Viedas enerģijas pārvaldības stratēģijas moderniem BESS centriem

Ātrā atbilde

Mūsdienīgs akumulatora enerģijas uzkrāšanas (BESS) uzlādes mezgls gūst panākumus vai neveiksmes, pamatojoties uz savu enerģijas pārvaldības stratēģiju, nevis aparatūru. Viedā enerģijas pārvaldība izmanto objekta līmeņa enerģijas pārvaldības sistēmu (EMS), lai nepārtraukti izlemtu, kad uzlādēt akumulatoru, kā sadalīt jaudu starp lādētājiem un kad izlādēt to maksimālās slodzes samazināšanai, slodzes pārslēgšanai vai pieprasījuma reakcijai. Trīs stratēģijas ar vislielāko izmērāmo ietekmi ir maksimālās slodzes samazināšanas dispečerizācija, dinamiskā lādētāja jaudas ierobežošana, izmantojot OCPP 2.0.1, un uz cenu balstīta plānošana, kas izmanto tarifu starpības. Ieviešot kopā, tās samazina objekta enerģijas izmaksas par 20–40 %, aizsargā lādētājus no tīkla ierobežojumiem un rada jaunus ieņēmumus no komunālo pakalpojumu programmām. Šajā rakstā ir paskaidrota EMS hierarhija, pamatstratēģijas un protokoli, kas padara automatizāciju uzticamu mezgla mērogā.

Galvenie secinājumi

• EMS ir vadības smadzenes, kas savieno akumulatoru, lādētājus, fotoelektrisko enerģiju un tīkla tarifus vienā optimizācijas problēmā.
• Pieprasījuma maksimālās slodzes samazināšana ir visaugstākās vērtības stratēģija: 15 minūšu pieprasījuma loga ierobežošana samazina lielāko tarifu pozīcijas vienību.
• Dinamiskā slodzes pārvaldība (DLM) ļauj pārāk mazam tīkla pieslēgumam apkalpot pārāk lielus uzlādes staciju parkus.
• Uz cenu balstīta plānošana un pieprasījuma reakcija pārvērš krātuvi par ieņēmumu avotu, nevis tikai par izmaksu samazināšanas rīku.
• OCPP 2.0.1, ISO 15118 un IEC 61851 sadarbspēja ir automatizētās vadības neapstrīdams pamats.

Kas mūsdienās padara uzlādes centru “viedāku”

Pirms desmit gadiem elektrotransportlīdzekļu uzlādes stacija bija lādētāju kopums, kas savienots ar skaitītāju. Katra lādētāja darbība tika veikta neatkarīgi no transportlīdzekļa jaudas, stacija pieņēma jebkuru maksimālo slodzi, un operators mēneša beigās izlīdzināja bojājumus. Viedais BESS centrmezgls ir strukturāli atšķirīgs: katra jaudas plūsma tiek mērīta, katrs lēmums tiek optimizēts, un stacija darbojas kā viens kontrolējams aktīvs.

Viedā centrmezgla galvenās iespējas ir:

1. Reāllaika mērīšanaobjekta slodzes, akumulatora uzlādes stāvokļa (SoC), lādētāja jaudas un — attiecīgā gadījumā — fotoelektriskās enerģijas ražošanas. 2.Prognozēšanano transportlīdzekļu pieprasījuma, saules enerģijas jaudas un tarifu logiem. 3.Optimizācijakas risina zemākās izmaksas vai augstākos ieņēmumus fizisko un līgumisko ierobežojumu ietvaros. 4.Izpildekas nosūta vadības signālus lādētājiem, akumulatora PCS un tīkla pieslēguma punktam. 5.Atbilstībaar tīkla pieslēguma līgumiem, mērīšanas noteikumiem un kiberdrošības prasībām.

Lādētājs bez šīm iespējām ir vienkārši lielāks uzlādes staciju parks. Ar tām tas kļūst par enerģijas resursu, kura operators var apsolīt komunālajam uzņēmumam vienmērīgu slodzes profilu un to nodrošināt.

EMS hierarhija: objekta kontrolieris, uzlādes tīkls, tīkla mala

Viedā enerģijas pārvaldība darbojas trīs ligzdotos līmeņos, un labākie ieviešanas veidi nodrošina visu trīs koordināciju:

1. slānis — vietnes kontrolieris (EMS).EMS ir lēmumu pieņēmējs. Tā apkopo tarifu datus, akumulatora stāvokļa parametrus, lādētāja stāvokļus un prognozes ievades datus, pēc tam publicē dispečeru plānu: akumulatora uzlādes/izlādes iestatījumus, katra lādētāja jaudas ierobežojumus un tīkla importa mērķus. Komerciālās EMS platformas atjaunina šo plānu ik pēc 1–15 minūtēm atkarībā no tirgus svārstīguma.

2. slānis — lādētāja tīkls.Lādētāji izpilda plānu, izmantojot OCPP. OCPP 2.0.1 versijā EMS var reāllaikā iestatīt dinamiskus jaudas ierobežojumus katrai uzlādes sesijai, ierobežojot atsevišķas sesijas, lai saglabātu uzlādes punktu tā ierobežojumu ietvaros. Šis ir mehānisms, kas pārvērš 500 kVA savienojumu par 960 kW spējīgu centrmezglu: lādētāji darbojas ar pilnu jaudu, kad akumulators izlādējas, un samazina jaudu, kad tas neizlādējas.

3. slānis — režģa mala.Savienojuma punkts ziņo par skaitītāja datiem un viedtīklu programmās saņem ārējos signālus — pieprasījuma reakcijas notikumus, jaudas izsoles vai lietošanas laika cenu impulsus. EMS savā optimizācijā tos uzskata par ierobežojumiem vai cenu ievades datiem.

Kļūmes režīms, no kura jāizvairās, ir izolēta vadība: ja akumulatoru pārvalda viens piegādātājs, lādētājus — cits un fotoelektriskos elementus — trešais, tad nav viena optimizētāja. Tāpēc integrētās [BESS uzlādes staciju](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) platformas, kurās EMS tiek piegādāta kopā ar akumulatoru un lādētājiem, pastāvīgi nodrošina labākus rezultātus nekā labākās klases iekārtas, kas saskrūvētas kopā uz vietas.

Slodzes pārvaldība: maksimālās slodzes samazināšana un slodzes pārslēgšana

BESS centrmezgla enerģijas pārvaldības divas galvenās stratēģijas ir maksimālās slodzes samazināšana un slodzes pārslēgšana. Tās bieži tiek jauktas, taču tās ir vērstas uz dažādiem tarifu komponentiem.

Pīķa skūšanāsierobežo stacijas maksimālo 15 minūšu tīkla pieprasījumu. EMS uzrauga mainīgā pieprasījuma logu; kad prognozētā maksimālā jauda tuvojas ierobežojumam, tā izlādē akumulatoru ar nepieciešamo jaudu. Ieguvums ir pieprasījuma un uzlādes savstarpējas atkarības novēršana — parasti lielākās kontrolējamās izmaksas uzlādes stacijas rēķinā. Uzlādes stacijā ar 1,2 MW maksimālo jaudu un 15 USD/kW tarifu, samazinot 300 kW, tiek ietaupīti 54 000 USD gadā.

Slodzes pārslēgšanapārvieto enerģijas patēriņu laikā. Akumulators uzlādējas ārpus pīķa stundām (kad enerģijas cena ir 0,03–0,06 USD/kWh) un darbina lādētājus pīķa stundās (kad enerģijas cena ir 0,15–0,30 USD/kWh). Ieguvums ir enerģijas izmaksu samazinājums, kā arī dažos tirgos arbitrāžas ieņēmumi.

Zemāk esošajā tabulā ir salīdzinātas stratēģijas pēc mērķa, kontroles aktivizētāja un tipiskā ietaupījuma:

Labi noregulēta EMS sistēma vienlaikus veic vairākas darbības: samazina maksimuma cenas, pārslēdz slodzi starp tarifu logiem un reaģē uz DR notikumiem, kad cena ir pareiza.

Pieprasījuma reakcija un V2G: Uzkrāšana kā tīkla aktīvs

Papildus skaitītājam BESS centrmezgls var piedalīties tīkla pakalpojumos, kas maksā par elastību. Pieprasījuma reakcijas (DR) programmas maksā objektiem par patēriņa samazināšanu vai elektroenerģijas eksportu, kad tīkls ir noslogots. 240 kW BESS, kas var atslēgt slodzi četras stundas, pārstāv gandrīz 1 MWh dispečējamas elastības, kas aktīvos DR tirgos ir 12 000–36 000 USD gadā.

Transportlīdzekļa un tīkla (V2G) tehnoloģija paplašina to pašu loģiku uz pašu kravas automašīnu vai autobusu parku. Izmantojot divvirzienu uzlādes ierīces un ISO 15118 saderīgus transportlīdzekļus, depo var apvienot novietotus transportlīdzekļu akumulatorus kā virtuālu elektrostaciju. Šīs tehnoloģijas darbība ir sarežģītāka — ir jāievēro autoparka pieejamības ierobežojumi —, taču tā pārvērš lielāko nepietiekami izmantoto aktīvu (novietotos autoparka akumulatorus) ieņēmumos. Lielākā daļa operatoru pakāpeniski ievieš V2G pēc tam, kad ir pierādīta maksimālās slodzes samazināšana un DR, jo tām nav nepieciešama sadarbība no transportlīdzekļa puses.

Mākslīgā intelekta balstīta plānošana un paredzošā vadība

Statiska, uz noteikumiem balstīta EMS — “izlāde no plkst. 16.00 līdz 21.00” — ietaupa naudu, jo reālās slodzes un cenas katru dienu mainās. Prognozējošā kontrole papildina prognozēšanas iespējas: EMS prognozē rītdienas uzlādes pieprasījumu, izmantojot autoparka telemātikas datus, saules enerģijas jaudu, izmantojot laika apstākļu datus, un cenu, izmantojot tarifu kalendārus, un pēc tam optimizē akumulatora plānu visam nākotnes periodam.

Mašīnmācīšanās uzlabojumi iet vēl tālāk, apgūstot objekta iknedēļas modeļus un automātiski pielāgojot dispečeru politiku. Izmērāmie rezultāti darbības centros ietver:

• Papildu izmaksu samazinājums par 10–20 %nevis uz noteikumiem balstīta nosūtīšana, pateicoties labākam akumulatora ciklu laikam;
• Mazāk akumulatora ciklu uz vienu patērēto kilovatstundu, pagarinot cikla kalpošanas laiku, saskaņojot izlādes jaudu ar faktisko slodzi;
• Uzlabota atbilstība maksimālās robežvērtības prasībāmneparastu dienu laikā (svētku dienās, karstuma viļņos, pasākumos), kas neļauj ievērot noteikumus.

[2 MWh 960 kW megavatu BESS uzlādes stacijai](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), kur viens slikti laicīgi plānots cikls var izmaksāt simtiem dolāru degradācijas un pieprasījuma pārsniegšanas dēļ, paredzošā vadība nav greznība — tā ir darbības standarts.

Protokolu sadarbspēja: OCPP 2.0.1 un ISO 15118

Katra iepriekš aprakstītā viedā stratēģija ir atkarīga no tā, vai neatliekamās medicīniskās palīdzības dienests (EMS) runā kopīgā valodā ar lādētājiem un transportlīdzekļiem. Šo valodu definē trīs protokoli:

• OCPP 2.0.1— lādētāja un aizmugures sistēmas standarts. Tā SmartCharging funkcionalitāte ļauj EMS attālināti iestatīt jaudas ierobežojumus katrai sesijai, darījumu kontroli un ierīču pārvaldību. Jaunajiem centrmezgliem tas aizstāj OCPP 1.6J, pateicoties labākai drošībai (TLS), labākai kļūmju apstrādei un iebūvētai viedajai uzlādei.
• ISO 15118— standarts no transportlīdzekļa uz uzlādes ierīci. “Plug & Charge” autentificē transportlīdzekli, un protokols nosūta transportlīdzekļa akumulatora stāvokli un uzlādes ierobežojumus uz EMS, nodrošinot patiesi optimizētas sesijas, nevis fiksētas likmes uzlādi.
• IEC 61851— EVSE signalizācijas pamatstandarts, ko ievieš katrs mūsdienu uzlādes punkts un ko paplašina OCPP un ISO 15118.

Visu trīs norādīšana iepirkuma laikā ir vienīgā lētākā apdrošināšanas polise, ko var iegādāties elektrotransportlīdzekļu infrastruktūras īpašnieks. Tā garantē, ka [elektrotransportlīdzekļu infrastruktūras uzlādes sistēmu (BESS)](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) var darbināt jebkura moderna EMS sistēma, tā var pievienoties nākotnes DR programmām un var pieņemt transportlīdzekļus no jebkura oriģinālā aprīkojuma ražotāja (OEM) bez adapteru risinājumiem.

Secinājums

Vieda enerģijas pārvaldība ir tas, kas atšķir BESS centrmezglu no akumulatoru kaudzes. EMS — apbruņota ar maksimuma samazināšanas loģiku, dinamisko slodzes pārvaldību, tarifiem atbilstošu plānošanu un atvērtiem protokoliem — pārvērš uzkrāšanu par izmaksu samazināšanas un ieņēmumu mašīnu, vienlaikus nodrošinot katra lādētāja barošanu. Operatoriem vajadzētu prioritizēt integrēto platformu, nevis komponentu iegādi, standartizēties atbilstoši OCPP 2.0.1 un ISO 15118, un sākt ar maksimuma samazināšanu, pirms slāņošanas arbitrāžas, DR un galu galā V2G. Stratēģiju kopums ir pierādīts, izmērāms un arvien vairāk nosaka atšķirību starp uzlādes vietu, kas izdzīvo savā tarifu vidē, un tādu, kas tajā zeļ.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Ko EMS īsti dara BESS uzlādes mezglā?EMS nepārtraukti izlemj, kad uzlādēt akumulatoru, cik daudz jaudas katrs lādētājs var patērēt un kad izlādēt, optimizējot darbību atbilstoši tarifu logiem, tīkla ierobežojumiem un transportlīdzekļu pieprasījumam. Tā ir centrmezgla programmatūras smadzenes.

2. Cik daudz uzlādes vietā var ietaupīt vieda enerģijas pārvaldība?Tipiski rezultāti ir par 20–40 % zemākas kopējās enerģijas izmaksas, pieprasījuma un maksas samazinājums par 30–50 % un enerģijas izmaksu samazinājums par 10–25 %, pateicoties slodzes maiņai. Ietaupījumu skala ar tarifu agresivitāti.

3. Kāda ir atšķirība starp maksimālās slodzes samazināšanu un slodzes nobīdi?Maksimālās slodzes samazināšana ierobežo lielāko 15 minūšu tīkla slodzi, lai samazinātu pieprasījuma izmaksas; slodzes pārslēgšana pārvieto enerģijas patēriņu uz lētākiem tarifu logiem, lai samazinātu enerģijas izmaksas. Abos gadījumos tiek izmantots akumulators, taču tie risina dažādas rēķinu komponentes.

4. Vai man ir nepieciešams OCPP 2.0.1, vai pietiek ar 1,6 J?Jauniem centrmezgliem stingri ieteicams ir OCPP 2.0.1: tas pievieno TLS drošību, iebūvētu viedās uzlādes funkciju un labāku ierīču pārvaldību. OCPP 1.6J joprojām ir piemērots modernizācijai, taču ierobežo turpmāku automatizāciju un DR dalību.

5. Kā dinamiskā slodzes pārvaldība ļauj man palielināt lādētāju izmērus?EMS ierobežo kopējo objekta jaudu līdz tīkla pieslēguma ierobežojumam un piešķir prioritāti sesijām, tāpēc 500 kVA pieslēgums var uzņemt 960 kW uzlādes staciju, katrai darbojoties ar pilnu jaudu, ja vien kopējā jauda nepārsniedz ierobežojumu.

6. Vai BESS centrs var nopelnīt naudu no pieprasījuma reakcijas?Jā, ja ir pieejama agregācija. 240 kW akumulators četru stundu laikā var zaudēt ~1 MWh enerģijas, aktīvos DR tirgos nopelnot 50–150 USD par kWh.

7. Vai transportlīdzekļa un elektrotīkla sasaiste mūsdienās ir praktiski īstenojama autoparku depo?Arvien biežāk, izmantojot divvirzienu lādētājus un ISO 15118 transportlīdzekļus, taču tas palielina darbības sarežģītību. Lielākā daļa operatoru ievieš V2G pēc maksimālās slodzes samazināšanas un DR ieviešanas, uzskatot stāvvietā esošos akumulatorus par objekta BESS paplašinājumu.