Интеллектуальные стратегии управления энергией для современных узлов систем хранения энергии.

Быстрый ответ

Успех или неудача современного зарядного узла с системой хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) зависит от стратегии управления энергопотреблением, а не от оборудования. Интеллектуальное управление энергопотреблением использует систему управления энергопотреблением (EMS) на уровне объекта для непрерывного принятия решений о том, когда заряжать аккумулятор, как распределять мощность между зарядными устройствами и когда разряжать его для сглаживания пиковых нагрузок, перераспределения нагрузки или реагирования на спрос. Три стратегии с наибольшим измеримым эффектом — это диспетчеризация для сглаживания пиковых нагрузок, динамическое ограничение мощности зарядных устройств с помощью OCPP 2.0.1 и ценовое планирование, использующее разницу в тарифах. Внедренные вместе, они снижают затраты на электроэнергию на объекте на 20–40%, защищают зарядные устройства от ограничений сети и создают новые источники дохода от программ коммунальных предприятий. В этой статье объясняется иерархия EMS, основные стратегии и протоколы, обеспечивающие надежную автоматизацию в масштабе узла.

Основные выводы

• Система управления энергоснабжением (EMS) — это центральный элемент управления, который связывает батареи, зарядные устройства, солнечные батареи и тарифы на электроэнергию в единую задачу оптимизации.
• Снижение пиковых нагрузок — наиболее эффективная стратегия: ограничение 15-минутного временного окна спроса позволяет сократить наибольшую статью расходов в тарифе.
• Динамическое управление нагрузкой (DLM) позволяет использовать подключение к сети недостаточной мощности для обслуживания парка зарядных устройств избыточной мощности.
• Планирование на основе ценообразования и управление спросом превращают системы хранения данных в источник дохода, а не просто в инструмент снижения затрат.
• Совместимость с OCPP 2.0.1, ISO 15118 и IEC 61851 является неотъемлемой основой автоматизированного управления.

Что делает зарядное устройство «умным» сегодня?

Десять лет назад зарядная станция для электромобилей представляла собой набор зарядных устройств, подключенных к счетчику. Каждое зарядное устройство самостоятельно согласовывало мощность с автомобилем, станция принимала на себя пиковые нагрузки, а оператор устранял последствия в конце месяца. Интеллектуальный центр хранения энергии (BESS) структурно отличается: каждый поток энергии измеряется, каждое решение оптимизируется, и станция функционирует как единый управляемый актив.

Отличительными особенностями интеллектуального хаба являются:

1. Измерение в реальном времени1. нагрузки на площадке, состояния заряда батареи (SoC), мощности зарядного устройства и — где это применимо — выработки фотоэлектрической энергии. 2.Прогнозированиеспрос на транспортные средства, выработка солнечной энергии и тарифные окна. 3.Оптимизациякоторый позволяет найти оптимальное решение с наименьшими затратами или наибольшей прибылью в рамках физических и договорных ограничений. 4.Исполнениекоторый посылает управляющие сигналы зарядным устройствам, блоку управления батареями и точке подключения к сети. 5.Согласиес соглашениями о подключении к сети, правилами учета электроэнергии и требованиями к кибербезопасности.

Хаб без этих возможностей — это просто увеличенная станция зарядки. С ними же он становится энергетическим активом, оператор которого может гарантировать энергокомпании стабильный график нагрузки и обеспечить его соблюдение.

Иерархия системы управления электропитанием (EMS): контроллер объекта, сеть зарядных станций, периферия сети.

Интеллектуальное управление энергопотреблением работает на трех вложенных уровнях, и лучшие реализации обеспечивают координацию всех трех уровней:

Уровень 1 — Контроллер сайта (EMS).Система управления энергоснабжением (EMS) принимает решения. Она обрабатывает данные о тарифах, параметрах состояния батарей, состоянии зарядных устройств и прогнозах, а затем публикует план диспетчеризации: заданные значения заряда/разряда батарей, ограничения мощности для каждого зарядного устройства и целевые показатели импорта в сеть. Коммерческие платформы EMS обновляют этот план каждые 1–15 минут в зависимости от волатильности рынка.

Уровень 2 — Сеть зарядных устройств.Зарядные устройства выполняют план через OCPP. В OCPP 2.0.1 система управления зарядкой (EMS) может устанавливать динамические ограничения мощности для каждой сессии зарядки в режиме реального времени, регулируя мощность отдельных сессий, чтобы поддерживать мощность на объекте в пределах установленного лимита. Именно этот механизм превращает подключение мощностью 500 кВА в концентратор, способный выдавать 960 кВт: зарядные устройства работают на полной мощности, когда батарея разряжается, и снижают мощность, когда батарея не разряжается.

Слой 3 — Край сетки.Точка подключения передает данные счетчиков и, в программах интеллектуальных сетей, получает внешние сигналы — события реагирования на спрос, аукционы мощности или импульсы цен в зависимости от времени суток. Система управления энергоснабжением рассматривает их как ограничения или ценовые входные данные при оптимизации.

Наиболее распространенная ошибка, которую следует избегать, — это разрозненное управление: если батарея управляется одним поставщиком, зарядные устройства — другим, а фотоэлектрические системы — третьим, то единого оптимизатора не существует. Именно поэтому интегрированные платформы [зарядных станций BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/), где система управления энергопотреблением (EMS) поставляется вместе с батареей и зарядными устройствами, неизменно обеспечивают лучшие результаты, чем лучшие в своем классе сборки, собранные на месте.

Управление нагрузкой: сглаживание пиковых нагрузок и перераспределение нагрузки

Две основные стратегии управления энергопотреблением в рамках системы накопления энергии (BESS) — это сглаживание пиковых нагрузок и перераспределение нагрузки. Их часто путают, но они направлены на разные компоненты тарифа.

Идеальное бритьеСистема ограничивает максимальное 15-минутное потребление электроэнергии на площадке. Система управления энергопотреблением (EMS) отслеживает скользящее окно потребления; когда прогнозируемый пик приближается к пределу, она разряжает батарею с необходимой мощностью. Преимущество заключается в предотвращении платы за пиковое потребление — как правило, это самая большая контролируемая статья расходов в счете за электроэнергию на зарядной станции. На хабе с пиковой мощностью 1,2 МВт и тарифом 15 долларов за кВт сокращение потребления на 300 кВт позволяет сэкономить 54 000 долларов в год.

Перемещение нагрузкиПеренос потребления энергии во времени. Аккумулятор заряжается в непиковые часы (когда стоимость энергии составляет 0,03–0,06 долл./кВт·ч) и питает зарядные устройства в пиковые часы (когда стоимость энергии составляет 0,15–0,30 долл./кВт·ч). Преимущество заключается в снижении затрат на энергию, а на некоторых рынках — в получении арбитражной прибыли.

В таблице ниже сравниваются стратегии по целям, триггерам контроля и типичным показателям сбережений:

Хорошо настроенная система управления энергоснабжением (EMS) одновременно выполняет несколько из этих задач: сглаживание пиковых нагрузок, перераспределение нагрузки между тарифными окнами и реагирование на события управления спросом, когда цена является оптимальной.

Регулирование спроса и V2G: хранение энергии как актив энергосети

Помимо счетчика, узел системы хранения энергии (BESS) может участвовать в сетевых услугах, предусматривающих оплату за гибкость. Программы управления спросом (DR) платят объектам за снижение потребления или экспорт электроэнергии, когда сеть испытывает нагрузку. Система хранения энергии мощностью 240 кВт, способная отключать нагрузку на четыре часа, представляет собой почти 1 МВт·ч регулируемой гибкости, что эквивалентно 12 000–36 000 долларов в год на активных рынках DR.

Технология «автомобиль-сеть» (V2G) распространяет ту же логику на сам парк грузовиков или автобусов. Благодаря двунаправленным зарядным устройствам и транспортным средствам, соответствующим стандарту ISO 15118, депо может объединять припаркованные батареи транспортных средств в виртуальную электростанцию. Это сложнее в эксплуатации — необходимо соблюдать ограничения по доступности парка, — но это превращает самый большой недоиспользуемый актив (припаркованные батареи) в доход. Большинство операторов внедряют V2G после того, как доказана эффективность сглаживания пиковых нагрузок и управления спросом, поскольку эти методы не требуют взаимодействия со стороны транспортных средств.

Планирование и предиктивное управление на основе ИИ

Статические правила управления энергоснабжением (EMS) — например, «разрядка с 16:00 до 21:00» — приводят к упущенной выгоде, поскольку реальные нагрузки и цены меняются изо дня в день. Прогнозирующее управление добавляет прогнозирование: EMS прогнозирует завтрашний спрос на зарядку на основе телематики автопарка, выработку солнечной энергии на основе данных о погоде и цены на основе тарифных календарей, а затем оптимизирует план работы батарей на весь период.

Усовершенствования в области машинного обучения идут еще дальше, изучая еженедельные закономерности работы объекта и автоматически адаптируя политику диспетчеризации. Измеримые результаты в операционных центрах включают в себя:

• дополнительное снижение затрат на 10–20%по сравнению с диспетчеризацией на основе правил, благодаря более точному определению времени циклов работы батарей;
• Меньшее количество циклов зарядки/разрядки батареи на киловатт-час электроэнергии., что позволяет продлить срок службы за счет согласования мощности разряда с фактической нагрузкой;
• Улучшено соответствие требованиям по пиковым нагрузкам.в необычные дни (праздники, жара, события), когда правила не соблюдаются.

Для зарядной станции [2 МВт·ч 960 кВт мегаватт с системой хранения энергии](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), где один неправильно спланированный цикл может обойтись в сотни долларов из-за износа и перерасхода энергии, предиктивное управление — это не роскошь, а стандарт эксплуатации.

Взаимодействие протоколов: OCPP 2.0.1 и ISO 15118

Каждая из описанных выше эффективных стратегий зависит от того, насколько хорошо система экстренной медицинской помощи (EMS) говорит на одном языке с зарядными устройствами и транспортными средствами. Этот язык определяется тремя протоколами:

• OCPP 2.0.1— стандарт для связи зарядного устройства с бэкэндом. Его функциональность SmartCharging позволяет EMS удаленно устанавливать ограничения мощности для каждой сессии, контролировать транзакции и управлять устройствами. Он заменяет OCPP 1.6J для новых хабов благодаря улучшенной безопасности (TLS), улучшенной обработке ошибок и встроенной интеллектуальной зарядке.
• ISO 15118— стандарт связи автомобиля с зарядным устройством. Plug & Charge аутентифицирует автомобиль, и протокол передает информацию о состоянии батареи и ограничениях зарядки в систему управления зарядкой, что позволяет проводить действительно оптимизированные сеансы зарядки, а не заряжать с фиксированной скоростью.
• МЕК 61851— базовый стандарт сигнализации EVSE, который используется во всех современных зарядных устройствах и который расширяют стандарты OCPP и ISO 15118.

Указание всех трех параметров при закупке — это самая дешевая страховка, которую может приобрести владелец хаба. Она гарантирует, что [система накопления энергии для электромобилей](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) может работать с любой современной системой управления энергоснабжением, может участвовать в будущих программах управления спросом и может принимать транспортные средства от любого производителя без использования адаптеров.

Заключение

Интеллектуальное управление энергопотреблением — вот что отличает центр хранения энергии от простого набора батарей. Система управления энергопотреблением (EMS), оснащенная логикой сглаживания пиковых нагрузок, динамическим управлением нагрузкой, планированием с учетом тарифов и открытыми протоколами, превращает хранилище энергии в инструмент снижения затрат и получения прибыли, обеспечивая при этом бесперебойную работу всех зарядных станций. Операторам следует отдавать приоритет интегрированной платформе, а не покупке отдельных компонентов, стандартизировать OCPP 2.0.1 и ISO 15118 и начать со сглаживания пиковых нагрузок, прежде чем внедрять арбитраж, управление спросом и, в конечном итоге, V2G. Эта стратегия проверена, измерима и все чаще становится решающим фактором между зарядной станцией, которая выживает в условиях высоких тарифов, и той, которая процветает в них.

Часто задаваемые вопросы

1. Какова фактическая функция системы управления энергопотреблением (EMS) в зарядном устройстве системы хранения энергии (BESS)?Система управления энергопотреблением (EMS) постоянно принимает решения о том, когда заряжать аккумулятор, сколько энергии может потреблять каждое зарядное устройство и когда разряжать его, оптимизируя процесс с учетом тарифных диапазонов, ограничений сети и спроса со стороны транспортных средств. Это программный мозг центра управления.

2. Какую экономию может обеспечить интеллектуальное управление энергопотреблением на зарядной станции?Типичные результаты — снижение общих затрат на энергию на 20–40%, при этом снижение платы за пиковую нагрузку составляет 30–50%, а снижение затрат на энергию — 10–25% за счет перераспределения нагрузки. Экономия увеличивается с повышением тарифной активности.

3. В чем разница между сглаживанием пиковых нагрузок и перераспределением нагрузки?Ограничение пикового потребления электроэнергии за 15 минут снижает плату за пиковую нагрузку; перераспределение нагрузки перемещает потребление энергии в более дешевые тарифные периоды, чтобы снизить плату за электроэнергию. Оба метода используют аккумулятор, но решают разные задачи, связанные с оплатой электроэнергии.

4. Нужен ли мне OCPP 2.0.1, или 1,6 Дж достаточно?Для новых хабов настоятельно рекомендуется использовать OCPP 2.0.1: он добавляет безопасность TLS, встроенную интеллектуальную зарядку и улучшенное управление устройствами. OCPP 1.6J по-прежнему подходит для модернизации, но ограничивает возможности автоматизации в будущем и участие в аварийном восстановлении.

5. Каким образом динамическое управление нагрузкой позволяет мне устанавливать зарядные устройства большей мощности?Система управления энергопотреблением (EMS) ограничивает общую мощность объекта пределом, установленным для подключения к сети, и отдает приоритет сеансам зарядки, поэтому подключение мощностью 500 кВА может обеспечить работу 960 кВт зарядных устройств — каждое из которых будет работать на полной мощности, пока общая мощность не будет ниже установленного предела.

6. Может ли узел системы хранения энергии (BESS) зарабатывать деньги за счет управления спросом?Да, там, где доступна агрегация. Аккумулятор мощностью 240 кВт может сбросить примерно 1 МВт·ч за четыре часа, что позволит заработать 50–150 долларов за кВт·ч в год на активных рынках управления спросом.

7. Насколько целесообразно использовать технологию "автомобиль-сеть" на автопарках сегодня?Всё чаще используются двунаправленные зарядные устройства и транспортные средства, соответствующие стандарту ISO 15118, но это усложняет операционную работу. Большинство операторов внедряют V2G после того, как налажены механизмы сглаживания пиковых нагрузок и управления спросом, рассматривая батареи припаркованного автопарка как продолжение системы хранения энергии на объекте.