Изучение потенциала технологии V2G в зарядных станциях, интегрированных с системами хранения энергии.

Быстрый ответ

Технология «автомобиль-сеть» (V2G) превращает припаркованный электромобиль в двунаправленный источник энергии, способный передавать энергию обратно в зарядный узел, здание или сеть. В зарядном узле, интегрированном с системой хранения энергии (BESS), зарядные устройства V2G работают совместно со стационарной системой хранения энергии на основе аккумуляторов под управлением единой системы управления энергией (EMS), что позволяет узлу снижать пиковую нагрузку, получать выгоду от энергетического арбитража и продавать услуги сети без ущерба для доступности зарядки. В настоящее время практическая архитектура использует двунаправленные зарядные устройства постоянного тока (15–60 кВт на порт), связь по стандарту ISO 15118 Plug & Charge и управление OCPP 2.0.1. V2G не заменяет BESS — она расширяет возможности управления зарядной станции при низких дополнительных затратах. Операторам следует рассматривать V2G как дополнительный источник дохода, а не как самостоятельный бизнес-план, и отдавать приоритет площадкам, где автопарки, тарифы и программы коммунальных предприятий создают предсказуемые окна разрядки.

Основные выводы

• Технология V2G преобразует батареи электромобилей в управляемые накопители энергии, которые дополняют, а не заменяют стационарные системы хранения энергии в зарядном узле.
• Реалистичный набор преимуществ сочетает в себе энергетический арбитраж, снижение платы за потребление и услуги для электросети — использование технологии V2G в одном конкретном случае редко оправдывает себя.
• Для обеспечения функции Plug & Charge и агрегированной диспетчеризации оборудование для двунаправленной зарядки должно соответствовать стандартам ISO 15118, DIN 70121 и OCPP 2.0.1.
• Износ батарей, условия гарантии и контракты на обеспечение доступности парка техники — три фактора, определяющие успех или провал программы V2G.
• Поэтапное внедрение — сначала услуги только для систем хранения энергии, затем V2G — обеспечивает бесперебойную работу зарядного узла по мере развития модели получения дохода.

Возможности технологии V2G реальны, но контекст имеет значение.

Согласно прогнозам отрасли, опубликованным после выхода доклада МЭА «Глобальный прогноз развития электромобилей», рынок систем «автомобиль-сеть» (EV-G) вырастет с примерно 2,5 млрд долларов США в 2025 году до более чем 18 млрд долларов США к 2030 году. Логика этого роста проста: современная батарея электромобиля емкостью 80–100 кВт⋅ч может хранить больше энергии, чем потребляют многие коммерческие зарядные станции в пиковый дневной час, а большинство автомобилей автопарка простаивают более 20 часов в сутки. В совокупности на территории депо эти простаивающие батареи образуют виртуальную электростанцию ​​(ВЭП) мощностью в несколько мегаватт-часов.

Однако загвоздка в том, что доход от подключенных к сети систем V2G не возникает автоматически. Он зависит от трех специфических условий: тарифной структуры со значительными различиями между пиковыми и непиковыми часами, программы оператора энергосистемы или системы передачи электроэнергии, которая оплачивает реагирование на спрос или регулирование частоты, и оператора автопарка, готового гарантировать временные интервалы доступности. Интегрированный в систему BESS зарядный узел элегантно решает третье условие — стационарная батарея поглощает риск внезапной нагрузки на зарядку, в то время как система EMS решает, какой актив, транспортное средство или батарея, должен отреагировать на сигнал диспетчеризации.

Что на самом деле делает технология V2G внутри зарядного устройства?

Часто V2G путают с V2L (передача заряда от транспортного средства к зарядному устройству) или V2H (передача заряда от транспортного средства к дому). В коммерческих зарядных станциях это различие имеет важное значение:

• В2ЛСбросы в портативную нагрузку или прибор — без взаимодействия с сетью, без учета выручки от учета.
• V2HЭлектропитание здания, оплачиваемое из собственного кармана — полезно для повышения отказоустойчивости, но ограничено одним объектом.
• V2Gэкспортирует электроэнергию через счетчик в сеть или компенсирует собственное измеренное потребление узла — это единственная конфигурация, которая монетизирует энергию посредством тарифов или рынков сетевых услуг.
• V2B (связь транспортного средства со зданием)Занимает промежуточное положение между V2H и V2G: система управления энергопотреблением (EMS) зарядного устройства использует аккумуляторы транспортных средств для снижения собственных расходов на зарядку, что является наиболее выгодным и наименее затратным вариантом использования для большинства зарядных станций сегодня.

Энергетические потоки внутри узла BESS управляются системой EMS. В пиковый дневной час система EMS может сначала разрядить стационарную батарею, затем подключить зарегистрированные транспортные средства V2G, время отправления которых более чем через два часа, и, наконец, ограничить или замедлить работу зарядных устройств, не относящихся к приоритетной сети. Эта иерархическая система управления является ключевым отличием узла BESS с V2G от простой зарядной станции с двунаправленными портами: узел является участником микросети, а не пассивной нагрузкой.

Почему BESS-хабы идеально подходят для V2G

Автономные зарядные устройства V2G, установленные на парковках, часто разочаровывают из-за отсутствия местных энергетических ресурсов, которые могли бы компенсировать несоответствия во времени. Автомобиль может быть доступен в 10:00, но событие реагирования на спрос приходится на 17:00. Стационарная батарея в [интегрированной зарядной станции BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) поглощает этот временной риск: она заряжается в дешевые часы вне пиковой нагрузки, разряжается во время события и заряжается от сети или от зарегистрированных транспортных средств, когда сигнал заканчивается.

Такое архитектурное взаимодействие обеспечивает измеримые эксплуатационные преимущества:

1. Гарантированная пропускная способность.Система хранения энергии (BESS) обеспечивает минимальный уровень мощности, на который может рассчитывать энергоснабжающая компания; технология V2G добавляет потенциал для повышения. Агрегаторы устанавливают выгодные цены на эту стабильность. 2.Более высокая эффективность использования зарядных устройств.Двунаправленные порты также являются высокоскоростными зарядными устройствами постоянного тока — одно и то же оборудование мощностью 30–60 кВт приносит доход от зарядки в течение дня и доход от сети, когда транспортные средства простаивают. 3.Снижение стоимости подключения к электросети.Центр, способный выдавать 100–200 кВт электроэнергии от транспортных средств и его системы хранения энергии, может обеспечивать работу сети меньшей мощности, откладывая модернизацию трансформаторов, которая обычно обходится в пяти-шестизначные суммы. 4.Устойчивость как услуга.В случае отключения электроэнергии центральный узел может работать в автономном режиме и обеспечивать питание критически важных нагрузок от объединенного аккумуляторного пула — функция, которая все чаще выигрывает тендеры у муниципалитетов и дорожных компаний.

Структура ценности: откуда на самом деле поступает доход от V2G.

Не все потоки создания ценности одинаковы. В таблице ниже сравниваются четыре механизма получения дохода, доступные для узла BESS с поддержкой V2G, с учетом реалистичных ожиданий для объекта класса 1 МВт·ч.

Практический вывод: снижение платы за потребление и программы увеличения мощности — это два направления, которые реализуются первыми. Регулирование частоты усложняет задачу (реакция за доли секунды, предварительное тестирование) и должно применяться только после того, как будет доказана эффективность контура управления системой энергоснабжения.

Технические требования: стандарты, оборудование и управление.

Эффективность V2G-хаба зависит от его совместимости. Современное поколение двунаправленной зарядки определяется тремя стандартами:

• ISO 15118 (Подключение и зарядка):Обеспечивает безопасную аутентификацию и двустороннее планирование зарядки между транспортным средством и зарядным устройством по каналу связи.
• DIN 70121:Профиль связи для быстрой зарядки постоянным током, который используется в большинстве коммерческих зарядных устройств V2G, наряду с ISO 15118 для обеспечения широкой совместимости с транспортными средствами.
• OCPP 2.0.1:Протокол передачи данных от зарядного устройства к сети, обеспечивающий передачу сообщений DeviceModel и SmartCharging, необходимых для централизованного управления системой управления зарядными устройствами (EMS), заменяет ограниченный набор функций OCPP 1.6J для двунаправленной работы.

Выбор оборудования также имеет решающее значение. Линейка зарядных станций V2G от MIDA иллюстрирует спектр размеров, доступных в настоящее время для развертывания хабов:

За зарядным устройством расположен двунаправленный силовой модуль — компонент, который с высокой эффективностью преобразует постоянное напряжение батареи обратно в переменный ток из сети. Компания MIDA производит силовые модули V2G мощностью 20–45 кВт и двунаправленные модули AC-DC мощностью 20–62,5 кВт (https://www.midapower.com/ev-charging-module/), что позволяет интеграторам хабов подбирать количество модулей в соответствии с потребностями объекта в электроэнергии, вместо того чтобы покупать громоздкие зарядные устройства типа «черный ящик». Использование модульных двунаправленных силовых модулей — это наилучшая защита от будущих потребностей в электроснабжении: добавление второго модуля в шкаф обходится дешевле и быстрее, чем замена всего зарядного устройства.

Реалистичная экономика и риски, которые операторы должны учитывать при ценообразовании.

Наиболее распространенная ошибка в сфере V2G — это построение бизнес-плана на основе одного единственного источника дохода. Автомобиль мощностью 50 кВт, разряжающий батарею 2 часа в день при арбитражной цене 0,15 доллара США/кВтч, зарабатывает примерно 5400 долларов США в год — реальные деньги, но не кардинальные изменения, и при этом батарея автомобиля потребляет примерно 180 полных циклов зарядки/разрядки в год.

Три основных риска, определяющих экономику V2G:

1. Деградация батареи.Каждый цикл разряда способствует старению автомобильного аккумулятора. Условия договора должны предусматривать компенсацию владельцу автомобиля за использование аккумулятора в циклах, как правило, исходя из гарантийного срока службы аккумулятора, установленного производителем. Не следует предполагать, что гарантия производителя распространяется на работу в режиме V2G — проверьте документ. 2.Наличие автопарка.Транспортные средства — это прежде всего активы, приносящие доход. 17:00 — это именно то время, когда происходят события, связанные с реагированием на спрос. Заключайте контракты только на гарантированные периоды простоя, и пусть система управления энергоснабжением рассматривает энергию транспортных средств как прерываемую. 3.Долговечность программы.Программы V2G для коммунальных предприятий быстро развиваются. Необходимо структурировать аппаратное обеспечение и программное обеспечение EMS таким образом, чтобы центральный узел мог переключаться с одной программы на другую (или на работу исключительно в режиме BESS) без доработок.

Разработка концентратора BESS, готового к передаче данных от источника к источнику (V2G): практическая последовательность действий.

Операторам, оценивающим возможности V2G, следует придерживаться поэтапного подхода, обеспечивающего бесперебойную работу зарядных станций и сохранение капитала:

1. Сначала разверните систему хранения энергии (BESS).Встроенное зарядное устройство BESS (https://www.midapower.com/integrated-bess-charger/) обеспечивает зарядку по требованию и резервирование энергии с первого дня, без зависимости от транспортного средства. 2.Выбирайте оборудование, поддерживающее двунаправленное движение.Укажите зарядные устройства и силовые модули, поддерживающие ISO 15118 и OCPP 2.0.1, даже если регистрация V2G начнется позже. 3.Набирать собственные флоты.Начните с транспортных средств, находящихся в вашем контроле — корпоративных автопарков, арендных парковок или парковок длительного пользования, — где договоры на предоставление услуг просты. 4.Подключите программу-агрегатор или служебную программу.Используйте систему хранения энергии (BESS) для гарантирования предлагаемой вами мощности; V2G затем добавляет запас сверх гарантированного базового уровня. 5.Проводить мониторинг и перебалансировку ежемесячно.Отслеживайте использование циклов, доход по каждому потоку и время безотказной работы зарядных устройств. Перенастраивайте правила диспетчеризации в зависимости от изменения тарифов и программ.

Такая конструкция центра управления сочетает в себе лучшие стороны обоих подходов: детерминированную экономику стационарных систем хранения энергии сегодня и опциональную ценность автомобильных аккумуляторов завтра, по мере того как двунаправленные транспортные средства и рынки электросетей будут развиваться одновременно.

Часто задаваемые вопросы

1. В чем разница между V2G и V2H в зарядном устройстве?Технология V2H обеспечивает электропитание здания за счетчиком без экспорта в сеть, в то время как технология V2G экспортирует электроэнергию через счетчик или компенсирует измеренное потребление. В хабе технология V2B (передача электроэнергии от транспортного средства к зданию) обычно является наиболее эффективной и простой в реализации версией двунаправленной зарядки.

2. Вредит ли технология V2G для аккумуляторов электромобилей?Дополнительные циклы разряда способствуют старению батареи, но их влияние незначительно, если контролировать глубину разряда, температуру и количество циклов. Операторы должны убедиться, что гарантия производителя транспортного средства распространяется на работу в режиме V2G, и компенсировать владельцам использование циклов.

3. Может ли технология V2G заменить стационарную систему хранения энергии?Нет. Мощность V2G прерываема и зависит от наличия и регистрации транспортных средств. Стационарная система хранения энергии (BESS) обеспечивает стабильную, постоянно доступную мощность; V2G — это дополнительный уровень, который добавляет управляемую энергию с низкими дополнительными затратами.

4. Какие стандарты должны поддерживать зарядные устройства V2G?Стандарты ISO 15118 обеспечивают подключение и зарядку, а также двунаправленное планирование, DIN 70121 — совместимость при зарядке постоянным током, а OCPP 2.0.1 — управление на основе EMS. Более старые версии OCPP 1.6J обычно требуют обновления прошивки или оборудования для полноценной двунаправленной работы.

5. Какие уровни мощности доступны для коммерческой технологии V2G сегодня?Мощность коммерческих двунаправленных зарядных устройств постоянного тока варьируется от 15 кВт до 60 кВт на порт. Компания MIDA предлагает зарядные станции V2G мощностью 15–30 кВт, 22–44 кВт и 30–60 кВт с разъемами CCS и CHAdeMO, работающие от двунаправленных модулей мощностью 20–45 кВт.

6. Как системы накопления энергии (BESS) и технология V2G распределяют нагрузку по диспетчеризации?Система управления жизнедеятельностью транспортного узла расставляет приоритеты: сначала стационарные батареи (фиксированный график), затем зарегистрированные транспортные средства с известным временем отправления (гибкий график), а затем сокращение нагрузки. Такая иерархия гарантирует предоставление услуг при одновременном максимизировании дохода.

7. Как быстрее всего начать получать доход от V2G?Внедрить интегрированный в систему хранения энергии зарядный узел с оборудованием, готовым к двунаправленному управлению, сформировать собственный парк электромобилей и поставить цель снижения платы за пиковое потребление электроэнергии, а также запустить программу увеличения мощности энергоснабжения. Эти два направления начнут приносить прибыль в течение нескольких месяцев, прежде чем начнутся более сложные контракты на регулирование частоты.