تقویت پایداری شبکه با شبکه‌های توزیع‌شده BESS

پاسخ سریع:شبکه‌های توزیع‌شده‌ی BESS با استقرار تعداد زیادی [واحد ذخیره باتری] کوچک‌تر (https://www.midapower.com/energy-storage-charging-station) در سراسر یک منطقه - در انبارهای ناوگان، مراکز شارژ بزرگراه‌ها، ساختمان‌های تجاری و سایت‌های خورشیدی - و تجمیع آنها از طریق نرم‌افزار مدیریت انرژی در یک نیروگاه مجازی (VPP) که خدمات تنظیم فرکانس، پشتیبانی ولتاژ، اصلاح پیک و تاب‌آوری را به اپراتور شبکه ارائه می‌دهد، پایداری شبکه را تقویت می‌کنند. از آنجا که پاسخ به صورت محلی (کمتر از یک ثانیه برای فرکانس، بلافاصله برای ولتاژ) اتفاق می‌افتد، ذخیره‌سازی توزیع‌شده از نظر سرعت و قابلیت اطمینان از نیروگاه‌های متمرکز بزرگ بهتر عمل می‌کند و نیازی به راهروهای انتقال جدید ندارد. برای مالکان، هر واحد توزیع‌شده چندین جریان درآمدی - پرداخت ظرفیت، آربیتراژ انرژی، صرفه‌جویی در هزینه تقاضا و درآمد خدمات جانبی - کسب می‌کند، در حالی که کل شبکه به انعطاف‌پذیرترین دارایی شبکه تبدیل می‌شود. بازارهای اروپا و آمریکای شمالی در حال حاضر 30 تا 120 دلار آمریکا به ازای هر مگاوات ساعت برای پاسخ فرکانسی سریع پرداخت می‌کنند، که شبکه‌های توزیع‌شده‌ی BESS را به یکی از سریع‌ترین بخش‌های در حال رشد در زیرساخت شبکه تبدیل می‌کند.

نکات کلیدی:

• شبکه‌های توزیع‌شده‌ی BESS هزاران واحد ذخیره‌سازی کوچک را به یک دارایی شبکه‌ای انعطاف‌پذیر تبدیل می‌کنند و خدماتی را ارائه می‌دهند که نیروگاه‌های متمرکز از نظر سرعت یا موقعیت مکانی نمی‌توانند با آنها برابری کنند.
• تنظیم فرکانس، ارزشمندترین سرویس است: پاسخ‌دهی در کسری از ثانیه، 30 تا 120 دلار آمریکا به ازای هر مگاوات ساعت، در بازارهای اصلی، درآمد ظرفیت ایجاد می‌کند.
• لایه‌های تجمیع (پلتفرم‌های EMS + VPP + OCPP 2.0.1 + ISO 15118) همان چیزی هستند که باتری‌های پراکنده را به یک منبع واحد قابل توزیع تبدیل می‌کنند.
• همان واحدهای توزیع‌شده ابتدا به سایت میزبان خود خدمات می‌دهند - هزینه‌های تقاضا را 20 تا 40 درصد کاهش می‌دهند - و سپس انعطاف‌پذیری را به شبکه می‌فروشند.
• سخت‌افزار ذخیره‌سازی ماژولار و مبتنی بر پروتکل استاندارد، لایه‌ی توانمندساز است: تنها واحدهای استاندارد می‌توانند در مقیاس بزرگ و با هزینه‌ی مقرون‌به‌صرفه تجمیع شوند.

چرا پایداری شبکه به یک مشکل توزیع‌شده تبدیل می‌شود؟

یک اپراتور شبکه منطقه‌ای در جنوب ایالات متحده، شیب عصرگاهی را تماشا می‌کند: خروجی خورشیدی کاهش می‌یابد، بار تهویه مطبوع افزایش می‌یابد و شیب بار خالص ۳۰ دقیقه‌ای هر ساله با جایگزینی نیروگاه‌های حرارتی با انرژی‌های تجدیدپذیر، تندتر می‌شود. جعبه ابزار اپراتور در گذشته - پیکرهای بزرگ گاز و ذخیره‌سازی متمرکز - ساخت پرهزینه‌ای دارد، پاسخگویی آن کند است (۲ تا ۱۰ دقیقه) و دور از فیدرهای توزیع متراکم که در واقع مشکلات ولتاژ در آنها رخ می‌دهد، واقع شده است. در همین حال، هر هاب شارژ خودروهای برقی، پشت بام‌های تجاری و انبار لجستیک در منطقه، یک دارایی ذخیره‌سازی بالقوه است که بلااستفاده مانده است.

پایداری شبکه به سه دلیل ساختاری در حال تبدیل شدن به یک مشکل توزیع‌شده است. اول، نفوذ انرژی‌های تجدیدپذیر، اینرسی همزمان را از بین می‌برد: انحرافات فرکانس بزرگتر می‌شوند و سریع‌تر می‌رسند و نیاز به پاسخ در عرض چند ثانیه به جای چند دقیقه دارند. دوم، تولید به لبه توزیع (خورشیدی پشت بام، ذخیره‌سازی اجتماعی) منتقل می‌شود، بنابراین مشکلات ولتاژ و تراکم در فیدرهایی محلی می‌شوند که نیروگاه‌های مرکزی نمی‌توانند آنها را ببینند، چه برسد به اینکه آنها را تعمیر کنند. سوم، گسترش انتقال کند و پرهزینه است - کریدورهای جدید 7 تا 10 سال و میلیاردها دلار سرمایه‌گذاری طول می‌کشد - در حالی که باتری‌های توزیع‌شده در نقطه نیاز در عرض چند ماه مستقر می‌شوند. نتیجه، معماری شبکه‌ای است که در آن خدمات پایداری به طور فزاینده‌ای توسط ناوگانی از واحدهای ذخیره‌سازی کوچک و هماهنگ به جای چند نیروگاه بزرگ ارائه می‌شوند.

آناتومی سرویس‌های گرید: BESS توزیع‌شده در واقع چه چیزی می‌فروشد؟

واحدهای توزیع‌شده‌ی BESS با فروش شش سرویس مجزا، که هر کدام زمان پاسخ، مدت زمان و ساختار بازار خاص خود را دارند، درآمد کسب می‌کنند:

تنظیم فرکانس، سرویس اصلی است زیرا مزیت تعیین‌کننده باتری‌های توزیع‌شده، یعنی سرعت، را به پول تبدیل می‌کند. یک واحد لیتیوم-یون می‌تواند در کمتر از ۱۰۰ میلی‌ثانیه از صفر به توان کامل برسد و این پاسخ را به طور نامحدود حفظ کند - قابلیتی که نیروگاه‌های حرارتی نمی‌توانند به آن نزدیک شوند و بازارها با نرخ‌های بالا برای آن هزینه می‌کنند. پشتیبانی ولتاژ از موقعیت مکانی بهره می‌برد: باتری که روی یک فیدر متراکم قرار گرفته است، ولتاژ را دقیقاً در جایی که مورد نیاز است تنظیم می‌کند و از تلفات و تأخیر تزریق از راه دور جلوگیری می‌کند.

متمرکز در مقابل توزیع‌شده: مقایسه معماری

این مقایسه، مسیر حرکت صنعت را توضیح می‌دهد: در حالی که نیروگاه‌های متمرکز برای ذخیره‌سازی انرژی انبوه ضروری هستند، بخش عمده‌ای از سرمایه‌گذاری در پایداری شبکه به طور فزاینده‌ای به سمت شبکه‌های توزیع‌شده می‌رود، زیرا ساخت آنها سریع‌تر، هزینه تولید به ازای هر مگاوات کمتر و ذاتاً مقاوم‌تر است.

معماری: چگونه یک شبکه توزیع‌شده BESS هماهنگ می‌شود

یک شبکه BESS توزیع‌شده یک سیستم سه‌لایه است.لایه سخت‌افزاریناوگانی از واحدهای ذخیره‌سازی استاندارد - بلوک‌های باتری، ماژول‌های برق دو طرفه و شارژرها - است که هر کدام دارای BMS و حفاظت محلی هستند.لایه کنترلEMS در سطح سایت است که بهینه‌سازی شارژ-دما را برای سایت میزبان اجرا می‌کند، فضای باتری را حفظ می‌کند و یک رابط استاندارد برای دستورات شبکه ارائه می‌دهد.لایه تجمیعسیستم مدیریت منابع انرژی توزیع‌شده/VPP (DERMS) است که صدها یا هزاران واحد را در یک سبد قابل توزیع دسته‌بندی کرده و آن را به بازار عرضه می‌کند.

سه استاندارد پروتکل، لایه‌ها را با هم سازگار می‌کنند:

• او سی پی پی ۲.۰.۱کنترل شارژر و فضای ذخیره‌سازی را در سراسر شبکه مدیریت می‌کند و امنیت TLS و اصول اولیه شارژ هوشمند استاندارد را که پیاده‌سازی‌های قدیمی‌تر ۱.۶J فاقد آن هستند، اضافه می‌کند.
• ایزو ۱۵۱۱۸ (شامل ۲۰-)ناوگان را به باتری‌های خودرو گسترش می‌دهد، بنابراین [خودروهای برقی با قابلیت V2G](https://www.midapower.com/30kw-40kw-v2g-charging-module-bidirectional-ac-dc-converter-product/) در انبارها به ظرفیت توزیع‌شده اضافی تبدیل می‌شوند.
• OpenADR 2.0b / DNP3 / IEC 61850لایه تجمیع را برای رویدادهای DR، سیگنال‌های تنظیم و تله‌متری به خدمات شهری و TSOها متصل کنید.

اصل مهندسی این است که هر واحد باید قبل از اینکه برای خدمات شبکه‌ای اعزام شود، در سایت میزبان خود - از طریق صرفه‌جویی در هزینه‌های تقاضا، آربیتراژ و درآمد حاصل از خدمات - به صورت جداگانه سودآور باشد. درآمد شبکه، مزیت است؛ اقتصاد سایت، کف. این چیزی است که شبکه‌های توزیع‌شده را قابل سرمایه‌گذاری می‌کند: توجیه تجاری هر واحد به قیمت‌های خدمات جانبی بی‌ثبات بستگی ندارد.

الگوهای استقرار در دنیای واقعی

سه الگوی استقرار بر شبکه‌های توزیع‌شده BESS فعلی غالب هستند که هر کدام ذخیره‌سازی را به یک مورد استفاده فیزیکی متصل می‌کنند.

انبارهای ناوگان و مراکز شارژ.ذخیره‌سازی در یک ایستگاه شارژ، اوج مصرف را کاهش می‌دهد و سپس ظرفیت تنظیم را در ساعات غیرکاری می‌فروشد. ایستگاه‌های یکپارچه MIDA [۴۸۲ کیلووات ساعت/۳۲۰ کیلووات](https://www.midapower.com/320kw-482kwh-bess-charger-mobile-ev-charging-station-energy-storage-system-product/) و [۶۲۵ کیلووات ساعت/۴۰۰ کیلووات](https://www.midapower.com/400kw-625kwh-bess-charger-station-mobile-charging-battery-energy-storage-system-product/) دقیقاً همین نقش را ایفا می‌کنند: باتری، شارژ ناوگان را بافر می‌کند در حالی که قرارداد VPP از پنجره بیکاری درآمد کسب می‌کند. یک ایستگاه با ۳۰ اتوبوس معمولاً ۵۰۰ کیلووات تا ۱.۵ مگاوات ظرفیت انعطاف‌پذیر را بدون هیچ محل ذخیره‌سازی اختصاصی به شبکه ارائه می‌دهد.

خوشه‌های شارژ بزرگراهی و تجاری.چندین ایستگاه ۱۲۰ تا ۴۰۰ کیلوواتی در امتداد یک کریدور در یک مجموعه منطقه‌ای تجمیع می‌شوند و امکان اصلاح پیک در هر سایت و تنظیم فرکانس برای TSO را فراهم می‌کنند. از آنجا که سخت‌افزار استاندارد و سازگار با پروتکل است، تجمیع یک تمرین نرم‌افزاری است تا یک به‌روزرسانی سخت‌افزاری.

سیستم‌های خورشیدی یکپارچه و مستقل از شبکه.واحدهای خورشیدی توزیع‌شده به‌علاوه‌ی ذخیره‌سازی - مانند شارژر MPPT خورشیدی خارج از شبکه‌ی MIDA با ظرفیت ۲۰۰ کیلووات ساعت/۱۲۰ کیلووات - خروجی تجدیدپذیر ثابتی را ارائه می‌دهند و قابلیت جزیره‌ای شدن را فراهم می‌کنند. در مناطقی با شبکه‌های ضعیف، این واحدها خدمات انعطاف‌پذیری را ارائه می‌دهند که دارایی‌های متمرکز نمی‌توانند: آنها بارهای حیاتی را در طول قطعی برق آنلاین نگه می‌دارند.

مدل‌های کسب‌وکار و جریان‌های درآمدی

اپراتورها از طریق پنج جریان درآمدی انباشته، از شبکه‌های توزیع‌شده کسب درآمد می‌کنند:

1. هزینه تقاضا و آربیتراژ انرژی در سایت میزبان— کاهش ۲۰ تا ۴۰ درصدی هزینه دیماند به علاوه صرفه‌جویی در مصرف انرژی (مبنای هزینه باتری). ۲.تنظیم فرکانس و خدمات جانبیاز طریق قراردادهای TSO یا مشارکت تجمیع‌کننده — 30 تا 120 دلار آمریکا به ازای هر مگاوات ساعت از محل پرداخت ظرفیت. 3.مشارکت در بازار ظرفیتدر مواردی که ذخیره‌سازی واجد شرایط است - پرداخت‌های سالانه برای انجام ظرفیت تخلیه در مواقع کمبود. ۴.قراردادهای DR و انعطاف‌پذیریبا خدمات رفاهی — پرداخت‌های هر رویداد برای کاهش یا تزریق برنامه‌ریزی‌شده. ۵.خدمات ناوگان V2G— باتری‌های وسایل نقلیه که در طول دوره‌های تنظیم مقررات ارسال می‌شوند و علاوه بر ظرفیت خود ایستگاه، به ازای هر مگاوات ساعت انرژی، هزینه دریافت می‌کنند.

این انباشتگی به این دلیل کار می‌کند که سرویس‌ها از نظر زمانی متفاوت هستند: یک باتری نمی‌تواند فرکانس را تنظیم کند و همزمان اوج مصرف را اصلاح کند، اما اوج مصرف ۴ تا ۶ بعد از ظهر است، تقاضای تنظیمی پیوسته است و پنجره‌های شارژ ناوگان شبانه جداگانه هستند - EMS هر قابلیت را در بازه زمانی خاص خود برنامه‌ریزی می‌کند.

واقعی‌سازی شبکه: اپراتورها چه باید بکنند

شبکه‌های توزیع‌شده BESS در مقیاس بزرگ کارایی خود را اثبات کرده‌اند، اما بازده متعلق به اپراتورهایی است که اصول اولیه را اجرا می‌کنند:

1. استانداردسازی سخت‌افزار.یک خانواده محصول ماژولار با پشتیبانی OCPP 2.0.1 و ISO 15118 در تمام سایت‌ها انتخاب کنید - اگر هر سایت پروتکل‌های متفاوتی را اجرا کند، اقتصاد تجمیع از بین می‌رود. 2.ابتدا هر واحد را در اقتصاد سایت میزبان تثبیت کنید— صرفه‌جویی در هزینه‌های تقاضا و درآمد ناشی از هزینه‌های تقاضا باید توجیه اقتصادی پایه را پوشش دهد. ۳.زودتر با یک اگریگیتور قرارداد ببندیدبنابراین ناوگان می‌تواند از همان روز اول وارد بازار شود، نه پس از یک فرآیند صلاحیت‌سنجی چند ساله.با طراحی، فضای سر را حفظ کنید— اندازه باتری‌ها ۲۰ تا ۳۰ درصد بالاتر از نیاز سایت باشد تا خدمات شبکه هرگز تجربه راننده را به خطر نیندازد. ۵.همه چیز را با ابزار بسنجید- واحدهای دارای اندازه‌گیری و تله‌متری، واحدهایی هستند که تجمیع‌کننده‌ها و شرکت‌های برق ارسال خواهند کرد؛ ظرفیت متصل نشده، سرمایه از دست رفته است.

پایداری شبکه به طور فزاینده‌ای یک مشکل توزیع‌شده است و پاسخ آن به طور فزاینده‌ای یک پایگاه دارایی توزیع‌شده است. اپراتورهایی که امروزه ذخیره‌سازی استاندارد و مبتنی بر پروتکل را در سایت‌های خود مستقر می‌کنند، نه تنها هزینه‌های انرژی خود را بهینه می‌کنند، بلکه به ارائه‌دهندگان انعطاف‌پذیری شبکه در سال ۲۰۳۰ تبدیل می‌شوند و از زیرساختی که به کسب‌وکار اصلی آنها نیز خدمت می‌کند، درآمد کسب می‌کنند. اثر شبکه واقعی است: هر واحد استاندارد اضافی، سبد کل را برای اپراتور و شبکه ارزشمندتر، قابل ارسال‌تر و مقاوم‌تر می‌کند.

سوالات متداول

۱. شبکه BESS توزیع‌شده چیست؟یک شبکه توزیع‌شده BESS، ناوگانی از واحدهای ذخیره‌سازی باتری کوچک‌تر است که در مکان‌های مختلف قرار گرفته‌اند و توسط نرم‌افزار در یک منبع قابل توزیع واحد تجمیع شده‌اند که خدمات پایداری شبکه مانند تنظیم فرکانس، پشتیبانی ولتاژ و اصلاح پیک را ارائه می‌دهد.

۲. ذخیره‌سازی توزیع‌شده چگونه پایداری شبکه را در مقایسه با یک نیروگاه متمرکز بهبود می‌بخشد؟واحدهای توزیع‌شده در کمتر از یک ثانیه پاسخ می‌دهند، دقیقاً در جایی که مشکلات ولتاژ و تراکم رخ می‌دهد، قرار می‌گیرند، به هیچ راهروی انتقالی نیاز ندارند و به جای یک نقطه خرابی واحد، به طور مرتب و تک به تک دچار خرابی می‌شوند.

۳. تفاوت بین یک VPP و یک شبکه BESS توزیع‌شده چیست؟یک VPP رابط تجمیع و بازار است - لایه نرم‌افزاری که دارایی‌های توزیع‌شده را در بازارهای انرژی پیشنهاد می‌دهد؛ شبکه BESS توزیع‌شده، ناوگان سخت‌افزاری تجمیع‌شده است. آن‌ها دو لایه از یک سیستم هستند.

۴. ارزشمندترین سرویس شبکه برای باتری‌های توزیع‌شده چیست؟تنظیم فرکانس، که برای پاسخ زیر ثانیه، 30 تا 120 دلار آمریکا به ازای هر مگاوات ساعت ظرفیت هزینه دارد - قابلیتی که در آن باتری‌های لیتیوم-یون از تمام جایگزین‌های حرارتی بهتر عمل می‌کنند.

۵. آیا سایت‌های شارژ خودروهای برقی می‌توانند بدون آسیب رساندن به رانندگان در خدمات شبکه برق مشارکت کنند؟بله. سیستم مدیریت انرژی (EMS) ارسال بار به شبکه را در ساعات غیر اوج مصرف برنامه‌ریزی می‌کند و فضای کافی را حفظ می‌کند، بنابراین جلسات شارژ رانندگان هرگز به خطر نمی‌افتد؛ باتری هر دو تقاضا را بافر می‌کند.

۶. چه پروتکل‌هایی برای اتصال یک واحد باتری به شبکه خدمات شبکه مورد نیاز است؟OCPP 2.0.1 برای کنترل شارژر/ذخیره‌سازی، ISO 15118 برای یکپارچه‌سازی در سمت خودرو، و OpenADR 2.0b، DNP3 یا IEC 61850 برای ارتباطات برق شهری و TSO.

۷. آیا برای کسب درآمد از یک BESS توزیع‌شده به قرارداد خدمات رفاهی نیاز دارم؟نه در ابتدا - صرفه‌جویی در هزینه‌های تقاضا و آربیتراژ انرژی از روز اول برای هر سایتی در دسترس است؛ تنظیم فرکانس و پرداخت‌های ظرفیت نیاز به مشارکت تجمیع‌کننده یا TSO دارد که اکثر اپراتورها پس از اثبات توجیه تجاری سایت، آن را اضافه می‌کنند.