Оптимизация управления спросом на интеллектуальных зарядных станциях BESS.

Краткий ответ:Регулирование спроса на [умных зарядных станциях с системами хранения энергии](https://www.midapower.com/energy-storage-charging-station) означает использование локального аккумуляторного хранилища энергии в сочетании с интеллектуальным управлением энергией для перераспределения, ограничения или экспорта электроэнергии в ответ на сигналы цен в сети, события управления спросом или запросы на регулирование частоты. Правильно подобранная зарядная станция для электромобилей с интегрированной батареей может снизить плату за пиковое потребление на 20–40%, обеспечить доход от регулирования частоты и сглаживания пиков, а также снизить требования к пропускной способности сети на 30–50% — при этом сохраняя комфорт для водителей электромобилей. Успешная формула сочетает в себе четыре элемента управления: сглаживание пиков, перераспределение нагрузки, динамическое управление нагрузкой и двунаправленный разряд V2G, все это управляется системой управления энергией, которая поддерживает стандарты OCPP и ISO 15118. Операторы, внедрившие все четыре уровня, обычно окупают преимущества BESS в течение 3–6 лет за счет снижения платы за пиковое потребление, стимулов к управлению спросом и энергетического арбитража.

Основные выводы:

• В коммерческих счетах за зарядку электромобилей преобладают плата за пиковое потребление, а не стоимость электроэнергии; 30-минутный пиковый скачок может свести на нет месячную прибыль.
• Интеллектуальные зарядные станции, оснащенные системами накопления энергии (BESS), — это единственная архитектура объекта, которая позволяет одновременно заряжать транспортные средства и продавать энергию обратно в сеть.
• Сглаживание пиковых нагрузок, перераспределение нагрузки, динамическое управление нагрузкой и разрядка V2G образуют четырехуровневую систему оптимизации, которую следует внедрять последовательно.
• Уровень протокола управления (OCPP 1.6J/2.0.1, ISO 15118, Modbus/DNP3) определяет, может ли станция фактически участвовать в программах управления спросом со стороны энергоснабжающих компаний.
• Аккумуляторная батарея емкостью 200–500 кВт·ч, размер которой в 0,5–1 раз превышает мощность зарядки, обеспечивает наилучшую окупаемость инвестиций в реагирование на спрос для типичных коммерческих объектов мощностью 120–480 кВт.

Возможности управления спросом, скрытые на вашей зарядной станции.

Европейский оператор зарядных станций эксплуатирует восемь быстрых зарядных устройств постоянного тока мощностью 120 кВт каждое на придорожной площадке отдыха. Ежемесячное потребление энергии невелико, но в счетах за электроэнергию указана статья расходов, составляющая почти 60% от общей стоимости электроэнергии. Причиной стал единичный 15-минутный скачок потребления в феврале, когда во время похолодания одновременно прибыли восемь электрогрузовиков, которые потребили 900 кВт электроэнергии от сети, рассчитанной на 800 кВт.

Этот сценарий не является исключением. Коммерческие тарифы на электроэнергию в Северной Америке, Европе и Австралии обычно предусматривают плату в размере 5–20 долларов США за кВт пиковой нагрузки, измеряемой с интервалом в 15 или 30 минут. Для зарядной станции для электромобилей совпадение пиковых нагрузок нескольких транспортных средств — например, возвращающегося в 17:00 автопарка или автобусного депо, заряжающегося ночью — создает именно те кратковременные, резкие скачки нагрузки, за которые взимается плата за пиковую нагрузку. Интеллектуальная зарядная станция на основе системы хранения энергии (BESS) существует именно для того, чтобы поглощать эти скачки. Аккумулятор заряжается в периоды низкой цены и низкого спроса и разряжается в периоды высокого спроса, выравнивая профиль нагрузки на станции на счетчике.

Управление спросом распространяет эту логику с одного объекта на всю энергосеть. Энергетические компании и операторы передающих систем (TSO) платят за активы, которые могут снизить потребление или подать электроэнергию по команде — обычно 50–300 долларов США за кВт в год за обязательства по мощности, плюс платежи за фактически поставленную МВт·ч во время событий. Зарядная станция с резервным питанием от батареи может отреагировать на событие управления спросом менее чем за одну секунду и поддерживать разряд в течение 1–4 часов, что делает ее одним из наиболее быстро реагирующих распределенных активов, с которыми может заключить договор энергокомпания. То же оборудование, которое обслуживает водителей, приносит объекту второй источник дохода.

Как зарядная станция BESS участвует в управлении спросом на электроэнергию

Встроенная в аккумулятор зарядная станция для электромобилей по своей сути представляет собой трехконтурный энергетический объект: поступление энергии из сети, накопление энергии в аккумуляторе и выходная мощность автомобиля. Система управления энергией (EMS) находится посередине, определяя в режиме реального времени, куда направляется каждый киловатт. Архитектура основана на простой иерархии.

Онсчетчик сеткиЭто и есть истина. Вся оптимизация управления спросом направлена ​​на учет импорта электроэнергии: цель никогда не состоит в максимизации зарядки, а в минимизации совокупной стоимости.инвертор BESS(обычно 100–250 кВт на шкаф, в виде двунаправленных преобразователей переменного тока в постоянный или постоянного тока в постоянный) преобразует переменный ток из сети в постоянный ток от батареи.зарядное устройство силовой установки— Для MIDA модульная напольная зарядная станция мощностью 60–480 кВт (https://www.midapower.com/dc-fast-charger-station) или раздельная система мощностью 360–1680 кВт — использует шину постоянного тока. В конструкциях с подключением к источнику постоянного тока батарея напрямую подает питание на зарядное устройство без двойного преобразования, что повышает КПД до примерно 92–95%.

Система управления энергоснабжением (EMS) реализует стратегию аварийного восстановления (DR) с помощью четырехуровневой системы управления:

1. Прогнозирование локальной нагрузкиСистема EMS изучает схемы зарядки по часам суток, дням недели и сезонам, прогнозируя нагрузку на следующие 24–48 часов. 2.Обработка цен и сигналовТарифные планы, уведомления о событиях управления спросом и рыночные цены в режиме реального времени поступают по таким протоколам, как OpenADR, Modbus или DNP3. 3.Оптимизационный механизм: процедура оптимизации со смешанными целочисленными переменными решает задачу определения графика зарядки/разрядки батареи, который минимизирует общие затраты при соблюдении приоритета зарядного устройства, ограничений уровня заряда батареи и ограничений подключения к сети. 4.ИсполнениеРасписание отправляется инвертору системы хранения энергии и передается зарядным устройствам через протокол OCPP, регулируя или увеличивая мощность для каждой сессии по мере необходимости.

Хорошо настроенная система управления энергоснабжением (EMS) будет постоянно поддерживать измеренный спрос в пределах мягкого потолка (например, 80% от пропускной способности подключения), оставляя запас для событий, связанных с управлением спросом, когда энергоснабжающая компания запрашивает жесткое ограничение потребления.

Основные стратегии оптимизации, обеспечивающие измеримую экономию

В основу стратегии управления спросом для интеллектуальных зарядных станций с системами хранения энергии входят четыре подхода. Они дополняют друг друга, и опытные операторы используют все четыре одновременно.

Сглаживание пиковых нагрузок является отправной точкой, поскольку не требует заключения внешних контрактов и обеспечивает экономию с первого дня. Динамическое управление нагрузкой — это наиболее выгодное усовершенствование: интеллектуальные зарядные устройства постоянного тока для электромобилей MIDA в диапазоне 150–420 кВт регулируют выходную мощность за сессию через OCPP, поэтому оператор может установить два зарядных устройства на каждые 120 кВт мощности сети вместо одного. Регулирование частоты — это услуга премиум-класса; она монетизирует скорость работы батареи, но требует заключения контракта с оператором сети передачи или агрегатором.

Комплекс средств управления, обеспечивающий возможность управления спросом.

Физический аккумулятор и зарядные устройства — это лишь половина системы. Управление спросом — это игра с данными, и стек протоколов определяет, к каким программам может присоединиться станция.

Операторам следует настаивать на поддержке OCPP 2.0.1 в новом оборудовании: это добавляет безопасность (TLS, подписанные обновления прошивки) и встроенные примитивы интеллектуальной зарядки, которых нет в OCPP 1.6J. ISO 15118-20 — это стандарт для транспортных средств, который превращает V2G из лабораторной демонстрации в услугу для энергосети; он обеспечивает двустороннюю передачу энергии, аутентификацию на основе сертификатов и планирование мощности в реальном времени между зарядным устройством и автомобилем. Для интерфейса энергоснабжения OpenADR 2.0b является стандартом де-факто для событий управления спросом, а DNP3/IEC 61850 важны для объектов, которые хотят продавать регулирование частоты напрямую оператору сети передачи.

Интеграция [модуль зарядки V2GМодуль 30 кВт/40 кВт v2g-charging-module-bidirectional-ac-dc-converter-product/, интегрированный в площадку, превращает сам автопарк в распределенную батарею. Двунаправленные модули MIDA мощностью 30 кВт/40 кВт и модули DC-DC V2G мощностью 15 кВт/20 кВт позволяют депо объединять десятки автомобилей в виртуальный пул хранения мощностью 1–2 МВт — емкость, которая участвует в управлении спросом без дополнительного аккумуляторного оборудования.

План внедрения: от проблем с выставлением счетов к доходам от аварийного восстановления

Для перехода от пассивного выставления счетов к активному участию в энергосети используется пятиступенчатая последовательность действий:

1. Проведите аудит профиля нагрузки.1. Соберите данные с 12-месячного интервала в 15 минут со счетчика электроэнергии. Определите 10 самых частых пиковых событий, их продолжительность и факторы, влияющие на них (прибытие автопарка, холодная погода, другие события). 2.Подберите аккумулятор нужного размера.Для зарядной станции мощностью 120–480 кВт аккумуляторная батарея емкостью 200–500 кВт·ч (примерно 0,5–1× мощности зарядки в кВт·ч) покрывает 90% потребностей в сглаживании пиковых нагрузок. Модульные станции хранения энергии MIDA — от 120 кВт·ч/60 кВт до [482 кВт·ч/320 кВт конфигураций](https://www.midapower.com/320kw-482kwh-bess-charger-mobile-ev-charging-station-energy-storage-system-product/) — позволяют добавлять емкость стандартными блоками. 3.Разверните систему управления энергопотреблением (EMS) и подключите зарядные устройства через протокол OCPP.Перед запуском программ аварийного восстановления настройте динамическое управление нагрузкой; это само по себе может удвоить коэффициент использования мощности объекта. 4.Присоединяйтесь к программам управления мощностью и энергоснабжением.Начните с событий аварийного восстановления коммунальных предприятий (OpenADR), затем перейдите к вспомогательным рынкам TSO, если местные правила позволяют участие в хранении данных. 5.Добавьте V2G и агрегацию.Заключите договор с агрегатором для объединения объекта с другими активами, что позволит получить доступ к регулированию частоты и платежам на рынке пропускной способности.

Что это значит для вашего бизнес-плана?

Экономическая целесообразность управления спросом определяет разницу между зарядной станцией, едва окупающей себя, и станцией, приносящей доход, сопоставимый с инфраструктурным уровнем. Рассмотрим зарядную станцию ​​на основе системы хранения энергии мощностью 320 кВт с емкостью 482 кВт·ч, обслуживающую транспортный узел на автомагистрали. Плата за пиковое потребление снижается примерно на 30%, что позволяет сэкономить 18 000–30 000 долларов США в год при типичных коммерческих тарифах. Арбитраж по тарифам, зависящим от времени суток, добавляет еще 8 000–15 000 долларов США в год. Контракт на управление мощностью приносит 6 000–12 000 долларов США в год, а регулирование частоты добавляет 10 000–25 000 долларов США, если рынок оператора сети открыт. Совокупная годовая выгода в размере 40 000–80 000 долларов США при надбавке за систему хранения энергии в размере примерно 150 000–250 000 долларов США обеспечивает окупаемость за 3–6 лет — еще до учета предотвращенных затрат на модернизацию подключения к сети, которые для многих транспортных узлов на автомагистралях полностью превышают стоимость батареи.

В сфере управления спросом выигрывают те площадки, которые рассматривают аккумулятор как актив энергосети, а не как зарядное устройство. Каждый киловатт мощности должен иметь график диспетчеризации, договор о доходах и измеримый результат. Благодаря модульным архитектурам и встроенному управлению OCPP/ISO 15118, сегодня нет никаких технических барьеров между зарядной станцией и рынками гибкости.

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое управление спросом на зарядной станции с системой накопления энергии (BESS)?Реагирование на спрос — это практика снижения или перераспределения потребления электроэнергии на объекте, а также вливания накопленной энергии, в ответ на ценовые сигналы, события, связанные с регулированием спроса, или запросы на регулирование частоты сети, с использованием аккумуляторных батарей и интеллектуальных систем управления станции.

2. Насколько система управления спросом может снизить счета за электроэнергию на моей зарядной станции?Как правило, операторы снижают плату за пиковое потребление на 20–40% и затраты на электроэнергию на 10–30% за счет перераспределения нагрузки, что позволяет достичь совокупной экономии в размере 40 000–80 000 долларов США в год на объектах мощностью 300 кВт.

3. Замечают ли водители, когда станция участвует в программе управления спросом?Нет. Система EMS регулирует скорость зарядки в пределах установленных лимитов мощности для каждой сессии, а разряд батареи покрывает разницу. Водители видят одинаковую скорость зарядки и время сессии.

4. В чем разница между сглаживанием пиковых нагрузок и перераспределением нагрузки?Сглаживание пиковых нагрузок ограничивает максимальную потребляемую мощность объекта за счет разрядки батареи в пиковый период, в то время как перераспределение нагрузки переносит потребление энергии с дорогих часов пиковой нагрузки на дешевые часы вне пиковой нагрузки. Сглаживание пиковых нагрузок направлено на снижение платы за потребление; перераспределение нагрузки направлено на снижение тарифа на электроэнергию.

5. Требуются ли для моей станции BESS специальные протоколы для участия в программах аварийного восстановления энергоснабжения?Да. Для событий аварийного восстановления энергосистемы важны стандарты OpenADR 2.0b, для управления зарядными устройствами — OCPP 2.0.1, а для V2G — ISO 15118. Более старое оборудование, поддерживающее OCPP 1.6J, по-прежнему может участвовать через EMS, но с меньшим набором функций.

6. Могут ли автомобильные аккумуляторы заменить локальные системы хранения энергии для управления спросом на электроэнергию?Частично. Транспортные средства с поддержкой V2G могут обеспечить 50–150 кВт гибкой мощности для небольшого автопарка, но расположенная на месте система хранения энергии остается крайне важной для гарантированного и постоянного реагирования — транспортные средства припаркованы непредсказуемо, а батареи — нет.

7. Каков срок окупаемости системы хранения энергии на зарядной станции для электромобилей с оптимизацией управления спросом?При активации всех четырех уровней оптимизации срок окупаемости обычно составляет от 3 до 6 лет; на объектах, где не требуется модернизация подключения к электросети, окупаемость может наступить в течение 3 лет.