Индивидуально разработанные решения BESS для зарядки электрогрузовиков.

Быстрый ответ

Для операторов автопарков, переходящих на электрификацию большегрузных автомобилей, система хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) — это разница между пунктом отправления, работающим по расписанию, и пунктом, простаивающим у ворот. Специально разработанное решение BESS сочетает стационарный аккумуляторный блок (обычно от 200 кВт·ч до 2 МВт·ч и более) с мощными зарядными устройствами постоянного тока (от 120 кВт до 960 кВт и более), позволяя площадке проводить сеансы зарядки мегаваттного класса без ожидания модернизации сети. Правильная конфигурация, определяемая рабочим циклом автопарка, кластеризацией прибытий и доступным подключением к сети, снижает плату за пиковую нагрузку, повышает коэффициент использования зарядных устройств и обеспечивает соблюдение жестких временных рамок отправления. В этом руководстве объясняется, как операторам автопарков, инженерам пунктов отправления и разработчикам проектов следует рассчитывать, настраивать и развертывать зарядные станции с поддержкой BESS для электрогрузовиков.

Основные выводы

• Расчет размеров систем накопления энергии для автопарков грузовых автомобилей основывается на кластерных схемах прибытия и максимальных пиках зарядки, а не на среднем суточном потреблении энергии.
• Зарядка мегаваттами (класса MCS, 1 МВт и более) становится возможной при умеренном подключении к сети, когда система хранения энергии (BESS) смягчает пиковые нагрузки.
• Интегрированные и контейнерные конструкции систем хранения энергии позволяют сократить затраты на установку, время ввода в эксплуатацию и занимаемую площадь.
• Сглаживание пиковых нагрузок и управление спросом превращают хранение энергии из источника затрат в инструмент получения дохода и регулирования тарифов.
• Совместимость стандартов OCPP 2.0.1 и ISO 15118 является необходимым условием для автоматизированного управления энергопотреблением в масштабах автопарка.

Проблема нехватки мощности для зарядки электромобилей: почему в первую очередь выходят из строя мощности электросети.

Для возвращения к работе электрогрузовику класса 8 с батареей емкостью 500–700 кВт⋅ч обычно требуется 300–500 кВт⋅ч за одну смену. Когда к концу смены прибывают пять грузовиков, депо внезапно требуется 1,5–2,5 МВт⋅ч электроэнергии, которая должна быть доставлена ​​в течение четырех-шести часов. Средний трансформатор на объекте — часто от 500 кВА до 1 МВА — не может обеспечить такую ​​нагрузку, а модернизация подключения к электросети обычно занимает от 12 до 24 месяцев и во многих регионах обходится в шестизначные суммы.

Это главная проблема электрификации автопарка: энергия доступна из сети, но мощности нет. Специально разработанная система хранения энергии (BESS) позволяет разделить эти два аспекта. Аккумулятор заряжается от сети с постоянной, разрешенной скоростью (например, 250 кВт) в течение нескольких часов, а затем разряжается со скоростью 480 кВт, 960 кВт или более, когда прибывают грузовики. Максимальная потребность объекта в электроэнергии остается неизменной, в то время как мощность зарядки масштабируется в соответствии с потребностями автопарка.

Для руководителей автопарков практическое последствие простое: системы хранения энергии устраняют самую распространенную причину задержек проектов по зарядке грузовиков — ожидание подключения к энергоснабжающей компании. Зарядная станция [2 МВт·ч 960 кВт с системой хранения энергии](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/) может обеспечивать выходную мощность мегаваттного уровня при подключении, значительно меньшей по размеру, что превращает электрификацию депо в строительный проект, а не в проект энергоснабжающей компании.

Анатомия специализированной системы хранения энергии для грузовых автомобилей

Зарядный узел для систем хранения энергии, предназначенный для автопарков, включает в себя не только аккумулятор и зарядное устройство. Ключевые подсистемы:

1. Блок накопления энергии на основе батареи— Литий-железо-фосфатные (ЛЖФ) элементы, размещенные в стойках, размером от 100 до 500 кВт·ч, с системой терморегулирования и мониторингом на уровне отдельных элементов. 2.Быстрые зарядные устройства постоянного тока— Устройства мощностью от 120 кВт до 960 кВт и более, использующие разъемы CCS1, CCS2 или MCS, часто с кабелями с жидкостным охлаждением, рассчитанными на ток 500 А и выше для длительных сеансов работы с высокими токами. 3.Двунаправленная система преобразования энергии (PCS)— преобразует переменный ток из сети в постоянный для батареи и поддерживает передачу энергии по технологии V2G там, где это разрешено правилами. 4.Система управления энергопотреблением на объекте (СУЗ)— планирует зарядку, обеспечивает соблюдение лимитов спроса и организует арбитраж, сглаживание пиковых нагрузок и реагирование на спрос. 5.Телематика и бэкэнд OCPP 2.0.1— Подключает зарядные устройства к программному обеспечению для управления депо автопарка и облачной платформе оператора.

Индивидуальный подход имеет значение, поскольку у таксопарка, регионального распределительного центра и портовой компании, занимающейся перевозками грузов, совершенно разные кривые нагрузки. Оператору порта могут потребоваться короткие, интенсивные периоды зарядки между прибытиями судов; распределительному центру необходима постоянная зарядка в течение ночи; строительному флоту может быть полезна [мобильная зарядная станция BESS мощностью 240 кВт и емкостью 418 кВт](https://www.midapower.com/418kwh-240kw-bess-charging-station-battery-storage-mobile-ev-charger-product/), которая перемещается между строительными площадками.

Расчет параметров системы: от рабочего цикла до емкости батареи.

Определение масштаба начинается с данных, а не с каталогов поставщиков. Процесс состоит из пяти этапов:

1. Сбор телеметрических данных— Записывать расстояния маршрута, потребление энергии на милю, время окончания смены и профили мощности зарядных устройств для конкретных моделей грузовиков. 2.Постройте кривую прибытия— Составьте карту, показывающую, сколько грузовиков нуждаются в электроэнергии в каждый час дня. Группировка — враг равномерной погрузки. 3.Определите окно диспетчеризации— количество часов, за которое каждый грузовик должен достичь целевого уровня заряда (обычно 80–100% для первой смены). 4.Определите пиковую мощность— максимальная мощность одновременной зарядки, определяющая номинальную мощность зарядного устройства и системы хранения энергии. 5.Вычислите необходимую энергию— суточный объем потребляемой энергии, определяющий емкость батареи, плюс 15–20% запас прочности на случай деградации и снижения мощности в условиях низких температур.

В таблице ниже представлены типичные результаты расчета размеров автопарка для трех распространенных типов транспортных средств:

Полезное эмпирическое правило: система хранения энергии должна покрывать 30–50% суточной потребности депо в энергии, а оставшаяся часть поступает из сети с постоянной скоростью. Такой баланс минимизирует затраты на циклическую работу батареи и максимизирует экономию на оплате пиковых нагрузок.

Контейнерные против интегрированных архитектур

На объектах, обслуживающих флот, системы хранения энергии (BESS) могут быть развернуты в двух основных форм-факторах, и выбор существенно влияет на установку и эксплуатацию.

Интегрированные зарядные станции для систем хранения энергии (BESS)Объедините батарею, зарядное устройство и элементы управления в одном корпусе. [Зарядная станция BESS 200 кВт·ч 120 кВт с совместимостью с CCS, NACS и CHAdeMO](https://www.midapower.com/ccs-nacs-chademo-200kwh-120kw-bess-charging-station-energy-storage-ev-charger-piles-product/) — хороший пример этого компактного класса устройств, готовых к подключению и использованию. Интегрированные блоки подходят для складов с ограниченным пространством, временных площадок и обеспечивают гибкость подключения нескольких разъемов, а ввод в эксплуатацию обычно занимает несколько дней, а не месяцев.

Контейнерные станции хранения энергии (BESS)Отделить аккумуляторный блок (часто от 500 кВт·ч до 2 МВт·ч в контейнерном или шкафном исполнении) от зарядных устройств. Такая архитектура преобладает на крупных складах, поскольку позволяет:

• Независимая регулировка энергии (емкости батареи) и мощности (количества зарядных устройств).
• Упрощенный доступ для технического обслуживания и замены модулей.
• Централизованное пожаротушение и контроль за состоянием окружающей среды.
• Снижение стоимости киловатт-часа в больших масштабах.

Для объектов с ограниченными ресурсами электросети можно развернуть [контейнерную зарядную станцию ​​BESS на 500 кВт·ч](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/), пока идет модернизация энергосистемы, что позволит создать рабочий зарядный коридор для автопарка на несколько месяцев раньше.

Интеллектуальное управление: OCPP 2.0.1, ISO 15118 и EMS.

Специально разработанная система хранения энергии (BESS) приносит пользу только в том случае, если программное обеспечение эффективно управляет ею. Современные центры управления автопарком используют систему управления энергопотреблением (EMS), которая постоянно оптимизирует три процесса: когда заряжать батарею, как распределять энергию между подключенными грузовиками и когда разряжать батарею для сглаживания пиковых нагрузок на объекте.

Автоматизация возможна благодаря трем стандартам:

• OCPP 2.0.1— протокол «зарядное устройство — бэкэнд»; его функции интеллектуальной зарядки и управления устройствами позволяют системе управления зарядкой устанавливать ограничения мощности для каждого зарядного устройства в режиме реального времени.
• ISO 15118— протокол взаимодействия автомобиля с зарядным устройством; Plug & Charge автоматически аутентифицирует автомобили и передает информацию о состоянии батареи автомобиля и ограничениях зарядки.
• МЕК 61851— базовый стандарт связи для зарядки, определяющий передачу сигналов между транспортным средством и зарядным устройством для электромобилей.

В совокупности эти протоколы позволяют депо расставлять приоритеты для грузовиков по времени отправления, устанавливать ограничение на потребление электроэнергии на уровне объекта и участвовать в программах реагирования на спрос со стороны коммунальных предприятий без ручного вмешательства. Диспетчер оператора автопарка видит ту же панель управления зарядкой, что и менеджер по энергетике, что позволяет согласовывать готовность транспортных средств с экономическими показателями тарифов.

Операционная экономика в масштабах флота

Экономическая эффективность зарядки грузовиков с использованием систем хранения энергии (BESS) повышается с увеличением масштаба и степени использования. По сравнению с мегаваттной площадкой, подключенной только к сети, конфигурация с BESS обычно обеспечивает:

• Снижение платы за потребление электроэнергииснижение коммунальных платежей на 30–50%, поскольку пиковая ежемесячная мощность в кВт выравнивается;
• Более высокая эффективность использования зарядного устройствапоскольку зарядные устройства работают на полной мощности от батареи, а не ограничивают мощность в зависимости от ограничений сети;
• Надежность диспетчеризациипри этом батарея поглощает накопившуюся за первую смену нагрузку, благодаря чему грузовики отправляются вовремя;
• Дополнительный доходот мероприятий по управлению спросом и, на либерализованных рынках, энергетического арбитража.

Окупаемость системы хранения энергии для автопарка обычно составляет от трех до шести лет в зависимости от местных тарифов и льгот — это значительно быстрее, чем затраты на модернизацию энергосистемы в большинстве регионов, которые часто превышают саму стоимость системы, не добавляя при этом никакой операционной гибкости.

Заключение

Проблемы с электромобилями возникают не из-за недостатка энергии, а из-за недостаточной мощности. Специально разработанная система хранения энергии (BESS) решает проблему энергоснабжения на складе, компенсируя потери в сети, выравнивая спрос и обеспечивая зарядку мегаваттного класса от стандартных подключений. Правильное решение начинается с реального рабочего цикла автопарка и масштабируется от интегрированного блока на 200 кВт·ч до контейнерного хаба на 2 МВт·ч — каждый из которых настраивается под грузовики, смены и тарифы, фактически действующие на объекте. Для операторов автопарков вопрос уже не в том, электрифицировать ли автопарк, а в том, как быстро можно ввести в эксплуатацию склад с системой BESS.

Часто задаваемые вопросы

1. Какая мощность системы хранения энергии (BESS) мне нужна для парка из 20 электрогрузовиков?Для региональной доставки, включающей 20 среднетоннажных грузовиков, обычно требуется 400–500 кВт⋅ч энергии для хранения, поддерживаемой электросетью мощностью 400–500 кВА, при условии ночной зарядки и 8-часового окна зарядки. Точная цифра зависит от энергоснабжения маршрута, графика смен и мощности зарядного устройства.

2. Может ли система накопления энергии (BESS) действительно поддерживать зарядку грузовых автомобилей мегаваттного класса?Да. Система хранения энергии BESS емкостью 2 МВт·ч в паре с зарядными устройствами мощностью 960 кВт и более может обеспечивать импульсную подачу энергии в течение нескольких последовательных сеансов, поскольку батарея разряжается быстрее, чем ее заряжает сеть, а затем восстанавливается с постоянной скоростью между кластерами.

3. Сколько времени занимает ввод в эксплуатацию зарядной станции для системы хранения энергии (BESS) для автопарка?Ввод в эксплуатацию интегрированных зарядных станций на основе систем хранения энергии может занять несколько дней; ввод в эксплуатацию контейнерных хабов обычно занимает от четырех до восьми недель, включая строительные работы и подключение к сети. Оба варианта значительно быстрее, чем модернизация трансформатора, которая может занять 12–24 месяца.

4. Какие разъемы используются в зарядных устройствах BESS для грузовых автомобилей?CCS1 (Северная Америка), CCS2 (Европа и большая часть Азиатско-Тихоокеанского региона) и MCS (стандарт зарядки мегаваттами) являются основными вариантами для тяжелых грузовых автомобилей; NACS и CHAdeMO охватывают конкретные случаи использования и региональные особенности. Многоконтактные зарядные станции распространены на складах смешанного типа.

5. Вносит ли система накопления энергии в систему хранения энергии существенный вклад в операционную сложность работы депо?Нет, если система управления энергоснабжением (EMS) настроена правильно. Стандарты OCPP 2.0.1 и ISO 15118 обеспечивают автоматическое планирование, ограничение мощности и формирование отчетов, поэтому система хранения энергии работает как бытовая техника, а не как дополнительная энергосистема.

6. Каков типичный срок окупаемости системы хранения энергии (BESS) для автопарка?Обычно это занимает от трех до шести лет, что обусловлено экономией на плате за пиковую нагрузку, снижением затрат на модернизацию сети, более высокой загрузкой зарядных устройств и местными стимулами. Объекты с высокими тарифами на пиковую нагрузку окупаются быстрее всего.

7. Сможет ли та же самая система хранения энергии обеспечить поддержку будущего роста флота?Да, если архитектура модульная. Контейнерные и шкафные системы позволяют постепенно добавлять аккумуляторные блоки и зарядные устройства, поэтому масштабирование объекта происходит вместе с парком техники без замены основной установки.