Az igényvezérelt válasz optimalizálása az intelligens BESS töltőállomásokon

Gyors válasz:Az [intelligens BESS töltőállomások](https://www.midapower.com/energy-storage-charging-station) keresletoldali válasza a helyszíni akkumulátoros energiatárolást és az intelligens energiagazdálkodást jelenti a teljesítmény eltolására, csökkentésére vagy exportálására a hálózati árjelzések, a közmű DR eseményei vagy a frekvenciaszabályozási hívások alapján. Egy megfelelően méretezett akkumulátorral integrált elektromos jármű töltőállomás 20–40%-kal csökkentheti a keresletoldali díjakat, felszabadíthatja a frekvenciaszabályozásból és a csúcsidőszaki bevételekből származó bevételeket, és 30–50%-kal csökkentheti a hálózati csatlakozási kapacitásigényt – miközben az elektromos járművezetők élménye változatlan marad. A nyerő formula négy vezérlőelemet ötvöz: csúcsidőszaki leválasztás, terheléseltolódás, dinamikus terheléskezelés és kétirányú V2G kisütés, mindezt egy OCPP és ISO 15118 szabványt támogató EMS vezérli. Azok az üzemeltetők, akik mind a négy réteget megvalósítják, jellemzően 3-6 éven belül megtérülnek a BESS prémiumot az elkerült keresletoldali díjak, a DR ösztönzők és az energiaarbitrázs révén.

Főbb tanulságok:

• A kereskedelmi elektromos járművek töltési számláit nem az energiaköltségek, hanem a keresleti díjak uralják; egy 30 perces csúcsidőszak akár egy hónapnyi haszonkulcsot is eltörölhet.
• A BESS-szel felszerelt intelligens töltőállomások az egyetlen olyan helyszíni architektúra, amely képes mind a járművek töltésére, mind a rugalmasság visszaszolgáltatására a hálózatba.
• A csúcsteljesítmény csökkentése, a terheléseltolódás, a dinamikus terheléskezelés és a V2G kisülés egy négyrétegű optimalizálási csomagot alkot, amelyet egymás után kell megvalósítani.
• A vezérlési protokoll réteg (OCPP 1.6J/2.0.1, ISO 15118, Modbus/DNP3) határozza meg, hogy egy állomás ténylegesen részt vehet-e a közmű DR programokban.
• Egy 200–500 kWh-s akkumulátortelep, amelynek mérete a töltési teljesítmény 0,5–1-szerese, biztosítja a legjobb keresletoldali megtérülést a tipikus 120–480 kW-os kereskedelmi telephelyeken.

A töltőállomásban rejlő keresletvezérelt megoldások lehetősége

Egy európai telephely üzemeltetője nyolc darab 120 kW-os egyenáramú gyorstöltőt üzemeltet egy autópálya-pihenőhelyen. A havi energiafogyasztás szerény, de a közüzemi számlákon egy olyan tétel szerepel, amely a villamosenergia-költségek közel 60%-át teszi ki. Ennek oka egyetlen 15 perces csúcs februárban, amikor nyolc elektromos teherautó érkezett egyszerre egy hideghullám idején, és 900 kW-ot vontattak le egy 800 kW-ra méretezett hálózati csatlakozásról.

Ez a forgatókönyv nem kivételes. Észak-Amerikában, Európában és Ausztráliában a kereskedelmi áramtarifák jellemzően 5-20 USD/kW csúcsigényt számolnak fel, 15 vagy 30 perces időközönként mérve. Egy elektromos jármű töltőállomáson több jármű csúcsidejű egybeesése – egy délután 5 órakor visszatérő szállítóflotta vagy egy éjszakai töltést végző buszpályaudvar – pontosan olyan rövid, heves terhelési csúcsokat hoz létre, amelyeket a keresletalapú töltések büntetnek. Egy intelligens BESS töltőállomás pontosan azért létezik, hogy elnyelje ezeket a csúcsokat. Az akkumulátor az alacsony árú, alacsony keresletű időszakokban töltődik, és a magas keresletű időszakban merül le, ellaposítva a telephely terhelési profilját a mérőóránál.

A keresletoldali válasz ezt a logikát egyetlen telephelyről kiterjeszti az egész hálózatra. A közművek és az átvitelirendszer-üzemeltetők (TSO-k) olyan eszközöket fizetnek, amelyek csökkenthetik a fogyasztást vagy parancsra energiát tudnak betáplálni – jellemzően 50–300 USD/kWh a kapacitás-kötelezettségekért, plusz az események során ténylegesen leadott MWh után fizetendő energiadíjak. Egy akkumulátorral működő töltőállomás egy másodpercen belül képes válaszolni egy keresletoldali válaszra, és 1-4 órán át fenntartani a kisütést, így ez az egyik legreagálóbb elosztott eszköz, amellyel egy közműszolgáltató szerződést köthet. Ugyanaz a hardver, amely a járművezetőket szolgálja ki, második bevételi forrást biztosít a telephelynek.

Hogyan vesz részt egy BESS töltőállomás a keresletoldali válaszban?

Egy akkumulátorral integrált elektromosjármű-töltőállomás alapvetően egy három terminálból álló energiaforrás: hálózati bemenet, akkumulátor-tárolás és járműteljesítmény. Az energiagazdálkodási rendszer (EMS) középen helyezkedik el, és valós időben dönti el, hogy az egyes kilowattok hová áramlanak. Az architektúra egy egyszerű hierarchiát követ.

Arácsmérőez az igazság lényege. Minden keresletoldali optimalizálás a mért importot célozza meg: a cél soha nem a díjszabás maximalizálása, hanem az összesített profil költségének minimalizálása. ABESS inverter(jellemzően 100–250 kW szekrényenként, kétirányú AC-DC vagy DC-DC átalakítók formájában) váltakozó áramú hálózat és egyenáramú akkumulátor között alakít át. Atöltő tápegység– MIDA esetén egy moduláris 60–480 kW-os [álló töltőállomás](https://www.midapower.com/dc-fast-charger-station) vagy egy 360–1680 kW-os osztott rendszer – az egyenáramú buszról kap áramot. Az egyenáramú csatolású kialakításoknál az akkumulátor közvetlenül, kettős konverzió nélkül táplálja a töltőt, ami az oda-vissza hatásfokot nagyjából 92–95%-ra növeli.

Az EMS a DR stratégiát egy négyrétegű vezérlőverem segítségével hajtja végre:

1. Helyi terhelés előrejelzése: az EMS a nap órája, a hét napja és az évszak szerint tanulja meg a töltési mintákat, és előrejelzi a következő 24–48 órás terhelést. 2.Ár- és jelfeldolgozásA tarifatáblázatok, a közműszolgáltatók DR eseményértesítései és a valós idejű piaci árak olyan protokollokon keresztül érkeznek, mint az OpenADR, a Modbus vagy a DNP3. 3.Optimalizáló motor: egy vegyes egész számokat használó optimalizáló rutin megoldja az akkumulátor töltési/kisütési ütemtervét, amely minimalizálja a teljes költséget, miközben tiszteletben tartja a töltő prioritását, az akkumulátor SOC-korlátait és a hálózati csatlakozási korlátokat. 4.VégrehajtásA rendszer az ütemtervet elküldi a BESS inverternek, és OCPP-n keresztül közli a töltőkkel, szükség szerint szabályozva vagy növelve a teljesítményt munkamenetenként.

Egy jól hangolt energiaellátó rendszer (EMS) a mért igényt mindig egy lágy felső határon belül tartja (pl. a csatlakozási kapacitás 80%-a), így elegendő mozgásteret biztosítva azokra a DR eseményekre, amikor a szolgáltató kemény korlátozást kér.

Mérhető megtakarításokat eredményező alapvető optimalizálási stratégiák

Négy stratégia alkotja az intelligens BESS töltőállomások keresletoldali válaszának forgatókönyvét. Ezek kiegészítik egymást, és a kiforrott üzemeltetők mind a négyet egyszerre működtetik.

A csúcsidőszak lefaragása a belépési pont, mivel nem igényel külső szerződéseket, és az első naptól kezdve megtakarítást biztosít. A dinamikus terheléskezelés a legnagyobb mértékben kihasználható fejlesztés: a MIDA [intelligens elektromosjármű-töltői](https://www.midapower.com/smart-ev-dc-charger-150kw-180kw-200kw-240kw-300kw-360kw-420kw-fast-charging-station-floor-standing-dc-pile-product/) 150–420 kW teljesítménytartományban OCPP-n keresztül szabályozzák a munkamenetenkénti teljesítményt, így az üzemeltető 120 kW hálózati kapacitásonként két töltőt telepíthet egy helyett. A frekvenciaszabályozás a prémium szolgáltatás; bevételt hoz az akkumulátor sebességéből, de megköveteli, hogy az állomás szerződést kössön egy TSO-val vagy egy aggregátorral.

A keresletoldali válaszadást lehetővé tevő szabályozási rendszer

A fizikai akkumulátor és a töltők csak a rendszer felét teszik ki. Az igényvezérelt vezérlés egy adatjáték, és a protokollkészlet határozza meg, hogy egy állomás mely programokhoz csatlakozhat.

Az üzemeltetőknek ragaszkodniuk kellene az OCPP 2.0.1 támogatásához az új berendezésekben: olyan biztonságot (TLS, aláírt firmware-frissítések) és natív intelligens töltési primitíveket biztosít, amelyek az OCPP 1.6J-ből hiányoznak. Az ISO 15118-20 az a járműoldali szabvány, amely a V2G-t laboratóriumi demóból hálózati szolgáltatássá alakítja; kezeli a kétirányú energiaátvitelt, a tanúsítványalapú hitelesítést és a valós idejű energiaütemezést a töltő és az autó között. A közműinterfész esetében az OpenADR 2.0b a de facto szabvány a DR eseményekhez, míg a DNP3/IEC 61850 azoknak a telephelyeknek számít, amelyek közvetlenül egy TSO-nak szeretnék eladni a frekvenciaszabályozást.

Egy [ integrálásaV2G töltőmodul](https://www.midapower.com/30kw-40kw-v2g-charging-module-bidirectional-ac-dc-converter-product/) telephellyé alakítása magát a járműflottát elosztott akkumulátorrá alakítja. A MIDA 30 kW/40 kW kétirányú moduljai és 15 kW/20 kW DC-DC V2G moduljai lehetővé teszik a telephely számára, hogy több tucat járművet egyesítsen egy 1–2 MW virtuális tárolókészletbe – olyan kapacitásba, amely további akkumulátor-hardverek nélkül vesz részt a DR-ben.

Megvalósítási ütemterv: A számlázási nehézségektől a DR bevételig

Egy ötlépéses sorozat a passzív számlázásról az aktív hálózati részvételre viszi a telephelyet:

1. A terhelési profil auditálása.12 hónapnyi, 15 perces intervallumú adatot kell lekérdezni a fogyasztásmérőről. Határozza meg a 10 leggyakoribb csúcsidőszakot, azok időtartamát és kiváltó okát (pl. flotta érkezése, hideg időjárás, egyéb események). 2.Méretezze be megfelelően az akkumulátort.Egy 120–480 kW-os töltőállomás esetében egy 200–500 kWh-s akkumulátortelep (nagyjából a töltési teljesítmény kWh-ban kifejezve 0,5–1×) a csúcsidőszaki töltési igények 90%-át fedezi. A MIDA moduláris BESS állomásai – a 120 kWh/60 kW-tól a [482 kWh/320 kW-os konfigurációkig](https://www.midapower.com/320kw-482kwh-bess-charger-mobile-ev-charging-station-energy-storage-system-product/) – lehetővé teszik a kapacitás szabványos blokkokban történő bővítését. 3.Telepítse az EMS-t és csatlakoztassa a töltőket OCPP-n keresztül.A dinamikus terheléskezelés konfigurálása a DR programok használata előtt; önmagában is megduplázhatja a telephely kapacitáskihasználását. 4.Csatlakozzon a kapacitás- és energia-DR programokhoz.Kezdjük a közmű DR eseményeivel (OpenADR), majd térjünk át a TSO kiegészítő piacaira, ha a helyi szabályok engedélyezik a tárolói részvételt. 5.V2G és aggregáció hozzáadása.Szerződéskötés egy aggregátorral a telephely más eszközökkel való összekapcsolására, felszabadítva a frekvenciaszabályozást és a kapacitáspiaci kifizetéseket.

Mit jelent ez az üzleti esetedre nézve?

A keresletoldali válasz gazdaságossága jelenti a különbséget egy alig nullszaldós és egy infrastruktúra-minőségű hozamot termelő töltőállomás között. Vegyünk egy 320 kW-os BESS töltőállomást 482 kWh tárolókapacitással, amely egy autópálya-csomópontot szolgál ki. A keresletoldali díjak nagyjából 30%-kal csökkennek, ami a tipikus kereskedelmi tarifák mellett évi 18 000–30 000 USD megtakarítást jelent. A TOU arbitrázs további 8 000–15 000 USD-t tesz ki évente. Egy kapacitásalapú DR szerződés évi 6 000–12 000 USD-t, a frekvenciaszabályozás pedig 10 000–25 000 USD-t tesz ki, ha a TSO piac nyitott. A 40 000–80 000 USD együttes éves haszon a nagyjából 150 000–250 000 USD BESS prémiummal szemben 3-6 éves megtérülést jelent – ​​a hálózati csatlakozás korszerűsítésének elkerült költségeinek figyelembevétele előtt, amely sok autópálya-állomás esetében teljes mértékben meghaladja az akkumulátor költségét.

A kereslet-válasz játékban azok a telephelyek nyernek, amelyek az akkumulátort hálózati eszközként, nem pedig töltési tartozékként kezelik. Minden kilowattnyi tárolóhoz tartoznia kell egy elosztási ütemtervnek, egy bevételi szerződésnek és egy mért eredménynek. A ma elérhető moduláris architektúráknak és az OCPP/ISO 15118 szabványon alapuló vezérlésnek köszönhetően nincsenek technikai akadályok a töltőállomás és a rugalmassági piacok között.

GYIK

1. Mit jelent a keresletoldali válasz egy BESS töltőállomáson?A keresletoldali válasz az a gyakorlat, amelynek során egy telephely hálózati fogyasztását csökkentik vagy eltolják – vagy tárolt energiát betáplálnak – az árjelzésekre, a közmű DR eseményeire vagy a hálózati frekvenciaszabályozási hívásokra reagálva, az állomás akkumulátorának és intelligens vezérlőrendszereinek felhasználásával.

2. Mennyivel csökkentheti a keresletoldali válasz a töltőállomásom áramszámláját?Az üzemeltetők jellemzően 20–40%-kal csökkentik a terheléselosztással a felhasználói díjakat és 10–30%-kal az energiaköltségeket, így a 300 kW-os telephelyeken összesen évi 40 000–80 000 USD megtakarítás érhető el.

3. Észreveszik-e a sofőrök, amikor az állomás részt vesz a keresletoldali válaszban?Nem. Az EMS szabályozza vagy növeli a töltést az egyes munkamenetek szerződéses teljesítménykorlátain belül, és az akkumulátor lemerülése fedezi a rést. A vezetők ugyanazt a töltési sebességet és munkamenet-időt tapasztalják.

4. Mi a különbség a csúcsborotválás és a terheléseltolódás között?A csúcsidőszak alatti akkumulátor lemerítésével korlátozza a telephely maximálisan mért igényét, míg a terheléselosztás az energiafogyasztást a drága csúcsidőszakokról az olcsó, csúcsidőn kívüli órákra helyezi át. A csúcsidőszaki leválasztás a keresleti díjat célozza meg, míg a terheléselosztás az energiaárat.

5. Szükséges-e a BESS állomásomnak speciális protokollokat használnia a közmű DR programokhoz való csatlakozáshoz?Igen. Az OpenADR 2.0b a közmű DR eseményekhez, az OCPP 2.0.1 a töltővezérléshez és az ISO 15118 a V2G-hez a legfontosabb szabványok. A régebbi OCPP 1.6J berendezések továbbra is részt vehetnek az EMS-en keresztül, de kevesebb funkcióval.

6. Helyettesíthetik-e a helyszíni BESS-t a járműakkumulátorok a keresletoldali válasz érdekében?Részben. A V2G-képes járművek kis flottánként 50–150 kW rugalmas kapacitással járulhatnak hozzá, de a helyszíni BESS továbbra is elengedhetetlen a garantált, mindig rendelkezésre álló reagáláshoz – a járművek parkolnak kiszámíthatatlanul, az akkumulátorok nem.

7. Mennyi a megtérülési ideje egy BESS-nek egy elektromos jármű töltőállomáson DR optimalizálással?Mind a négy optimalizálási réteg aktív állapotában a megtérülés jellemzően 3-6 éven belül esik; azok a helyszínek, amelyek elkerülik a hálózati csatlakozás korszerűsítését, 3 éven belül megtérülhetnek.