Максимизация рентабельности инвестиций: снижение совокупной стоимости владения с помощью инфраструктуры BESS.

Быстрый ответ

Системы хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) повышают рентабельность инвестиций в площадки быстрой зарядки постоянного тока, устраняя три основных фактора, влияющих на общую стоимость владения (TCO): плату за пиковое потребление, закупку энергии и плату за подключение к сети. Для типичного центра быстрой зарядки мощностью 480 кВт только плата за пиковое потребление может составлять 30–70% от ежемесячного счета за электроэнергию; правильно подобранная система BESS сглаживает эти пиковые нагрузки, переносит закупки энергии на непиковые часы и позволяет отложить или уменьшить мощность трансформаторов, которые обычно стоят 50 000–200 000 долларов США. В результате сроки окупаемости зарядной инфраструктуры, оснащенной системами BESS, обычно составляют 4–7 лет по сравнению с 8–12 годами для объектов, подключенных только к сети, еще до учета преимуществ в плане отказоустойчивости и времени безотказной работы. Таким образом, максимизация рентабельности инвестиций начинается с проектирования: подбора емкости хранилища в соответствии с фактической кривой нагрузки, а не с учетом установленной мощности зарядного устройства.

Основные выводы

• В основе эксплуатационных расходов на быструю зарядку постоянным током лежат не объемы потребляемой энергии, а плата за пиковое потребление — наиболее эффективным инструментом снижения совокупной стоимости владения является сглаживание пиковых нагрузок с помощью систем накопления энергии (BESS).
• Подключение к сети и модернизация трансформаторов часто составляют наибольшую статью капитальных затрат; системы хранения энергии сокращают или откладывают их.
• Энергетический арбитраж и собственное потребление солнечной энергии добавляют второй слой доходов/расходов помимо сглаживания пиковых нагрузок.
• Решения, касающиеся эксплуатационных расходов — управление тепловым режимом, деградация батарей, управление системой OCPP и договоры на техническое обслуживание — незаметно определяют общую стоимость владения за 10 лет.
• Модели расчета рентабельности инвестиций должны сравнивать объект с его базовым уровнем, включающим только электросети, и измерять окупаемость за счет дополнительных капитальных затрат, а не за счет всего проекта.

Структура затрат, которую большинство операторов понимают неправильно.

Станция быстрой зарядки постоянным током мощностью 480 кВт редко потребляет именно 480 кВт. Нагрузка на зарядные станции для автопарков и общественного транспорта носит пиковый характер: на придорожной зарядной станции средняя загрузка может составлять 30–40%, но при одновременной зарядке шести автомобилей полная мощность может сохраняться в течение 15–30 минут. Энергетические компании выставляют счета за пиковую нагрузку, а не за среднюю, посредством платы за потребление — обычно 5–20 долларов США за кВт в месяц в дополнение к тарифам за объем потребляемой энергии. Пиковая нагрузка в 480 кВт, которую можно было бы снизить до 240 кВт, обходится оператору в 1400–5800 долларов США в месяц в виде необоснованных расходов, что составляет 17 000–70 000 долларов США в год на один счетчик.

Вот почему экономика зарядки только от сети рушится в больших масштабах: как только вы устанавливаете несколько мощных зарядных устройств, кривая спроса на зарядку становится круче, чем растет выручка. Системы хранения энергии на основе аккумуляторов ломают эту кривую. Системы хранения энергии заряжаются ночью по непиковым тарифам, а затем разряжаются в пиковый период работы объекта, ограничивая потребляемую мощность на согласованном уровне. Расчеты детерминированы — они не зависят от нестабильных цен на энергию или государственных субсидий, — что делает их основой любой надежной модели совокупной стоимости владения.

Анатомия совокупной стоимости владения: куда уходят деньги в течение 10 лет.

Общая стоимость владения (TCO) зарядной станции делится на четыре категории. Операторы, как правило, оптимизируют наименьшую категорию (стоимость оборудования), игнорируя три доминирующие.

Это открытие одновременно неприятно и освобождающе: оборудование зарядного устройства не является основной статьей расходов. Оператор объекта, который договаривается о 10% скидке на зарядное устройство, экономит меньше, чем тот, кто снижает плату за пиковую нагрузку на 40%. Инфраструктура BESS — единственный компонент, который одновременно сокращает расходы на энергию, электроэнергию и операционные издержки.

Во что обходятся атаки на BESS: три механизма

1. Снижение платы за потребление (основной принцип)

Система управления энергопотреблением (EMS) непрерывно прогнозирует нагрузку на объекте и разряжает батарею во время прогнозируемых пиков, поддерживая измеренное потребление электроэнергии в кВт ниже установленного лимита. Эффект усиливается тем, что каждый сэкономленный кВт также уменьшает коэффициент множителя спроса, используемый энергоснабжающей компанией для расчета платы за передачу и распределение электроэнергии во многих тарифах.

2. Энергетический арбитраж и собственное потребление солнечной энергии

Та же самая батарея, которая сглаживает пиковые нагрузки, заряжается, когда энергия самая дешевая — по ночным тарифам или за счет избытка солнечной энергии в полдень, если на объекте установлены солнечные батареи на крыше или навесе. Каждый кВт⋅ч, переведенный с пикового тарифа на внепиковый, компенсирует разницу в тарифах, обычно составляющую 0,05–0,20 долларов США/кВт⋅ч. При более чем 300 циклах в год на батарее емкостью 625 кВт⋅ч только арбитражный слой может приносить от 9000 до 37000 долларов США в год в зависимости от рынка.

3. Отсрочка модернизации энергосети

В исследованиях подключения к электросетям для новых объектов высокой мощности часто указывается стоимость модернизации трансформаторов в размере 50 000–200 000 долларов США со сроком выполнения 12–18 месяцев. Система хранения энергии (BESS), гарантирующая, что объект никогда не будет потреблять более, скажем, 300 кВт из сети, преобразует подключение мощностью 1000 кВА в подключение мощностью 400 кВА — зачастую полностью исключая необходимость модернизации и сокращая сроки реализации проекта более чем на год. Это позволяет снизить общую стоимость владения (TCO) на капитальном уровне, и это часто является решающим фактором для объектов, находящихся в запущенном состоянии и имеющих ограниченные мощности электросетей.

Сценарий окупаемости инвестиций: хаб мощностью 480 кВт с системой хранения энергии емкостью 625 кВт⋅ч.

Рассмотрим конкретное сравнение. Площадка А — это автомагистральный узел мощностью 480 кВт, подключенный только к сети (четыре зарядных устройства по 120 кВт). Площадка В — это тот же узел, но с интегрированной зарядной станцией на основе системы хранения энергии (BESS) мощностью 625 кВт (https://www.midapower.com/bess-charging-station/), подключенной к сети мощностью 300 кВт. Обе площадки обслуживают одинаковый трафик: 150 сеансов в день, в среднем 30 кВт⋅ч за сеанс.

Приведенные цифры являются показательными, но в целом демонстрируют устойчивый рост в тарифных структурах США и ЕС: установка BESS сокращает ежегодные операционные расходы, связанные с энергоснабжением, примерно на 20–30%, позволяет избежать пятизначных затрат на подключение и окупает дополнительные капитальные затраты примерно за 4–6 лет. Все, что следует учитывать после этого, является маржинальным доходом — кроме того, узел устойчив к отключениям электроэнергии, что защищает выручку во время сбоев в сети, которые могли бы остановить работу конкурента, использующего только электросети.

Операционные расходы, незаметно снижающие рентабельность инвестиций.

Цена покупки — это приманка; операционные расходы — это ловушка. Пять операционных решений определяют, достигнет ли площадка BESS расчетного срока окупаемости:

1. Терморегулирование.Литиевые батареи теряют мощность при температуре выше 35°C и ниже 0°C. Системы с жидкостным охлаждением поддерживают номинальную мощность при температуре окружающей среды 50°C; системы с воздушным охлаждением теряют 10–25% мощности в пиковые летние периоды — именно тогда, когда плата за электроэнергию достигает максимума. Выберите [модули питания с жидкостным охлаждением](https://www.midapower.com/liquid-cooled-power-module/) и систему терморегулирования батарей, соответствующие вашему климату. 2.Дисциплина циклической работы батареи.Каждый полный эквивалентный цикл расходует небольшую часть ресурса батареи. Служба поддержки энергоснабжения должна ограничивать глубину разряда до уровня, предполагаемого финансовой моделью (обычно 80–90% глубины разряда, более 6000 циклов). Соблюдение нормативных требований — это бесплатные деньги. 3.Плата за программное обеспечение и управление.Платформы управления, соответствующие стандарту OCPP, взимают плату за каждое зарядное устройство в месяц. Выбирайте платформы, которые объединяют системы хранения энергии, зарядные устройства и учет потребления в одном интерфейсе — фрагментация платформы незаметно увеличивает стоимость каждого порта на 100–500 долларов США в год. 4.Профилактическое техническое обслуживание против аварийного технического обслуживания.Контуры жидкостного охлаждения, контакторы и защитные реле нуждаются в плановом обслуживании. Одно незапланированное отключение концентратора мощностью 480 кВт может обойтись дороже, чем годовой контракт на техническое обслуживание, из-за упущенной выгоды от сессий и штрафов за нарушение правил энергоснабжения. 5.Согласование гарантийных условий.Гарантийный срок на аккумулятор указывается в циклах или годах, в зависимости от того, что наступит раньше. Сопоставьте срок гарантии с бюджетом циклов использования для арбитража/сглаживания пиковых нагрузок, иначе гарантия на аккумулятор истечет на годы раньше, чем на зарядное устройство.

Выбор методов закупок и проектирования, обеспечивающих рентабельность инвестиций.

Решения, обеспечивающие максимальную рентабельность инвестиций, принимаются до оформления заказа, а не после:

• Рассчитывайте мощность накопителя в соответствии с кривой нагрузки, а не с паспортными данными зарядного устройства.Смоделируйте фактический профиль потребления электроэнергии на объекте на 12 месяцев работы. Аккумулятор емкостью 625 кВт·ч может сгладить пиковые нагрузки на хабе мощностью 480 кВт; аккумулятор емкостью 261 кВт·ч подойдет для объекта мощностью 120–200 кВт. Избыточная мощность приводит к нерациональному расходованию средств; недостаточная мощность приводит к неоправданным затратам на оплату потребления.
• Предпочтение отдается интегрированным системам.Интегрированное зарядное устройство для систем хранения энергии (BESS) (https://www.midapower.com/integrated-bess-charger/) — объединяющее в одной архитектуре аккумулятор, систему управления энергопотреблением (EMS), преобразователь энергии и зарядное устройство постоянного тока — снижает риски проектирования, ввода в эксплуатацию и интеграции по сравнению с объединением компонентов от четырех разных поставщиков. Меньшее количество интерфейсов означает меньшее количество точек отказа и единого владельца гарантии.
• Внедрите модульную структуру.[Контейнерные и шкафные системы хранения энергии](https://www.midapower.com/bess-charger-container/) позволяют расширять мощности по мере роста трафика, защищая как от избыточного строительства сегодня, так и от простаивания активов завтра.
• Сначала смоделируйте подключение к электросети.Перед окончательным определением количества зарядных устройств запросите исследование возможности подключения к сети электроснабжения. Разница между вариантом «модернизация не требуется» и вариантом «модернизация до 1000 кВА» может превысить весь бюджет системы хранения энергии.
• Проверьте соответствие требованиям строительных норм.Сертификация инверторов (CE, UL или соответствие местным стандартам электросетей) и защита от автономной работы определяют, может ли объект легально эксплуатироваться и экспортировать электроэнергию. Несоответствующее оборудование может задержать ввод в эксплуатацию на несколько месяцев.

Часто задаваемые вопросы

1. Каков типичный срок окупаемости системы хранения энергии (BESS) на зарядной станции?Для объектов со значительными платежами за потребление электроэнергии (8 долларов США и более/кВт-месяц) дополнительные капитальные затраты на системы хранения энергии обычно окупаются за 4–7 лет за счет сглаживания пиковых нагрузок, арбитража и экономии на коммунальных платежах. Для объектов с фиксированными тарифами или без платы за потребление электроэнергии необходим энергетический арбитраж или повышение устойчивости энергоснабжения, чтобы оправдать использование систем хранения.

2. Насколько система накопления энергии (BESS) может снизить плату за потребление электроэнергии?Правильно подобранная система обычно снижает пиковую нагрузку, учитываемую счетчиком, на 30–60%, что напрямую приводит к экономии на плате за пиковое потребление. Снижение зависит от соотношения мощности батареи к пиковой нагрузке и от периода разрядки батареи на объекте.

3. Уменьшает ли система накопления энергии (BESS) требуемый размер подключения к сети?Да. Накопители позволяют объекту получать более ровный и ограниченный профиль мощности от сети. Многие операторы сокращают мощность своих подключений с 1000 кВА до 400–500 кВА, что позволяет избежать модернизации трансформаторов стоимостью 50 000–200 000 долларов США и сократить сроки реализации проектов.

4. Какова доля платы за потребление в общей стоимости владения?Для станций быстрой зарядки постоянным током плата за потребление и сетевые расходы обычно составляют 30–70% от ежемесячного счета за электроэнергию и 40–60% от общей стоимости владения за 10 лет в совокупности с затратами на энергию. Это самая большая статья расходов, подлежащая учету.

5. Как деградация батареи влияет на модель рентабельности инвестиций?Степень деградации определяет количество циклов, которые батарея выдержит за весь срок службы. В финансовых моделях следует исходить из предположения о 6000+ циклах при глубине разряда 80–90% с жидкостным терморегулированием; системы с воздушным охлаждением в жарком климате могут обеспечить на 20–30% меньше полезных циклов, что пропорционально увеличивает срок окупаемости.

6. Оправдывает ли жидкостное охлаждение дополнительные затраты для системы хранения энергии?В большинстве коммерческих климатических зон — да. Жидкостное охлаждение поддерживает номинальную производительность при высоких температурах окружающей среды, продлевает срок службы и снижает количество отказов, связанных с перегревом. Для объектов с пиковой летней температурой выше 30°C увеличение производительности и срока службы обычно превышает капитальные затраты в течение трех лет.

7. Можно ли добавить инфраструктуру BESS к существующей зарядной станции?Да. Контейнерные и шкафные системы хранения энергии интегрируются с существующей инфраструктурой шин переменного или постоянного тока, а платформы EMS, соответствующие стандарту OCPP, могут быть установлены поверх устаревших зарядных устройств. Модернизация часто проводится там, где пропускная способность сети или плата за потребление электроэнергии ограничивают рентабельность существующего объекта.