Optimalizácia reakcie na dopyt v inteligentných nabíjacích staniciach BESS

Rýchla odpoveď:Reakcia na dopyt v [inteligentných nabíjacích staniciach BESS](https://www.midapower.com/energy-storage-charging-station) znamená využitie lokálneho úložiska energie v batériách a inteligentného riadenia energie na presun, obmedzenie alebo export energie v reakcii na cenové signály zo siete, udalosti DR zo strany verejnoprospešných spoločností alebo výzvy na reguláciu frekvencie. Správne dimenzovaná nabíjacia stanica pre elektromobily s integrovanou batériou môže znížiť poplatky za dopyt o 20 – 40 %, odomknúť príjmy z regulácie frekvencie a zníženia špičky a znížiť požiadavky na kapacitu pripojenia do siete o 30 – 50 % – pričom skúsenosti vodičov elektromobilov zostanú nezmenené. Víťazný vzorec kombinuje štyri kontroly: zníženie špičky, presun záťaže, dynamické riadenie záťaže a obojsmerné vybíjanie V2G, to všetko riadené systémom EMS, ktorý spĺňa normy OCPP a ISO 15118. Prevádzkovatelia, ktorí implementujú všetky štyri vrstvy, zvyčajne získajú späť prémiu BESS v priebehu 3 – 6 rokov prostredníctvom ušetrených poplatkov za dopyt, stimulov DR a energetickej arbitráže.

Kľúčové poznatky:

• Poplatky za dopyt, nie náklady na energiu, dominujú účtom za nabíjanie komerčných elektromobilov; 30-minútový špičkový nárast môže vymazať mesačnú ziskovú maržu.
• Inteligentné nabíjacie stanice vybavené systémom BESS sú jedinou architektúrou lokality, ktorá dokáže nabíjať vozidlá a zároveň predávať flexibilitu späť do siete.
• Odstraňovanie špičiek, posun záťaže, dynamické riadenie záťaže a vybíjanie V2G tvoria štvorvrstvový optimalizačný balík, ktorý by sa mal implementovať postupne.
• Vrstva riadiaceho protokolu (OCPP 1.6J/2.0.1, ISO 15118, Modbus/DNP3) určuje, či sa stanica môže skutočne zúčastniť programov DR od verejnoprospešných spoločností.
• Batériová banka s kapacitou 200 – 500 kWh s veľkosťou 0,5 – 1 × nabíjací výkon poskytuje najlepšiu návratnosť investícií v závislosti od dopytu pre typické komerčné lokality s výkonom 120 – 480 kW.

Príležitosť reakcie na dopyt sa skrýva vo vašej nabíjacej stanici

Prevádzkovateľ európskeho závodu prevádzkuje na odpočívadle na diaľnici osem rýchlonabíjačiek s jednosmerným prúdom s výkonom 120 kW. Mesačná spotreba energie je mierna, ale účty za energie vykazujú položku „dopyt“, ktorá predstavuje takmer 60 % nákladov na elektrinu. Dôvodom je jediný 15-minútový nárast vo februári, keď počas chladného obdobia prišlo súčasne osem elektrických nákladných vozidiel a odobrali 900 kW z pripojenia na sieť s výkonom 800 kW.

Tento scenár nie je výnimočný. Komerčné tarify za elektrinu v Severnej Amerike, Európe a Austrálii sa zvyčajne pohybujú vo výške 5 – 20 USD za kW špičkového dopytu, meraného v 15- alebo 30-minútových intervaloch. V prípade nabíjacej stanice pre elektromobily vytvára súbeh viacerých vozidiel – dodávková flotila vracajúca sa o 17:00 alebo autobusová stanica nabíjajúca sa cez noc – presne ten druh krátkych, prudkých výkyvov zaťaženia, ktoré poplatky za dopyt trestajú. Inteligentná nabíjacia stanica BESS existuje práve na to, aby tieto výkyvy absorbovala. Batéria sa nabíja počas okien s nízkou cenou a nízkym dopytom a vybíja sa počas intervalu s vysokým dopytom, čím sa profil zaťaženia stanice na merači splošťuje.

Reakcia na dopyt rozširuje túto logiku z jedného miesta na celú sieť. Dodávatelia energií a prevádzkovatelia prenosových sústav (TSO) platia za aktíva, ktoré môžu znížiť spotrebu alebo dodať energiu na požiadanie – zvyčajne 50 – 300 USD za kW/rok za záväzky kapacity plus platby za energiu za MWh skutočne dodanú počas udalostí. Nabíjacia stanica s batériovým zálohovaním dokáže reagovať na udalosť DR za menej ako jednu sekundu a udržať vybíjanie 1 – 4 hodiny, čo z nej robí jedno z najresponzívnejších distribuovaných aktív, s ktorými môže energetická spoločnosť uzavrieť zmluvu. Rovnaký hardvér, ktorý slúži vodičom, prináša miestu druhý zdroj príjmov.

Ako sa nabíjacia stanica BESS podieľa na reakcii na dopyt

Nabíjacia stanica pre elektromobily s integrovanou batériou je v podstate trojitým energetickým zariadením: vstupom do siete, úložiskom batérie a výstupom vozidla. Systém riadenia energie (EMS) sa nachádza v strede a v reálnom čase rozhoduje, kam smeruje každý kilowatt. Architektúra sa riadi jednoduchou hierarchiou.

Ten/Tá/Tomerač mriežkyje podstatou pravdy. Všetka optimalizácia dopytu a reakcie sa zameriava na meraný dovoz: cieľom nie je nikdy maximalizovať poplatky, ale minimalizovať náklady na agregovaný profil.Menič BESS(zvyčajne 100 – 250 kW na skriňu, vo forme obojsmerných meničov AC-DC alebo DC-DC) prevádza medzi striedavou sieťou a jednosmernou batériou.nabíjačka napájacieho zdroja— pre MIDA, modulárny systém [stacionárna stanica] s výkonom 60 – 480 kW (https://www.midapower.com/dc-fast-charger-station) alebo delený systém s výkonom 360 – 1 680 kW — čerpá z jednosmernej zbernice. V prevedeniach s jednosmerným prepojením batéria napája nabíjačku priamo bez dvojitej konverzie, čo zvyšuje účinnosť nabíjania približne na 92 ​​– 95 %.

EMS vykonáva stratégiu DR pomocou štvorvrstvového riadiaceho zásobníka:

1. Predpoveď lokálneho zaťaženia: EMS sa učí vzorce nabíjania podľa hodiny dňa, dňa v týždni a ročného obdobia a predpovedá zaťaženie na nasledujúcich 24 – 48 hodín. 2.Cena a príjem signálov: tarifné sadzby, oznámenia o udalostiach DR od verejnoprospešných spoločností a trhové ceny v reálnom čase prichádzajú prostredníctvom protokolov ako OpenADR, Modbus alebo DNP3. 3.Optimalizačný nástroj: rutina optimalizácie so zmiešaným celočíselným systémom rieši plán nabíjania/vybíjania batérie, ktorý minimalizuje celkové náklady a zároveň rešpektuje prioritu nabíjačky, limity nabitia batérie a limity pripojenia k sieti. 4.Vykonanie: harmonogram sa odosiela do meniča BESS a komunikuje sa do nabíjačiek prostredníctvom OCPP, pričom sa podľa potreby škrtí alebo zvyšuje výkon pre každú reláciu.

Dobre vyladený systém EMS bude neustále udržiavať nameraný dopyt v rámci mäkkého stropu (napr. 80 % kapacity pripojenia) a vyhradí si priestor pre prípady DR, keď dodávateľ energie požiada o tvrdé obmedzenie.

Základné optimalizačné stratégie, ktoré prinášajú merateľné úspory

Súbor stratégií reakcie na dopyt pre inteligentné nabíjacie stanice BESS tvoria štyri. Sú navzájom sa dopĺňajúce a vyspelí prevádzkovatelia prevádzkujú všetky štyri súčasne.

Zníženie spotreby energie v špičkách je vstupným bodom, pretože nevyžaduje žiadne externé zmluvy a prináša úspory už od prvého dňa. Dynamické riadenie záťaže je najefektívnejším vylepšením: MIDA [inteligentné nabíjačky pre elektromobily na jednosmerný prúd](https://www.midapower.com/smart-ev-dc-charger-150kw-180kw-200kw-240kw-300kw-360kw-420kw-fast-charging-station-floor-standing-dc-pile-product/) v rozsahu 150 – 420 kW škrtia výkon na reláciu prostredníctvom OCPP, takže prevádzkovateľ môže nainštalovať dve nabíjačky na 120 kW kapacity siete namiesto jednej. Regulácia frekvencie je prémiovou službou; speňažuje rýchlosť batérie, ale vyžaduje si, aby stanica mala zmluvu s prevádzkovateľom prenosovej sústavy alebo agregátorom.

Riadiaci zásobník, ktorý umožňuje reakciu na dopyt

Fyzická batéria a nabíjačky tvoria len polovicu systému. Reakcia na dopyt je dátová hra a protokolový zásobník určuje, ku ktorým programom sa stanica môže pripojiť.

Prevádzkovatelia by mali trvať na podpore OCPP 2.0.1 v nových zariadeniach: pridáva zabezpečenie (TLS, podpísané aktualizácie firmvéru) a natívne primitívy inteligentného nabíjania, ktoré chýbajú v OCPP 1.6J. ISO 15118-20 je štandard na strane vozidla, ktorý mení V2G z laboratórnej demonštrácie na sieťovú službu; spracováva obojsmerný prenos energie, autentifikáciu na základe certifikátov a plánovanie napájania v reálnom čase medzi nabíjačkou a vozidlom. Pre rozhranie verejnoprospešných služieb je OpenADR 2.0b de facto štandardom pre udalosti DR, zatiaľ čo DNP3/IEC 61850 je dôležitý pre lokality, ktoré chcú predávať reguláciu frekvencie priamo prevádzkovateľovi prenosovej sústavy.

Integrácia [Nabíjací modul V2G](https://www.midapower.com/30kw-40kw-v2g-charging-module-bidirectional-ac-dc-converter-product/) premení samotný vozový park na distribuovanú batériu. Obojsmerné moduly MIDA s výkonom 30 kW/40 kW a moduly DC-DC V2G s výkonom 15 kW/20 kW umožňujú depu agregovať desiatky vozidiel do virtuálneho úložného fondu s kapacitou 1 – 2 MW – kapacity, ktorá sa zúčastňuje na DR bez akéhokoľvek ďalšieho batériového hardvéru.

Plán implementácie: Od problémov s fakturáciou k príjmom z DR

Päťkroková postupnosť presúva lokalitu z pasívnej fakturácie na aktívnu účasť v sieti:

1. Auditujte profil zaťaženia.Z merača spotreby energie si stiahnite údaje za 12 mesiacov v 15-minútových intervaloch. Identifikujte 10 najčastejších udalostí s najvyššou frekvenciou, ich trvanie a ich príčinu (príchod vozového parku, chladné počasie, udalosti). 2.Správne dimenzujte batériu.Pre nabíjaciu stanicu s výkonom 120 – 480 kW pokrýva batériová banka s kapacitou 200 – 500 kWh (zhruba 0,5 – 1 × nabíjací výkon v kWh) 90 % potrieb na elimináciu špičky. Modulárne stanice BESS od spoločnosti MIDA – od konfigurácií 120 kWh/60 kW až po [konfigurácie 482 kWh/320 kW](https://www.midapower.com/320kw-482kwh-bess-charger-mobile-ev-charging-station-energy-storage-system-product/) – umožňujú pridávanie kapacity v štandardných blokoch. 3.Nasaďte EMS a pripojte nabíjačky cez OCPP.Pred začatím programov DR nakonfigurujte dynamické riadenie záťaže; samo o sebe to môže zdvojnásobiť využitie kapacity lokality. 4.Zapojte sa do programov DR zameraných na kapacitu a energiu.Začnite s udalosťami DR od verejnoprospešných spoločností (OpenADR) a potom prejdite na trhy s podpornými službami prevádzkovateľov prenosových sústav (TSO), ak miestne pravidlá povoľujú účasť v skladovaní. 5.Pridajte V2G a agregáciu.Uzavrite zmluvu s agregátorom na prepojenie lokality s ďalšími aktívami, čím odomknete reguláciu frekvencie a platby na trhu s kapacitou.

Čo to znamená pre váš obchodný prípad

Ekonomika reakcie na dopyt predstavuje rozdiel medzi nabíjacou stanicou, ktorá sotva dosahuje rentabilitu, a stanicou, ktorá generuje výnosy na úrovni infraštruktúry. Predstavte si nabíjaciu stanicu BESS s výkonom 320 kW a úložiskom 482 kWh, ktorá obsluhuje diaľničný uzol. Poplatky za dopyt klesnú približne o 30 %, čím sa pri typických komerčných tarifách ušetrí 18 000 – 30 000 USD ročne. Arbitráž TOU pridáva ďalších 8 000 – 15 000 USD ročne. Zmluva o regulácii kapacity prispieva 6 000 – 12 000 USD ročne a regulácia frekvencie pridáva 10 000 – 25 000 USD, ak je trh TSO otvorený. Kombinované ročné prínosy 40 000 – 80 000 USD oproti prémii BESS vo výške približne 150 000 – 250 000 USD predstavujú návratnosť 3 – 6 rokov – bez započítania ušetrených nákladov na modernizáciu pripojenia k sieti, ktoré v prípade mnohých diaľničných lokalít úplne prevyšujú náklady na batérie.

V hre o reakciu na dopyt vyhrávajú tie stanice, ktoré s batériou zaobchádzajú ako s aktívom siete a nie ako s nabíjacím príslušenstvom. Každý kilowatt úložiska by mal mať harmonogram dispečingu, zmluvu o príjmoch a merateľný výsledok. Vďaka modulárnym architektúram a natívnemu riadeniu podľa OCPP/ISO 15118, ktoré sú dnes k dispozícii, už medzi nabíjacou stanicou a trhmi s flexibilnými riešeniami neexistuje žiadna technická bariéra.

Často kladené otázky

1. Čo je reakcia na dopyt v nabíjacej stanici BESS?Reakcia na dopyt je prax znižovania alebo zmeny spotreby elektrickej siete na mieste – alebo vstrekovania uskladnenej energie – v reakcii na cenové signály, udalosti DR zo strany verejnoprospešných spoločností alebo požiadavky na reguláciu frekvencie siete s využitím batérie elektrárne a inteligentných riadiacich systémov.

2. O koľko môže riadenie dopytu znížiť účet za elektrinu na mojej nabíjacej stanici?Prevádzkovatelia zvyčajne znižujú poplatky za spotrebu o 20 – 40 % a náklady na energiu o 10 – 30 % prostredníctvom presunu záťaže, pričom na lokalitách s výkonom 300 kW sa dajú dosiahnuť kombinované úspory vo výške 40 000 – 80 000 USD ročne.

3. Všimnú si vodiči, kedy sa stanica zúčastňuje reakcie na dopyt?Nie. EMS obmedzuje alebo zvyšuje nabíjanie v rámci zmluvných limitov výkonu každej relácie a vybíjanie batérie pokrýva medzeru. Vodiči zaznamenávajú rovnaké rýchlosti nabíjania a časy relácií.

4. Aký je rozdiel medzi redukciou špičiek a posunom záťaže?Obmedzenie špičky obmedzuje maximálny meraný dopyt lokality vybíjaním batérie počas špičky, zatiaľ čo presun záťaže presúva spotrebu energie z drahých hodín v špičke na lacné hodiny mimo špičky. Obmedzenie špičky sa zameriava na poplatok za dopyt, presun záťaže na sadzbu energie.

5. Potrebuje moja stanica BESS špeciálne protokoly na pripojenie sa k programom DR od verejnoprospešných spoločností?Áno. Dôležité sú štandardy OpenADR 2.0b pre udalosti DR v rozvodnej sieti, OCPP 2.0.1 pre ovládanie nabíjačiek a ISO 15118 pre V2G. Staršie zariadenia OCPP 1.6J sa stále môžu zúčastňovať prostredníctvom EMS, ale s menším počtom funkcií.

6. Môžu batérie vozidiel nahradiť lokálne systémy BESS pre riadenie dopytu?Čiastočne. Vozidlá s podporou V2G môžu prispieť flexibilnou kapacitou 50 – 150 kW na malú flotilu, ale systém BESS na mieste zostáva nevyhnutný pre zaručenú a vždy dostupnú reakciu – vozidlá sú zaparkované nepredvídateľne, batérie nie.

7. Aká je doba návratnosti investície do BESS na nabíjacej stanici pre elektromobily s optimalizáciou DR?Pri všetkých štyroch aktívnych optimalizačných vrstvách sa návratnosť investícií zvyčajne pohybuje v rozmedzí 3 až 6 rokov; lokality, ktoré sa vyhnú modernizácii sieťového pripojenia, môžu dosiahnuť návratnosť do 3 rokov.