אסטרטגיות ניהול אנרגיה חכמות עבור מרכזי BESS מודרניים

תשובה מהירה

מרכז טעינה מודרני לאגירת אנרגיה של סוללות (BESS) מצליח או נכשל באסטרטגיית ניהול האנרגיה שלו, ולא בחומרה שלו. ניהול אנרגיה חכם משתמש במערכת ניהול אנרגיה (EMS) ברמת האתר כדי להחליט באופן רציף מתי לטעון את הסוללה, כיצד להקצות חשמל בין מטענים ומתי לפרוק לצורך שילוח שיא, הזזת עומס או תגובת דרישה. שלוש האסטרטגיות בעלות ההשפעה המדידת הגבוהה ביותר הן שילוח שיא, הגבלת חשמל דינמית של מטען באמצעות OCPP 2.0.1, ותזמון מבוסס מחיר המנצל פערי תעריפים. כאשר הן מיושמות יחד, הן מפחיתות את עלות האנרגיה באתר ב-20-40%, מגנות על מטענים ממגבלות רשת ויוצרות הכנסות חדשות מתוכניות שירות. מאמר זה מסביר את היררכיית ה-EMS, האסטרטגיות הליבה והפרוטוקולים שהופכים את האוטומציה לאמינה בקנה מידה של מרכז.

נקודות מפתח

• מערכת ה-EMS היא מוח הבקרה שמקשר בין סוללות, מטענים, אנרגיה פוטו-וולטאית ותעריפי רשת לבעיית אופטימיזציה אחת.
• גילוח שיא הוא האסטרטגיה בעלת הערך הגבוה ביותר: הגבלת חלון הביקוש של 15 דקות חותכת את סעיף המכס הגדול ביותר.
• ניהול עומסים דינמי (DLM) מאפשר לחיבור רשת קטן בגודלו לשרת ציי מטענים גדולים במיוחד.
• תזמון מבוסס מחיר ותגובת ביקוש הופכים אחסון לנכס הכנסה, לא רק לכלי להימנעות מעלויות.
• יכולת פעולה הדדית של OCPP 2.0.1, ISO 15118 ו-IEC 61851 הן הבסיס הבלתי ניתן למשא ומתן של בקרה אוטומטית.

מה הופך מרכז טעינה ל"חכם" כיום

לפני עשר שנים, אתר טעינה לרכב חשמלי היה אוסף של מטענים המחוברים למד. כל מטען ניהל משא ומתן על צריכת החשמל עם הרכב באופן עצמאי, האתר קיבל את השיא שהגיע, והמפעיל פיזר את הנזק בסוף החודש. מרכז BESS חכם שונה מבחינה מבנית: כל זרימת חשמל נמדדת, כל החלטה מותאמת, והאתר מתנהג כנכס יחיד הניתן לשליטה.

היכולות המגדירות של מרכז חכם הן:

1. מדידה בזמן אמתשל עומס האתר, מצב טעינת הסוללה (SoC), עוצמת המטען, ו-במידת הצורך- ייצור אנרגיה פוטו-וולטאית. 2.חיזוישל ביקוש כלי רכב, תפוקת אנרגיה סולארית וחלונות תעריפים. 3.אופטימיזציהשפותר את העלות הנמוכה ביותר או את ההכנסה הגבוהה ביותר במסגרת אילוצים פיזיים וחוזיים. 4.הוֹצָאָה לְפוֹעַלששולח אותות בקרה למטענים, ליחידת ה-PCS של הסוללה ולנקודת החיבור לרשת. 5.הַתאָמָהעם הסכמי חיבור לרשת, כללי מדידה ודרישות אבטחת סייבר.

מרכז ללא יכולות אלה הוא פשוט חוות טעינה גדולה יותר. בעזרתן, הוא הופך לנכס אנרגיה שהמפעיל שלו יכול להבטיח לחברת החשמל פרופיל עומס קבוע ולספק אותו.

היררכיית EMS: בקר אתר, רשת טעינה, קצה רשת

ניהול אנרגיה חכם פועל בשלוש שכבות מקוננות, והיישומים הטובים ביותר שומרים על תיאום של שלושתן:

שכבה 1 - בקר אתר (EMS).מערכת ה-EMS היא מקבלת ההחלטות. היא קולטת נתוני תעריפים, פרמטרים של בריאות הסוללה, מצבי מטען וקליטת תחזית, ולאחר מכן מפרסמת תוכנית שיגור: נקודות טעינה/פריקה של הסוללה, מגבלות הספק לכל מטען ויעדי ייבוא ​​לרשת. פלטפורמות EMS מסחריות מרעננות תוכנית זו כל 1-15 דקות, בהתאם לתנודתיות השוק.

שכבה 2 - רשת טעינה.מטענים מבצעים את התוכנית באמצעות OCPP. ב-OCPP 2.0.1, מערכת ה-EMS יכולה לקבוע מגבלות הספק דינמיות בכל סבב טעינה בזמן אמת, ולצמצם סבבים בודדים כדי לשמור על האתר במסגרת המגבלת שלו. זהו המנגנון שהופך חיבור של 500 קילוואט למרכז בעל יכולת הספק של 960 קילוואט: מטענים פועלים בהספק מלא כאשר הסוללה מתרוקנת, ומצטמצמים כאשר לא.

שכבה 3 - קצה רשת.נקודת החיבור מדווחת על נתוני מונה, ובתוכניות רשת חכמה, מקבלת אותות חיצוניים - אירועי תגובת ביקוש, מכירות פומביות של קיבולת או פולסי מחיר בזמן שימוש. מערכת ה-EMS מתייחסת אליהם כאל אילוצים או כתשומות מחיר באופטימיזציה שלה.

מצב הכשל שיש להימנע ממנו הוא בקרה מבודדת: אם הסוללה מנוהלת על ידי ספק אחד, המטענים על ידי אחר, ואנרגיה פוטו-וולטאית על ידי שלישי, לא קיים אופטימיזציה יחידה. זו הסיבה שפלטפורמות [תחנת טעינה BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) משולבות - שבהן מערכת ה-EMS מגיעה עם הסוללה והמטענים - מספקות באופן עקבי תוצאות טובות יותר מאשר ערימות מהשורה הראשונה המוברגות יחד באתר.

ניהול עומסים: גילוח שיא והסטת עומסים

שתי האסטרטגיות החשובות ביותר בניהול אנרגיה של מרכז BESS הן שיוף שיא (peak shaving) והסטת עומסים. לעתים קרובות מתבלבלים ביניהן, אך הן מכוונות לרכיבי תעריף שונים.

גילוח שיאמגביל את צריכת הרשת המרבית של האתר למשך 15 דקות. מערכת ה-EMS צופה בחלון הביקוש המתגלגל; כאשר השיא הצפוי מתקרב לתקרת הביקוש, היא פורקת את הסוללה בהספק הנדרש. היתרון הוא הימנעות מטעינה עקב דרישה - בדרך כלל העלות הניתנת לשליטה הגדולה ביותר בחשבון אתר טעינה. במרכז עם שיא של 1.2 מגה-וואט ותעריף של 15 דולר לקילוואט, קיצוץ של 300 קילוואט חוסך 54,000 דולר בשנה.

הזזת עומסמעביר את צריכת האנרגיה לאורך זמן. הסוללה נטענת בשעות השפל (כאשר האנרגיה היא 0.03–0.06 דולר לקוט"ש) ומפעילה מטענים בשעות השיא (כאשר האנרגיה היא 0.15–0.30 דולר לקוט"ש). היתרון הוא הפחתת עלויות האנרגיה, ובחלק מהשווקים, הכנסות מארביטראז'.

הטבלה שלהלן משווה את האסטרטגיות לפי מטרה, טריגר בקרה וחיסכון טיפוסי:

מערכת EMS מכווננת היטב מפעילה כמה מהפעולות הללו בו זמנית: גילוח השיא, העברת העומס בין חלונות תעריף ותגובה לאירועי DR כאשר המחיר נכון.

תגובת ביקוש ו-V2G: אחסון כנכס רשת

מעבר למד, מרכז BESS יכול להשתתף בשירותי רשת המשלמים עבור גמישות. תוכניות תגובת ביקוש (DR) משלמות לאתרים כדי להפחית את הצריכה - או לייצא חשמל - כאשר הרשת נמצאת תחת לחץ. BESS בעל יכולת 240 קילוואט שיכולה להוריד עומס למשך ארבע שעות מייצג כמעט 1 מגה-וואט-שעה של גמישות ניתנת לשיגור, בשווי 12,000-36,000 דולר לשנה בשווקי DR פעילים.

גישה בין רכב לרשת (V2G) מרחיבה את אותה הלוגיקה גם לצי המשאיות או האוטובוסים עצמם. בעזרת מטענים דו כיווניים וכלי רכב התומכים בתקן ISO 15118, תחנת כוח יכולה לאגד סוללות רכב חונות כתחנת כוח וירטואלית. הפעלה זו מורכבת יותר - יש לכבד את מגבלות זמינות הצי - אך היא ממירה את הנכס הגדול ביותר שאינו מנוצל מספיק (סוללות צי חונות) להכנסות. רוב המפעילים משלבים את V2G לאחר שילוח שיא ו-DR מוכחים, מכיוון שאלה אינם דורשים שיתוף פעולה מצד הרכב.

תזמון מבוסס בינה מלאכותית ובקרה חזויה

מערכת ניהול חשמל סטטית מבוססת כללים - "פריקה בין השעות 16:00 ל-21:00" - משאירה כסף על השולחן מכיוון שעומסים ומחירים אמיתיים משתנים מיום ליום. בקרה חזויה מוסיפה חיזוי: מערכת ניהול החשמל חוזה את ביקוש הטעינה של מחר מטלמטיקה של ציי חשמל, תפוקת שמש מנתוני מזג אוויר ומחיר מלוחות שנה של תעריפים, ולאחר מכן ממטבת את תוכנית הסוללה לאורך כל האופק.

שיפורי למידת מכונה הולכים רחוק יותר, לומדים את הדפוסים השבועיים של אתר ומתאימים את מדיניות השיגור באופן אוטומטי. התוצאות המדידות במרכזי התפעול כוללות:

• הפחתה נוספת של 10-20% בעלויותעל פני שיגור מבוסס כללים, החל מתזמון טוב יותר של מחזורי סוללה;
• פחות מחזורי סוללה לכל קילוואט-שעה המופעלים, הארכת חיי המחזור על ידי התאמת עוצמת הפריקה לעומס בפועל;
• עמידה משופרת בתקרת שיאבימים חריגים (חגים, גלי חום, אירועים) שבהם הכללים מפספסים.

עבור [תחנת טעינה BESS בהספק של 2 מגה-וואט ו-960 קילוואט](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), שבה מחזור אחד בתזמון גרוע יכול לעלות מאות דולרים בפגיעה בתוספת חריגות בביקוש, בקרה ניבויית אינה מותרות - היא סטנדרט תפעולי.

יכולת פעולה הדדית של פרוטוקולים: OCPP 2.0.1 ו-ISO 15118

כל אסטרטגיה חכמה שתוארה לעיל תלויה בכך ששירותי הרפואה ידברו שפה משותפת עם מטענים וכלי רכב. שלושה פרוטוקולים מגדירים שפה זו:

• OCPP 2.0.1— הסטנדרט של מטען לשרת אחורי. פונקציונליות הטעינה החכמה שלו מאפשרת למערכת ה-EMS לקבוע מגבלות צריכת חשמל לכל סשן, בקרות טרנזקציות וניהול מכשירים מרחוק. היא מחליפה את OCPP 1.6J עבור רכזות חדשות בזכות אבטחה טובה יותר (TLS), טיפול טוב יותר בתקלות וטעינה חכמה מקורית.
• תקן ISO 15118— תקן הרכב-למטען. ‏Plug & Charge מאמת את הרכב, והפרוטוקול נושא את מצב הסוללה של הרכב ואת אילוצי הטעינה שלו לשירותי הרפואה הרפואית, מה שמאפשר טעינה אופטימלית באמת במקום טעינה בתעריף קבוע.
• חברת החשמל 61851— תקן האיתות הבסיסי של EVSE שכל מטען מודרני מיישם, ושאותו מרחיבים OCPP ו-ISO 15118.

ציון שלושתם בזמן הרכישה הוא פוליסת הביטוח הזולה ביותר שבעל מרכז יכול לרכוש. זה מבטיח שניתן יהיה להפעיל את [BESS לתשתית רכב חשמלי](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) על ידי כל שירותי EMS מודרניים, להצטרף לתוכניות DR עתידיות, ולקבל כלי רכב מכל יצרן ציוד מקורי (OEM) ללא פתרונות עוקפים באמצעות מתאם.

מַסְקָנָה

ניהול אנרגיה חכם הוא מה שמבדיל בין מרכז BESS לבין ערימת סוללות. מערכת ה-EMS - חמושה בלוגיקת צמצום שיא, ניהול עומסים דינמי, תזמון מודע לתעריפים ופרוטוקולים פתוחים - הופכת את האחסון למכונה להפחתת עלויות והכנסות, תוך שמירה על הזנת כל מטען. על המפעילים לתעדף את הפלטפורמה המשולבת על פני קניית רכיבים, לתקנן את התקנים OCPP 2.0.1 ו-ISO 15118, ולהתחיל בצמצום שיא לפני הוספת שכבות של ארביטראז', DR, ובסופו של דבר V2G. אסטרטגיית הטעינה מוכחת, ניתנת למדידה, ומהווה את ההבדל הגובר בין אתר טעינה ששורד את סביבת התעריפים שלו לבין אתר שמשגשג בה.

שאלות נפוצות

1. מה בעצם עושה שירות EMS במרכז טעינה של BESS?מערכת ה-EMS מחליטה באופן רציף מתי לטעון את הסוללה, כמה חשמל כל מטען יכול לצרוך ומתי לפרוק - תוך אופטימיזציה מול חלונות תעריפים, מגבלות רשת וביקוש הרכב. זהו מוח התוכנה של המרכז.

2. כמה יכול ניהול אנרגיה חכם לחסוך באתר טעינה?תוצאות אופייניות הן עלות אנרגיה כוללת נמוכה יותר של 20-40%, עם הפחתות של 30-50% מבחינת צריכת חשמל והפחתות של 10-25% מבחינת עלות אנרגיה כתוצאה מהסטת עומסים. החיסכון מתרחב עם אגרסיביות התעריפים.

3. מה ההבדל בין שילוח שיא לבין הזזת עומס?שיגור שיא (Peak Shafts) מגביל את צריכת האנרגיה הגבוהה ביותר של 15 דקות ברשת כדי להפחית את חיובי הביקוש; העברת עומס מעבירה את צריכת האנרגיה לחלונות תעריפים זולים יותר כדי להפחית את חיובי האנרגיה. שניהם משתמשים בסוללה, אך פותרים רכיבי חשבון שונים.

4. האם אני צריך OCPP 2.0.1, או ש-1.6J מספיק?OCPP 2.0.1 מומלץ מאוד עבור רכזות חדשות: הוא מוסיף אבטחת TLS, טעינה חכמה מקורית וניהול מכשירים טוב יותר. OCPP 1.6J נשאר בסדר עבור שדרוגים אך מגביל אוטומציה עתידית והשתתפות ב-DR.

5. כיצד ניהול עומס דינמי מאפשר לי להגדיל את גודל המטענים?מערכת ה-EMS מגבילה את סך ההספק של האתר במגבלת החיבור לרשת ונותנת עדיפות לסשנים, כך שחיבור של 500 קילוואט יכול לארח 960 קילוואט של מטענים - כל אחד מהם פועל בהספק מלא כל עוד הסכום הכולל נשאר מתחת למגבלה.

6. האם מרכז BESS יכול להרוויח כסף מתגובה לביקוש?כן, היכן שקיימת אפשרות לצבירה. סוללה של 240 קילוואט יכולה להשיל כ-1 מגה-וואט-שעה במהלך אירוע של ארבע שעות, ולהרוויח 50-150 דולר לקילוואט-שנה בשווקי DR פעילים.

7. האם חיבור בין כלי רכב לרשת רכב מעשי במחסני ציי רכב כיום?יותר ויותר, עם מטענים דו כיווניים וכלי רכב ISO 15118, אך זה מוסיף מורכבות תפעולית. רוב המפעילים פורסים V2G לאחר גילוח שיא ו-DR נוצרים, ומתייחסים לסוללות צי חונות כהרחבה של BESS באתר.