استراتژی‌های مدیریت هوشمند انرژی برای هاب‌های مدرن BESS

پاسخ سریع

یک هاب شارژ مدرن ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) در استراتژی مدیریت انرژی خود موفق یا ناموفق است، نه در سخت‌افزار آن. مدیریت هوشمند انرژی از یک سیستم مدیریت انرژی در سطح سایت (EMS) استفاده می‌کند تا به طور مداوم تصمیم بگیرد چه زمانی باتری را شارژ کند، چگونه برق را بین شارژرها تخصیص دهد و چه زمانی برای اصلاح اوج مصرف، تغییر بار یا پاسخگویی به تقاضا، دشارژ شود. سه استراتژی با بالاترین تأثیر قابل اندازه‌گیری عبارتند از: ارسال اصلاح اوج مصرف، محدود کردن پویای توان شارژر از طریق OCPP 2.0.1 و برنامه‌ریزی مبتنی بر قیمت که از گسترش تعرفه‌ها بهره‌برداری می‌کند. این استراتژی‌ها در صورت پیاده‌سازی با هم، هزینه انرژی سایت را 20 تا 40 درصد کاهش می‌دهند، شارژرها را از محدودیت‌های شبکه محافظت می‌کنند و درآمد جدیدی از برنامه‌های برق ایجاد می‌کنند. این مقاله سلسله مراتب EMS، استراتژی‌های اصلی و پروتکل‌هایی را که اتوماسیون را در مقیاس هاب قابل اعتماد می‌کنند، توضیح می‌دهد.

نکات کلیدی

• EMS مغز کنترلی است که باتری، شارژرها، PV و تعرفه‌های شبکه را در یک مسئله بهینه‌سازی به هم پیوند می‌دهد.
• کاهش حداکثری هزینه‌ها، ارزشمندترین استراتژی است: محدود کردن بازه زمانی ۱۵ دقیقه‌ای تقاضا، بزرگترین مورد تعرفه‌ای را کاهش می‌دهد.
• مدیریت بار پویا (DLM) به یک اتصال شبکه کوچک اجازه می‌دهد تا به ناوگان‌های شارژر بزرگ سرویس دهد.
• برنامه‌ریزی مبتنی بر قیمت و پاسخگویی به تقاضا، فضای ذخیره‌سازی را به یک دارایی درآمدزا تبدیل می‌کند، نه فقط ابزاری برای اجتناب از هزینه.
• قابلیت همکاری OCPP 2.0.1، ISO 15118 و IEC 61851 پایه و اساس غیرقابل مذاکره کنترل خودکار هستند.

چه چیزی یک هاب شارژ امروزی را «هوشمند» می‌کند؟

ده سال پیش، یک سایت شارژ خودروهای برقی مجموعه‌ای از شارژرهای متصل به یک کنتور بود. هر شارژر به طور مستقل با خودرو مذاکره می‌کرد، سایت هر اوج مصرف را دریافت می‌کرد و اپراتور در پایان ماه خسارت را جبران می‌کرد. یک هاب هوشمند BESS از نظر ساختاری متفاوت است: هر جریان برق اندازه‌گیری می‌شود، هر تصمیمی بهینه می‌شود و سایت به عنوان یک دارایی قابل کنترل واحد رفتار می‌کند.

قابلیت‌های تعریف‌شده‌ی یک هاب هوشمند عبارتند از:

1. اندازه‌گیری در زمان واقعیبار سایت، وضعیت شارژ باتری (SoC)، توان شارژر، و - در صورت لزوم - تولید PV. 2.پیش‌بینیتقاضای خودرو، تولید انرژی خورشیدی و پنجره‌های تعرفه‌ای. ۳.بهینه‌سازیکه با توجه به محدودیت‌های فیزیکی و قراردادی، کمترین هزینه یا بیشترین درآمد را برآورده می‌کند.اعدامکه سیگنال‌های کنترلی را به شارژرها، PCS باتری و نقطه اتصال شبکه ارسال می‌کند. ۵.انطباقبا توافق‌نامه‌های اتصال به شبکه، قوانین اندازه‌گیری و الزامات امنیت سایبری.

یک هاب بدون این قابلیت‌ها، صرفاً یک مزرعه شارژر بزرگتر است. با وجود آنها، به یک دارایی انرژی تبدیل می‌شود که اپراتور آن می‌تواند به شرکت برق قول یک بار ثابت را بدهد و آن را تحویل دهد.

سلسله مراتب EMS: کنترل کننده سایت، شبکه شارژر، لبه شبکه

مدیریت هوشمند انرژی در سه لایه تو در تو عمل می‌کند و بهترین پیاده‌سازی‌ها، هر سه را هماهنگ نگه می‌دارند:

لایه ۱ - کنترل‌کننده سایت (EMS).EMS تصمیم‌گیرنده است. این سیستم داده‌های تعرفه، پارامترهای سلامت باتری، وضعیت شارژرها و ورودی‌های پیش‌بینی را دریافت می‌کند، سپس یک برنامه‌ی اعزام منتشر می‌کند: نقاط تنظیم شارژ/دشارژ باتری، محدودیت‌های توان هر شارژر و اهداف واردات شبکه. پلتفرم‌های EMS تجاری بسته به نوسانات بازار، این برنامه را هر ۱ تا ۱۵ دقیقه به‌روزرسانی می‌کنند.

لایه ۲ - شبکه شارژر.شارژرها این طرح را از طریق OCPP اجرا می‌کنند. در OCPP 2.0.1، EMS می‌تواند محدودیت‌های توان پویا را برای هر جلسه شارژ به صورت بلادرنگ تعیین کند و جلسات جداگانه را برای حفظ سایت در محدوده ظرفیت خود، کنترل کند. این مکانیسمی است که یک اتصال ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر را به یک هاب با ظرفیت ۹۶۰ کیلووات تبدیل می‌کند: شارژرها هنگام تخلیه باتری با حداکثر توان کار می‌کنند و وقتی باتری تخلیه نمی‌شود، جریان برق کاهش می‌یابد.

لایه ۳ - لبه شبکه.نقطه اتصال، داده‌های کنتور را گزارش می‌دهد و در برنامه‌های شبکه هوشمند، سیگنال‌های خارجی - رویدادهای پاسخ به تقاضا، حراج‌های ظرفیت یا پالس‌های قیمت زمان استفاده - را دریافت می‌کند. EMS این موارد را به عنوان محدودیت‌ها یا ورودی‌های قیمت در بهینه‌سازی خود در نظر می‌گیرد.

حالت خرابی که باید از آن اجتناب کرد، کنترل جداگانه است: اگر باتری توسط یک فروشنده، شارژرها توسط فروشنده دیگر و PV توسط فروشنده سومی مدیریت شود، هیچ بهینه‌ساز واحدی وجود نخواهد داشت. به همین دلیل است که پلتفرم‌های یکپارچه [ایستگاه شارژ BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) - که EMS با باتری و شارژرها ارسال می‌شود - به طور مداوم نتایج بهتری نسبت به بهترین مجموعه‌هایی که در محل به هم متصل می‌شوند، ارائه می‌دهند.

مدیریت بار: اصلاح اوج مصرف و تغییر بار

دو استراتژی پرکار مدیریت انرژی هاب BESS، اصلاح اوج مصرف و تغییر بار هستند. این دو اغلب با هم اشتباه گرفته می‌شوند، اما اجزای تعرفه‌ای متفاوتی را هدف قرار می‌دهند.

اصلاح اوجحداکثر تقاضای شبکه ۱۵ دقیقه‌ای سایت را محدود می‌کند. EMS پنجره تقاضای متغیر را زیر نظر دارد؛ وقتی اوج پیش‌بینی‌شده به سقف نزدیک می‌شود، باتری را با توان لازم تخلیه می‌کند. مزیت این کار، اجتناب از هزینه تقاضا است - که معمولاً بزرگترین هزینه قابل کنترل در صورتحساب سایت شارژ است. در یک هاب با اوج ۱.۲ مگاوات و تعرفه ۱۵ دلار بر کیلووات، کاهش ۳۰۰ کیلووات، ۵۴۰۰۰ دلار در سال صرفه‌جویی می‌کند.

جابجایی بارمصرف انرژی را در طول زمان تغییر می‌دهد. باتری در ساعات غیر اوج مصرف (زمانی که انرژی 0.03 تا 0.06 دلار در هر کیلووات ساعت است) شارژ می‌شود و در ساعات اوج مصرف (زمانی که انرژی 0.15 تا 0.30 دلار در هر کیلووات ساعت است) شارژرها را تغذیه می‌کند. مزیت این کار کاهش هزینه انرژی به علاوه، در برخی بازارها، درآمد حاصل از آربیتراژ است.

جدول زیر استراتژی‌ها را بر اساس هدف، محرک کنترل و صرفه‌جویی معمول مقایسه می‌کند:

یک EMS تنظیم‌شده به خوبی چندین مورد از این موارد را به طور همزمان اجرا می‌کند: اصلاح اوج مصرف، انتقال بار بین پنجره‌های تعرفه‌ای و پاسخ به رویدادهای DR در زمانی که قیمت مناسب است.

پاسخگویی به تقاضا و V2G: ذخیره‌سازی به عنوان یک دارایی شبکه

فراتر از کنتور، یک هاب BESS می‌تواند در خدمات شبکه‌ای که برای انعطاف‌پذیری هزینه پرداخت می‌کنند، مشارکت کند. برنامه‌های پاسخگویی به تقاضا (DR) به سایت‌ها پول می‌دهند تا در صورت فشار بر شبکه، مصرف را کاهش دهند - یا برق صادر کنند. یک BESS با ظرفیت ۲۴۰ کیلووات که می‌تواند به مدت چهار ساعت بار را کاهش دهد، تقریباً ۱ مگاوات ساعت انعطاف‌پذیری قابل توزیع را نشان می‌دهد که در بازارهای فعال DR سالانه ۱۲۰۰۰ تا ۳۶۰۰۰ دلار ارزش دارد.

اتصال خودرو به شبکه (V2G) همین منطق را به خود ناوگان کامیون یا اتوبوس تعمیم می‌دهد. با شارژرهای دوطرفه و خودروهای دارای استاندارد ISO 15118، یک انبار می‌تواند باتری‌های خودروهای پارک‌شده را به عنوان یک نیروگاه مجازی تجمیع کند. اجرای این روش پیچیده‌تر است - محدودیت‌های دسترسی به ناوگان باید رعایت شود - اما بزرگترین دارایی کم‌استفاده (باتری‌های ناوگان پارک‌شده) را به درآمد تبدیل می‌کند. اکثر اپراتورها V2G را پس از کاهش مصرف و DR اثبات‌شده، فعال می‌کنند، زیرا نیازی به همکاری سمت خودرو ندارند.

برنامه‌ریزی مبتنی بر هوش مصنوعی و کنترل پیش‌بینانه

سیستم مدیریت انرژی استاتیک مبتنی بر قانون - «تخلیه از ساعت ۴ بعد از ظهر تا ۹ شب» - به دلیل تغییر بار و قیمت‌های واقعی در هر روز، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. کنترل پیش‌بین، پیش‌بینی را نیز اضافه می‌کند: سیستم مدیریت انرژی، تقاضای شارژ فردا را از طریق تله‌ماتیک ناوگان، خروجی انرژی خورشیدی را از طریق داده‌های آب و هوا و قیمت را از طریق تقویم‌های تعرفه پیش‌بینی می‌کند، سپس برنامه باتری را در کل افق بهینه می‌کند.

پیشرفت‌های یادگیری ماشینی فراتر می‌رود و الگوهای هفتگی یک سایت را یاد می‌گیرد و سیاست ارسال را به طور خودکار تطبیق می‌دهد. نتایج قابل اندازه‌گیری در مراکز عملیاتی عبارتند از:

• ۱۰ تا ۲۰ درصد کاهش هزینه اضافیاز زمان‌بندی بهتر چرخه‌های باتری گرفته تا ارسال مبتنی بر قانون؛
• چرخه‌های باتری کمتر به ازای هر کیلووات ساعت برق مصرفیافزایش طول عمر چرخه با تطبیق توان تخلیه با بار واقعی؛
• بهبود انطباق با سقف مجاز مصرف (peak-cap)در روزهای غیرعادی (تعطیلات، موج گرما، رویدادها) که قوانین از دست می‌روند.

برای یک ایستگاه شارژ BESS با ظرفیت ۲ مگاوات ساعت و ۹۶۰ کیلووات ساعت (https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/)، که در آن یک چرخه با زمان‌بندی نامناسب می‌تواند صدها دلار هزینه تخریب و همچنین افزایش تقاضا داشته باشد، کنترل پیش‌بین یک امر لوکس نیست - بلکه یک استاندارد عملیاتی است.

قابلیت همکاری پروتکل: OCPP 2.0.1 و ISO 15118

هر استراتژی هوشمندی که در بالا توضیح داده شد، به این بستگی دارد که EMS با شارژرها و وسایل نقلیه به یک زبان مشترک صحبت کند. سه پروتکل این زبان را تعریف می‌کنند:

• او سی پی پی ۲.۰.۱— استاندارد شارژر به بک‌اند. قابلیت شارژ هوشمند آن به EMS اجازه می‌دهد محدودیت‌های توان در هر جلسه، کنترل تراکنش‌ها و مدیریت دستگاه را از راه دور تنظیم کند. این استاندارد به دلیل امنیت بهتر (TLS)، مدیریت بهتر خطا و شارژ هوشمند بومی، جایگزین OCPP 1.6J برای هاب‌های جدید می‌شود.
• ایزو ۱۵۱۱۸— استاندارد خودرو به شارژر. Plug & Charge خودرو را احراز هویت می‌کند و پروتکل، وضعیت باتری خودرو و محدودیت‌های شارژ را به EMS منتقل می‌کند و به جای شارژ با نرخ ثابت، امکان جلسات واقعاً بهینه را فراهم می‌کند.
• کمیسیون مستقل انتخابات ۶۱۸۵۱— استاندارد سیگنالینگ پایه EVSE که هر شارژر مدرن آن را پیاده‌سازی می‌کند و OCPP و ISO 15118 آن را گسترش می‌دهند.

مشخص کردن هر سه مورد در زمان خرید، ارزان‌ترین بیمه‌نامه‌ای است که یک مالک هاب می‌تواند خریداری کند. این تضمین می‌کند که [BESS برای زیرساخت EV](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) می‌تواند توسط هر EMS مدرنی اداره شود، می‌تواند به برنامه‌های DR آینده بپیوندد و می‌تواند وسایل نقلیه را از هر OEM بدون راه‌حل‌های آداپتور بپذیرد.

نتیجه‌گیری

مدیریت هوشمند انرژی چیزی است که یک هاب BESS را از انبوهی از باتری‌ها متمایز می‌کند. EMS - مجهز به منطق اصلاح اوج مصرف، مدیریت پویای بار، برنامه‌ریزی آگاه از تعرفه و پروتکل‌های باز - ذخیره‌سازی را به یک ماشین کاهش هزینه و درآمد تبدیل می‌کند و در عین حال هر شارژر را تغذیه نگه می‌دارد. اپراتورها باید پلتفرم یکپارچه را بر خرید قطعات اولویت دهند، OCPP 2.0.1 و ISO 15118 را استانداردسازی کنند و قبل از لایه‌بندی آربیتراژ، DR و در نهایت V2G، اصلاح اوج مصرف را شروع کنند. این مجموعه استراتژی اثبات شده، قابل اندازه‌گیری و به طور فزاینده‌ای تفاوت بین یک سایت شارژ که از محیط تعرفه خود جان سالم به در می‌برد و سایتی که در آن رشد می‌کند را نشان می‌دهد.

سوالات متداول

۱. یک EMS در واقع در یک هاب شارژ BESS چه کاری انجام می‌دهد؟سیستم مدیریت انرژی (EMS) به طور مداوم تصمیم می‌گیرد که چه زمانی باتری را شارژ کند، هر شارژر چقدر برق مصرف کند و چه زمانی آن را تخلیه کند - با توجه به پنجره‌های تعرفه، محدودیت‌های شبکه و تقاضای خودرو، بهینه‌سازی انجام می‌دهد. این سیستم، مغز نرم‌افزاری هاب است.

۲. مدیریت هوشمند انرژی چقدر می‌تواند در محل شارژ صرفه‌جویی کند؟نتایج معمول، کاهش ۲۰ تا ۴۰ درصدی هزینه کل انرژی، کاهش ۳۰ تا ۵۰ درصدی هزینه‌های تقاضا و کاهش ۱۰ تا ۲۵ درصدی هزینه‌های انرژی ناشی از تغییر بار است. صرفه‌جویی‌ها با افزایش تعرفه‌ها افزایش می‌یابد.

۳. تفاوت بین اصلاح اوج بار و تغییر بار چیست؟اصلاح اوج مصرف، بالاترین میزان مصرف شبکه در ۱۵ دقیقه را محدود می‌کند تا هزینه‌های تقاضا را کاهش دهد؛ تغییر بار، مصرف انرژی را به بازه‌های تعرفه‌ای ارزان‌تر منتقل می‌کند تا هزینه‌های انرژی را کاهش دهد. هر دو از باتری استفاده می‌کنند، اما اجزای صورتحساب متفاوتی را حل می‌کنند.

۴. آیا به OCPP 2.0.1 نیاز دارم یا ۱.۶J کافی است؟OCPP 2.0.1 برای هاب‌های جدید اکیداً توصیه می‌شود: این نسخه امنیت TLS، شارژ هوشمند بومی و مدیریت بهتر دستگاه را اضافه می‌کند. OCPP 1.6J برای به‌روزرسانی‌ها مناسب است اما اتوماسیون و مشارکت DR در آینده را محدود می‌کند.

۵. چگونه مدیریت بار پویا به من اجازه می‌دهد شارژرها را بزرگتر از اندازه واقعی‌شان انتخاب کنم؟سیستم مدیریت انرژی (EMS) کل توان سایت را در محدوده اتصال شبکه محدود می‌کند و جلسات را اولویت‌بندی می‌کند، بنابراین یک اتصال ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر می‌تواند میزبان ۹۶۰ کیلووات شارژر باشد - هر کدام با قدرت کامل کار می‌کنند، مادامی که مجموع توان کمتر از این محدوده باقی بماند.

۶. آیا یک هاب BESS می‌تواند از پاسخ به تقاضا درآمد کسب کند؟بله، در مواردی که امکان تجمیع وجود داشته باشد. یک باتری ۲۴۰ کیلوواتی می‌تواند در طول یک رویداد چهار ساعته حدود ۱ مگاوات ساعت انرژی از دست بدهد و در بازارهای فعال DR، ۵۰ تا ۱۵۰ دلار به ازای هر کیلووات ساعت در سال درآمد داشته باشد.

۷. آیا اتصال خودرو به شبکه برق در انبارهای ناوگان امروزی عملی است؟به طور فزاینده‌ای، با شارژرهای دو طرفه و وسایل نقلیه ISO 15118، اما این امر پیچیدگی عملیاتی را افزایش می‌دهد. اکثر اپراتورها V2G را پس از اصلاح اوج مصرف و ایجاد DR مستقر می‌کنند و باتری‌های ناوگان پارک شده را به عنوان امتدادی از BESS سایت در نظر می‌گیرند.