق و یک کابل باشد - نه یک پست برق.

محدودیت‌های شبکه: وقتی BESS تنها مسیر توسعه است

بسیاری از مکان‌های هاب با بالاترین ارزش - مناطق شهری متراکم، پارک‌های صنعتی، مناطق خدمات بزرگراهی - روی فیدرهای اشباع قرار دارند که در آن‌ها شرکت برق نمی‌تواند ظرفیت اضافی را برای سال‌ها تضمین کند. در این سایت‌ها، BESS یک بهینه‌سازی اقتصادی نیست؛ بلکه یک فناوری توانمندساز است. این سایت به طور مداوم از ظرفیت قراردادی خود استفاده می‌کند، در دوره‌های کم ترافیک (از جمله در طول شب) انرژی را ذخیره می‌کند و قدرت شارژ را بسیار بالاتر از امتیاز اتصال برای پنجره‌های پایدار ارائه می‌دهد. اپراتورها به طور مؤثر یک ریزشبکه خصوصی را بر روی یک سرویس شبکه محدود ایجاد می‌کنند.

این شیوه عملکرد، ریسک را به نفع اپراتور تغییر می‌دهد: بدون انتظار برای اتصال متقابل، بدون قطعی برق ناشی از تقاضا، و تضمین توان عملیاتی برای مشتریان حتی در زمان اوج مصرف شبکه. با این حال، طراحی باید شامل محافظت قوی در برابر جزیره‌ای شدن و اینورترهای سازگار با کد شبکه باشد تا هاب در زمان بروز مشکلات مربوط به برق شهری به طور کامل قطع و به طور خودکار دوباره وصل شود - انطباقی که گواهینامه منطقه‌ای (CE، UL، کدهای شبکه محلی) آن را تأیید می‌کند.

ملاحظات عملیاتی در مقیاس بزرگ

مقیاس‌پذیری سخت‌افزار بدون عملیات مقیاس‌پذیری، دلیل اصلی کاهش سودآوری هاب است. چهار رکن عملیاتی، سلامت یک هاب در حال رشد را حفظ می‌کنند:

1. یک EMS، یک حقیقت.یک پلتفرم مدیریت انرژی واحد، وضعیت شارژ BESS، بار شارژر، تقاضای اندازه‌گیری شده و سیگنال‌های شبکه را تجمیع می‌کند. کنترل پراکنده بین فروشندگان، رایج‌ترین حالت خرابی هاب‌های مقیاس‌پذیر است. 2.OCPP 2.0.1 و پروتکل‌های باز.شارژرها و حافظه‌ها باید رابط‌های کنترل و تله‌متری مورد نیاز EMS را در معرض نمایش قرار دهند. قابلیت‌های شارژ هوشمند و مدیریت دستگاه OCPP 2.0.1، مبنای عملی برای هماهنگی چند دارایی هستند. ۳.مدیریت حرارتی به عنوان یک سیستم درجه یک.خنک‌کننده مایع برای رک‌های باتری و ماژول‌های پرقدرت باید در معماری طراحی شود، نه اینکه به آن پیچ شود. در مقیاس ۹۶۰ کیلووات، افت حرارتی حتی ۱۰٪ به ضررهای شش رقمی در طول یک سال منجر می‌شود. ۴.تعدیل نیرو برای کسب درآمد.در مقیاس هاب، یک شارژر خراب، یک رویداد تجربه مشتری است، اما یک EMS خراب، یک قطع درآمد است. کنترلرهای اضافی را مستقر کنید، باس DC را بین کانتینرها تقسیم کنید و ماژول‌های برق یدکی را در محل نگه دارید - ماژول‌های قابل تعویض در حین کار، یک خرابی ۳ روزه را در ۱۵ دقیقه تعمیر می‌کنند.

سوالات متداول

۱. BESS چگونه یک هاب شارژ را مقیاس‌پذیر می‌کند؟BESS برق شارژ را از برق اتصال شبکه جدا می‌کند. اپراتورها ضمن ترسیم یک پروفیل شبکه محدود، شارژرها و ظرفیت باتری را به صورت پله‌ای اضافه می‌کنند و از ارتقاء ترانسفورماتور و تأخیرهای اتصال که معمولاً باعث انبساط گیت می‌شوند، جلوگیری می‌کنند.

۲. چه اندازه‌های BESS برای هاب‌های پرقدرت موجود است؟طیف کاربردی از واحدهای کابینتی با ظرفیت ۱۲۰ تا ۳۰۰ کیلووات ساعت، شارژرهای یکپارچه BESS با ظرفیت ۲۰۰ تا ۶۲۵ کیلووات ساعت و سیستم‌های کانتینری با ظرفیت ۸۰۰ کیلووات ساعت تا ۲ مگاوات ساعت را شامل می‌شود. خط تولید MIDA هر سه نوع را در پلتفرم‌های رایج ماژول‌های قدرت پوشش می‌دهد.

۳. آیا می‌توانم یک هاب BESS را بدون توقف عملیات، گسترش دهم؟بله. کابینت‌های ماژولار، کانتینرها و ماژول‌های برق قابل تعویض در حین کار، امکان افزایش ظرفیت را در حین شارژ شدن سایت فراهم می‌کنند. توسعه یک رویداد تدارکاتی است، نه یک پروژه ساختمانی.

۴. برای یک هاب ۴۸۰ کیلوواتی با BESS به چه اندازه اتصال شبکه‌ای نیاز دارم؟یک هاب ۴۸۰ کیلوواتی با سیستم ذخیره انرژی خورشیدی (BESS) با ظرفیت ۶۲۵ کیلووات ساعت تا ۱ مگاوات ساعت معمولاً با اتصال ۲۵۰ تا ۴۰۰ کیلوولت‌آمپر کار می‌کند. باتری در اوج تقاضا، برق مورد نیاز را تأمین می‌کند، در حالی که شبکه، برق مورد نیاز در سطح متوسط ​​را پوشش می‌دهد.

۵. چرا خنک‌سازی با مایع در مقیاس مگاوات ضروری است؟با توان ۶۰۰ کیلووات - ۱.۵ مگاوات به ازای هر دوشاخه، خنک‌کننده هوا نمی‌تواند چگالی گرمای قطعات الکترونیکی قدرت و رک‌های باتری را دفع کند. ماژول‌ها و کابل‌های خنک‌شده با مایع، خروجی نامی و طول عمر را در شرایط محیطی با دمای بالا حفظ می‌کنند - که برای توان هاب تقریباً ۴۸۰ کیلوواتی اجباری است.

۶. چگونه می‌توانم بین کابینت‌ها، ایستگاه‌های یکپارچه و کانتینرها یکی را انتخاب کنم؟تطبیق فاکتور شکل با مرحله رشد: شارژرهای BESS یکپارچه برای استقرار مرحله‌ای به سبک پاد، کابینت‌هایی برای ظرفیت افزایشی در کنار شارژرهای موجود، و کانتینرهایی برای ذخایر انرژی در سطح هاب و خدمات شبکه در مقیاس ۱ مگاوات ساعت به بالا.

۷. EMS چه نقشی در یک هاب مقیاس‌پذیر ایفا می‌کند؟EMS صفحه کنترلی است که تخلیه باتری، بار شارژر، تقاضای اندازه‌گیری شده و سیگنال‌های شبکه را در تمام دارایی‌ها هماهنگ می‌کند. این همان چیزی است که باعث می‌شود هاب‌های چند کانتینری و چند شارژری به عنوان یک سیستم قابل اعتماد و بهینه از نظر درآمد عمل کنند، نه مجموعه‌ای از قطعات.