راهکارهای سفارشی BESS برای ناوگان شارژ کامیون‌های برقی

پاسخ سریع

برای اپراتورهای ناوگان که کامیون‌های سنگین را برقی می‌کنند، یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) تفاوت بین یک انبار که طبق برنامه ارسال می‌کند و انباری که در ورودی متوقف می‌شود، است. یک راهکار BESS سفارشی، یک بسته باتری ثابت (معمولاً ۲۰۰ کیلووات ساعت تا ۲ مگاوات ساعت+) را با شارژرهای DC پرقدرت (۱۲۰ کیلووات تا ۹۶۰ کیلووات+) جفت می‌کند تا سایت بتواند جلسات شارژ در کلاس مگاوات را بدون انتظار برای ارتقاء شبکه ارائه دهد. پیکربندی صحیح - که توسط چرخه وظیفه ناوگان، خوشه‌بندی ورود و اتصال شبکه موجود تعیین می‌شود - هزینه‌های تقاضا را کاهش می‌دهد، استفاده از شارژر را افزایش می‌دهد و از پنجره‌های ارسال دقیق محافظت می‌کند. این راهنما توضیح می‌دهد که چگونه اپراتورهای ناوگان، مهندسان انبار و توسعه‌دهندگان پروژه باید هاب‌های شارژ پشتیبانی شده توسط BESS را برای کامیون‌های برقی اندازه‌گیری، پیکربندی و مستقر کنند.

نکات کلیدی

• اندازه BESS برای ناوگان کامیون‌ها توسط الگوهای ورود خوشه‌ای و حداکثر زمان شارژ تعیین می‌شود، نه میانگین انرژی روزانه.
• شارژ مگاواتی (کلاس MCS، ۱ مگاوات+) در یک اتصال شبکه متوسط، زمانی امکان‌پذیر می‌شود که یک BESS پیک را بافر کند.
• طرح‌های BESS یکپارچه و کانتینری، هزینه نصب، زمان راه‌اندازی و فضای اشغال‌شده توسط سایت را کاهش می‌دهند.
• کاهش مصرف در ساعات اوج مصرف و پاسخگویی به تقاضا، ذخیره‌سازی را از یک مرکز هزینه به یک اهرم درآمد و تعرفه تبدیل می‌کند.
• قابلیت همکاری OCPP 2.0.1 و ISO 15118 پیش‌نیازهای مدیریت خودکار انرژی در مقیاس ناوگان هستند.

گلوگاه شارژ ناوگان: چرا ظرفیت شبکه ابتدا با شکست مواجه می‌شود

یک کامیون برقی کلاس ۸ با باتری ۵۰۰ تا ۷۰۰ کیلووات ساعت معمولاً برای بازگشت به کار به ۳۰۰ تا ۵۰۰ کیلووات ساعت در هر نوبت نیاز دارد. وقتی پنج کامیون در پایان شیفت می‌رسند، انبار ناگهان به ۱.۵ تا ۲.۵ مگاوات ساعت برق در یک بازه زمانی چهار تا شش ساعته نیاز دارد. ترانسفورماتور معمولی سایت - که اغلب ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر تا ۱ مگاولت‌آمپر است - نمی‌تواند از این بار پشتیبانی کند و ارتقاء اتصال برق به طور معمول ۱۲ تا ۲۴ ماه طول می‌کشد و در بسیاری از بازارها هزینه‌ای شش رقمی دارد.

این مشکل اصلی برق‌رسانی به ناوگان است: انرژی از شبکه در دسترس است، اما برق نه. یک BESS سفارشی این دو را از هم جدا می‌کند. باتری با نرخ ثابت و مجاز (مثلاً ۲۵۰ کیلووات) طی چند ساعت از شبکه شارژ می‌شود، سپس با رسیدن کامیون‌ها با ۴۸۰ کیلووات، ۹۶۰ کیلووات یا بیشتر تخلیه می‌شود. حداکثر تقاضای شبکه سایت ثابت می‌ماند در حالی که قابلیت شارژ با نیازهای ناوگان افزایش می‌یابد.

برای مدیران ناوگان، نتیجه عملی ساده است: BESS رایج‌ترین دلیل تأخیر در پروژه‌های شارژ کامیون‌ها - یعنی انتظار برای برق شهری - را از بین می‌برد. یک [ایستگاه شارژ BESS با ظرفیت 2 مگاوات ساعت و 960 کیلووات](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/) می‌تواند خروجی در سطح مگاوات را از اتصالی با کسری از اندازه خود ارائه دهد، که برق‌رسانی به انبار را به یک پروژه ساختمانی تبدیل می‌کند تا یک پروژه خدماتی.

آناتومی یک BESS سفارشی برای ناوگان کامیون‌ها

یک هاب شارژ BESS در سطح ناوگان، چیزی بیش از یک باتری و یک شارژر را شامل می‌شود. زیرسیستم‌های کلیدی عبارتند از:

1. بلوک ذخیره انرژی باتری— سلول‌های LFP (فسفات آهن لیتیوم) که در قفسه‌ها چیده شده‌اند، با اندازه‌های ۱۰۰ تا ۵۰۰ کیلووات ساعت، با مدیریت حرارتی و نظارت بر سطح سلول. ۲.شارژرهای سریع DC— واحدهای ۱۲۰ کیلووات تا ۹۶۰ کیلووات+، با استفاده از کانکتورهای CCS1، CCS2 یا MCS، اغلب با کابل‌های خنک‌شونده با مایع با درجه‌بندی ۵۰۰ آمپر و بالاتر برای جلسات جریان بالای پایدار. ۳.PCS دو طرفه (سیستم تبدیل توان)- برق متناوب شبکه را برای باتری به برق مستقیم تبدیل می‌کند و در صورت اجازه مقررات، از جریان انرژی با قابلیت V2G پشتیبانی می‌کند. ۴.سیستم مدیریت انرژی سایت (EMS)- زمان‌بندی شارژ، اعمال محدودیت‌های تقاضا، و هماهنگ‌سازی آربیتراژ، اصلاح اوج مصرف و پاسخگویی به تقاضا. 5.بک‌اند تلماتیک و OCPP 2.0.1— شارژرها را به نرم‌افزار مدیریت انبار ناوگان و پلتفرم ابری اپراتور متصل می‌کند.

عنصر سفارشی‌سازی‌شده اهمیت دارد زیرا یک ایستگاه تاکسی، یک مرکز توزیع منطقه‌ای و یک عملیات تخلیه و بارگیری بندر، منحنی‌های بار کاملاً متفاوتی دارند. یک اپراتور بندر ممکن است به زمان‌های کوتاه و شدید بین ورود کشتی‌ها نیاز داشته باشد؛ یک مرکز توزیع به شارژ مداوم در طول شب نیاز دارد؛ یک ناوگان ساختمانی ممکن است از یک [ایستگاه شارژ سیار BESS با ظرفیت 418 کیلووات ساعت و ظرفیت 240 کیلووات] (https://www.midapower.com/418kwh-240kw-bess-charging-station-battery-storage-mobile-ev-charger-product/) که بین سایت‌های کاری جابجا می‌شود، بهره‌مند شود.

اندازه گیری سیستم: از چرخه کاری تا ظرفیت باتری

تعیین اندازه با داده‌ها شروع می‌شود، نه با کاتالوگ‌های فروشندگان. این فرآیند پنج مرحله دارد:

1. جمع‌آوری اطلاعات از راه دور— ثبت مسافت‌های مسیر، انرژی در هر مایل، زمان پایان شیفت و مشخصات توان شارژر برای مدل‌های واقعی کامیون. ۲.منحنی ورود را بسازید— نقشه‌ای از تعداد کامیون‌هایی که در هر ساعت از روز به برق نیاز دارند، تهیه کنید. دسته‌بندی دشمن بارگیری مسطح است. ۳.تعریف پنجره ارسال— ساعاتی که هر کامیون باید به وضعیت شارژ هدف برسد (معمولاً ۸۰ تا ۱۰۰٪ برای شیفت اول). ۴.استخراج اوج قدرت— حداکثر توان شارژ همزمان، که میزان توان شارژر و BESS را تعیین می‌کند. ۵.محاسبه انرژی مورد نیاز— توان عملیاتی روزانه، که ظرفیت باتری را تعیین می‌کند، به علاوه‌ی حاشیه‌ی طراحی ۱۵ تا ۲۰ درصدی برای تخریب و افت توان در هوای سرد.

جدول زیر نتایج اندازه گیری نماینده را برای سه پروفایل ناوگان رایج نشان می دهد:

یک قانون کلی مفید: BESS باید 30 تا 50 درصد از انرژی روزانه انبار را پوشش دهد و شبکه مابقی را با نرخ ثابتی تغذیه کند. این تعادل، هزینه چرخه باتری را به حداقل می‌رساند و در عین حال صرفه‌جویی در هزینه تقاضا را به حداکثر می‌رساند.

معماری‌های کانتینری در مقابل معماری‌های یکپارچه

سایت‌های ناوگان می‌توانند BESS را در دو شکل اصلی پیاده‌سازی کنند و انتخاب این دو شکل، تأثیر قابل توجهی بر نصب و عملیات خواهد داشت.

شمع‌های شارژ یکپارچه BESSباتری، شارژر و کنترل‌ها را در یک محفظه ترکیب کنید. [ایستگاه شارژ BESS با ظرفیت ۲۰۰ کیلووات ساعت و سازگاری با CCS، NACS و CHAdeMO] (https://www.midapower.com/ccs-nacs-chademo-200kwh-120kw-bess-charging-station-energy-storage-ev-charger-piles-product/) نمونه خوبی از این کلاس جمع و جور و آماده به کار است. واحدهای یکپارچه برای انبارهایی با فضای محدود، مکان‌های موقت و انعطاف‌پذیری چند کانکتوری مناسب هستند و معمولاً در عرض چند روز به جای چند ماه راه‌اندازی می‌شوند.

ایستگاه‌های BESS کانتینریبلوک باتری (اغلب ۵۰۰ کیلووات ساعت تا ۲ مگاوات ساعت در یک کانتینر یا آرایه کابینت) را از شارژرها جدا کنید. این معماری در انبارهای بزرگ غالب است زیرا امکان موارد زیر را فراهم می‌کند:

• مقیاس‌بندی مستقل انرژی (ظرفیت باتری) و توان (تعداد شارژرها)
• دسترسی آسان‌تر به تعمیر و نگهداری و جایگزینی ماژول‌ها،
• مهار آتش متمرکز و کنترل‌های محیطی،
• هزینه کمتر به ازای هر کیلووات ساعت در مقیاس بزرگ.

برای سایت‌های دارای محدودیت شبکه برق، می‌توان یک [ایستگاه شارژ BESS کانتینری ۵۰۰ کیلووات ساعتی] (https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/) را در حالی که ارتقاء تأسیسات هنوز در حال انجام است، مستقر کرد و به ناوگان، ماه‌ها زودتر یک کریدور شارژ فعال ارائه داد.

کنترل هوشمند: OCPP 2.0.1، ISO 15118 و EMS

یک BESS سفارشی تنها در صورتی ارزش ارائه می‌دهد که نرم‌افزار آن را به خوبی هماهنگ کند. هاب‌های ناوگان مدرن، یک EMS را اجرا می‌کنند که به طور مداوم سه تصمیم را بهینه می‌کند: چه زمانی باتری را شارژ کنیم، چگونه برق را بین کامیون‌های متصل به برق تخصیص دهیم، و چه زمانی برای کاهش اوج مصرف سایت، باتری را تخلیه کنیم.

سه استاندارد این اتوماسیون را ممکن می‌سازند:

• او سی پی پی ۲.۰.۱— پروتکل شارژر به پشتیبان؛ شارژ هوشمند و عملکردهای مدیریت دستگاه آن به EMS اجازه می‌دهد محدودیت‌های توان را برای هر شارژر در زمان واقعی تعیین کند.
• ایزو ۱۵۱۱۸— پروتکل خودرو به شارژر؛ Plug & Charge به طور خودکار خودروها را احراز هویت می‌کند و وضعیت باتری خودرو و محدودیت‌های شارژ آن را اعلام می‌کند.
• کمیسیون مستقل انتخابات ۶۱۸۵۱- استاندارد ارتباط شارژ پایه که سیگنال‌دهی بین وسیله نقلیه و EVSE را تعریف می‌کند.

این پروتکل‌ها در کنار هم، به یک انبار اجازه می‌دهند کامیون‌ها را بر اساس زمان حرکت اولویت‌بندی کند، محدودیت مصرف برق در سطح سایت را اعمال کند و بدون دخالت دستی در برنامه‌های پاسخگویی به تقاضای برق شرکت کند. توزیع‌کننده‌ی ناوگان، همان داشبورد شارژ را به عنوان مدیر انرژی می‌بیند و آمادگی خودرو را با اقتصاد تعرفه‌ای هماهنگ می‌کند.

اقتصاد عملیاتی در مقیاس ناوگان

اقتصاد شارژ کامیون با پشتیبانی BESS با افزایش مقیاس و میزان استفاده بهبود می‌یابد. در مقایسه با یک سایت مگاواتی متصل به شبکه، پیکربندی BESS معمولاً موارد زیر را ارائه می‌دهد:

• کاهش هزینه تقاضا۳۰ تا ۵۰ درصد از هزینه قبض برق سایت، زیرا پیک مصرف ماهانه کیلووات ثابت شده است؛
• مصرف شارژر بالاتر، زیرا شارژرها به جای اینکه با محدودیت‌های شبکه برق مواجه شوند، با حداکثر توان باتری کار می‌کنند؛
• قابلیت اطمینان ارسال، با جذب باتری در شیفت اول، کامیون‌ها به موقع حرکت می‌کنند.
• درآمد اختیاریاز رویدادهای پاسخ به تقاضا و در بازارهای آزاد، آربیتراژ انرژی.

بازگشت سرمایه برای یک انبار ناوگان BESS معمولاً بسته به تعرفه‌ها و مشوق‌های محلی بین سه تا شش سال است - که به طور قابل توجهی سریع‌تر از هزینه‌های ارتقاء تأسیسات در اکثر حوزه‌های قضایی است، که اغلب از قیمت خود BESS بیشتر است در حالی که هیچ انعطاف‌پذیری عملیاتی اضافه نمی‌کند.

نتیجه‌گیری

ناوگان کامیون‌های برقی به دلیل برق از کار می‌افتند، نه به دلیل انرژی. یک BESS سفارشی، مشکل برق در ایستگاه را با کاهش ظرفیت شبکه، کاهش تقاضا و فعال کردن شارژ در سطح مگاوات از اتصالات استاندارد حل می‌کند. راه‌حل مناسب با چرخه کاری واقعی ناوگان شروع می‌شود و از یک واحد یکپارچه ۲۰۰ کیلووات ساعتی تا یک هاب کانتینری ۲ مگاوات ساعتی - که هر کدام در اطراف کامیون‌ها، شیفت‌ها و تعرفه‌ای که در واقع برای سایت اعمال می‌شود، پیکربندی شده‌اند - گسترش می‌یابد. برای اپراتورهای ناوگان، تصمیم دیگر این نیست که آیا برق‌رسانی کنند یا خیر، بلکه این است که یک ایستگاه تحت پشتیبانی BESS با چه سرعتی می‌تواند راه‌اندازی شود.

سوالات متداول

۱. برای ناوگانی متشکل از ۲۰ کامیون برقی به چه اندازه BESS نیاز دارم؟یک ناوگان تحویل منطقه‌ای متشکل از ۲۰ کامیون متوسط، با فرض شارژ شبانه و یک بازه شارژ ۸ ساعته، معمولاً به ۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلووات ساعت ذخیره‌سازی با پشتیبانی ۴۰۰ تا ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر ظرفیت شبکه نیاز دارد. رقم دقیق به انرژی مسیر، خوشه‌بندی شیفت و توان شارژر بستگی دارد.

۲. آیا BESS واقعاً می‌تواند از شارژ کامیون‌ها در کلاس مگاوات پشتیبانی کند؟بله. یک BESS با ظرفیت ۲ مگاوات ساعت که با شارژرهای ۹۶۰ کیلووات+ جفت شده باشد، می‌تواند برای جلسات متوالی، توان مگاواتی ارائه دهد، زیرا باتری سریع‌تر از شارژ شدن توسط اتصال شبکه، تخلیه می‌شود و سپس با سرعت ثابتی بین خوشه‌ها دوباره پر می‌شود.

۳. راه‌اندازی یک سایت شارژ ناوگان BESS چقدر طول می‌کشد؟شمع‌های شارژ یکپارچه BESS را می‌توان در عرض چند روز راه‌اندازی کرد؛ هاب‌های کانتینری معمولاً چهار تا هشت هفته طول می‌کشد، از جمله کارهای عمرانی و اتصال شبکه. هر دو به طور چشمگیری سریع‌تر از ارتقاء ترانسفورماتور هستند که می‌تواند ۱۲ تا ۲۴ ماه طول بکشد.

۴. شارژرهای ناوگان BESS از چه کانکتورهایی برای کامیون‌ها استفاده می‌کنند؟CCS1 (آمریکای شمالی)، CCS2 (اروپا و بخش عمده‌ای از آسیا و اقیانوسیه) و MCS (استاندارد شارژ مگاواتی) گزینه‌های غالب برای خودروهای سنگین هستند؛ NACS و CHAdeMO موارد خاص خودرویی و منطقه‌ای را پوشش می‌دهند. ایستگاه‌های چند رابط در انبارهای مختلط رایج هستند.

۵. آیا BESS پیچیدگی عملیاتی قابل توجهی به یک انبار اضافه می‌کند؟خیر، وقتی EMS به درستی پیکربندی شده باشد. OCPP 2.0.1 و ISO 15118 امکان برنامه‌ریزی خودکار، محدود کردن مصرف برق و گزارش‌دهی را فراهم می‌کنند، بنابراین BESS مانند یک دستگاه عمل می‌کند نه یک ابزار کمکی.

۶. دوره بازگشت سرمایه معمول برای یک انبار ناوگان BESS چقدر است؟سه تا شش سال معمول است که ناشی از صرفه‌جویی در هزینه‌های تقاضا، کاهش هزینه‌های ارتقاء شبکه، استفاده بیشتر از شارژر و مشوق‌های محلی است. سایت‌هایی که تعرفه‌های تقاضای تنبیهی دارند، سریع‌تر بازپرداخت می‌کنند.

۷. آیا همین BESS می‌تواند از رشد ناوگان در آینده پشتیبانی کند؟بله، اگر معماری ماژولار باشد. سیستم‌های کانتینری و کابینتی امکان اضافه کردن تدریجی بلوک‌های باتری و شارژرها را فراهم می‌کنند، بنابراین سایت بدون نیاز به تعویض تأسیسات اصلی، با ناوگان هماهنگ می‌شود.