Inteligentné stratégie riadenia energie pre moderné uzly BESS

Rýchla odpoveď

Moderný nabíjací uzol s úložiskom energie z batérií (BESS) je úspešný alebo zlyhávajúci v stratégii riadenia energie, nie v hardvéri. Inteligentný manažment energie využíva systém riadenia energie (EMS) na úrovni lokality, ktorý neustále rozhoduje o tom, kedy batériu nabíjať, ako rozdeľovať energiu medzi nabíjačky a kedy ju vybíjať kvôli redukcii špičky, presunu záťaže alebo reakcii na dopyt. Tri stratégie s najvyšším merateľným vplyvom sú dispečing redukcie špičky, dynamické obmedzenie výkonu nabíjačiek prostredníctvom OCPP 2.0.1 a plánovanie na základe cien, ktoré využíva tarifné rozpätia. Implementované spoločne znižujú náklady na energiu na lokalite o 20 – 40 %, chránia nabíjačky pred obmedzeniami siete a vytvárajú nové príjmy z programov verejnoprospešných služieb. Tento článok vysvetľuje hierarchiu EMS, základné stratégie a protokoly, vďaka ktorým je automatizácia spoľahlivá v rozsahu uzla.

Kľúčové poznatky

• EMS je riadiaci mozog, ktorý spája batérie, nabíjačky, fotovoltaiku a sieťové tarify do jedného optimalizačného problému.
• Stratégia s najvyššou hodnotou spočíva v obmedzení špičkového dopytu: obmedzenie 15-minútového okna dopytu znižuje najväčšiu položku colnej sadzby.
• Dynamické riadenie záťaže (DLM) umožňuje poddimenzovanému pripojeniu k sieti obsluhovať naddimenzované flotily nabíjacích staníc.
• Plánovanie založené na cene a reakcia na dopyt premieňajú úložisko na zdroj príjmu, nielen na nástroj na vyhýbanie sa nákladom.
• Interoperabilita OCPP 2.0.1, ISO 15118 a IEC 61851 je nespochybniteľným základom automatizovaného riadenia.

Čo robí dnes nabíjací uzol „inteligentným“

Pred desiatimi rokmi bola nabíjacia stanica pre elektromobily súborom nabíjačiek pripojených k meraču. Každá nabíjačka si s vozidlom vyjednávala energiu nezávisle, stanica si vyberala akúkoľvek špičku a prevádzkovateľ na konci mesiaca vyrovnával škody. Inteligentný uzol BESS je štrukturálne odlišný: každý tok energie sa meria, každé rozhodnutie je optimalizované a stanica sa správa ako jeden ovládateľný prostriedok.

Hlavné funkcie inteligentného centra sú:

1. Meranie v reálnom časezaťaženia lokality, stavu nabitia batérie (SoC), výkonu nabíjačky a – ak je to relevantné – výroby fotovoltaických elektrární. 2.Predpovedaniedopytu po vozidlách, výkonu solárnej energie a tarifných okien. 3.Optimalizáciaktorý rieši najnižšie náklady alebo najvyššie príjmy v rámci fyzických a zmluvných obmedzení. 4.Vykonaniektorý vysiela riadiace signály do nabíjačiek, systému PCS batérií a bodu prepojenia so sieťou. 5.Súlad s predpismiso zmluvami o pripojení k sieti, pravidlami merania a požiadavkami na kybernetickú bezpečnosť.

Uzol bez týchto funkcií je jednoducho väčšia nabíjacia stanica. S nimi sa stáva energetickým aktívom, ktorého prevádzkovateľ môže dodávateľovi sľúbiť plochý profil zaťaženia a zabezpečiť ho.

Hierarchia EMS: Riadiaca jednotka lokality, sieť nabíjačiek, okraj siete

Inteligentný manažment energie funguje na troch vnorených vrstvách a najlepšie implementácie udržiavajú všetky tri koordinované:

Vrstva 1 – Riadiaca jednotka lokality (EMS).Správca energetickej bezpečnosti (EMS) je ten, kto rozhoduje. Prijíma údaje o tarifách, parametre stavu batérie, stavy nabíjačiek a prognózované vstupy a potom publikuje plán dispečingu: nastavené hodnoty nabitia/vybitia batérie, limity výkonu na nabíjačku a ciele importu do siete. Komerčné platformy EMS tento plán aktualizujú každých 1 – 15 minút v závislosti od volatility trhu.

Vrstva 2 – Nabíjacia sieť.Nabíjačky realizujú plán prostredníctvom OCPP. V OCPP 2.0.1 môže EMS nastaviť dynamické limity výkonu pre každú nabíjaciu reláciu v reálnom čase a obmedziť jednotlivé relácie, aby sa udržalo miesto v rámci limitu. Toto je mechanizmus, ktorý premení pripojenie s výkonom 500 kVA na uzol s výkonom 960 kW: nabíjačky pracujú na plný výkon, keď sa batéria vybije, a znižujú výkon, keď sa nevybije.

Vrstva 3 – Okraj mriežky.Prepojovací bod hlási údaje z meračov a v programoch inteligentných sietí prijíma externé signály – udalosti reakcie na dopyt, aukcie kapacity alebo cenové impulzy v závislosti od času používania. Systém EMS ich pri optimalizácii považuje za obmedzenia alebo cenové vstupy.

Spôsobom zlyhania, ktorému sa treba vyhnúť, je izolované riadenie: ak batériu spravuje jeden dodávateľ, nabíjačky iný a FV systém tretí, neexistuje jediný optimalizátor. Preto integrované platformy [nabíjacích staníc BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/] – kde sa EMS dodáva s batériou a nabíjačkami – konzistentne dosahujú lepšie výsledky ako najlepšie stohy svojho druhu zmontované na mieste.

Riadenie záťaže: Zmiernenie špičiek a presun záťaže

Dve hlavné stratégie riadenia energie v uzle BESS sú zníženie špičkovej záťaže a presun záťaže. Často sa zamieňajú, ale zameriavajú sa na rôzne zložky taríf.

holenie vrcholovobmedzuje maximálny 15-minútový odber zo siete na nabíjacej stanici. EMS sleduje priebežné okno odberu; keď sa predpokladaná špička priblíži k stropu, vybije batériu pri potrebnom výkone. Výhodou je vyhnutie sa poplatkom za odber – zvyčajne najväčším kontrolovateľným nákladom na faktúre za nabíjaciu stanicu. V uzle so špičkou 1,2 MW a tarifou 15 USD/kW sa znížením spotreby 300 kW ušetrí 54 000 USD ročne.

Presúvanie záťažeposúva spotrebu energie v čase. Batéria sa nabíja mimo špičky (keď je energia 0,03 – 0,06 USD/kWh) a napája nabíjačky počas špičky (keď je energia 0,15 – 0,30 USD/kWh). Výhodou je zníženie nákladov na energiu a na niektorých trhoch aj príjmy z arbitráže.

V nasledujúcej tabuľke sú porovnané stratégie podľa cieľa, spúšťača kontroly a typického sporenia:

Dobre vyladený systém energetickej bezpečnosti (EMS) vykonáva niekoľko týchto činností súčasne: eliminuje špičky, presúva záťaž medzi tarifnými oknami a reaguje na udalosti DR, keď je cena správna.

Reakcia na dopyt a V2G: Skladovanie ako sieťové aktívum

Okrem merača sa uzol BESS môže podieľať na sieťových službách, ktoré platia za flexibilitu. Programy reakcie na dopyt (DR) platia lokalitám za zníženie spotreby – alebo export energie – keď je sieť zaťažená. BESS s výkonom 240 kW, ktorý dokáže odpojiť záťaž na štyri hodiny, predstavuje takmer 1 MWh dispečernej flexibility v hodnote 12 000 až 36 000 dolárov ročne na aktívnych trhoch DR.

Technológia Vehicle-to-grid (V2G) rozširuje rovnakú logiku aj na samotný vozový park nákladných vozidiel alebo autobusov. Vďaka obojsmerným nabíjačkám a vozidlám s podporou normy ISO 15118 môže depo agregovať batérie zaparkovaných vozidiel ako virtuálnu elektráreň. Prevádzka je zložitejšia – musia sa rešpektovať obmedzenia dostupnosti vozového parku – ale premieňa najväčšie nevyužité aktívum (batérie zaparkovaných vozidiel) na príjmy. Väčšina prevádzkovateľov zavádza V2G po odbúravaní špičky a overení DR, pretože tieto metódy nevyžadujú spoluprácu na strane vozidla.

Plánovanie a prediktívne riadenie založené na umelej inteligencii

Statické EMS založené na pravidlách – „vybíjanie od 16:00 do 21:00“ – necháva peniaze na stole, pretože skutočné zaťaženie a ceny sa menia zo dňa na deň. Prediktívne riadenie pridáva predpovedanie: EMS predpovedá zajtrajší dopyt po nabíjaní z telematiky vozového parku, solárny výkon z údajov o počasí a cenu z tarifných kalendárov a potom optimalizuje plán batérií v celom horizonte.

Vylepšenia strojového učenia idú ešte ďalej, učia sa týždenné vzorce lokality a automaticky prispôsobujú politiku dispečingu. Merateľné výsledky v prevádzkových centrách zahŕňajú:

• Dodatočné zníženie nákladov o 10 – 20 %pred odosielaním na základe pravidiel, vďaka lepšiemu načasovaniu cyklov batérie;
• Menej cyklov batérie na odobratú kilowatthodinu, predĺženie životnosti cyklu prispôsobením vybíjacieho výkonu skutočnému zaťaženiu;
• Zlepšené dodržiavanie limitov pre maximálny limitpočas abnormálnych dní (sviatky, vlny horúčav, udalosti), ktoré pravidlá prehliadajú.

Pre [nabíjaciu stanicu BESS s výkonom 2 MWh a výkonom 960 kW megawattov](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), kde jeden zle načasovaný cyklus môže stáť stovky dolárov v dôsledku degradácie a prekročenia dopytu, nie je prediktívne riadenie luxusom – je to prevádzkový štandard.

Interoperabilita protokolov: OCPP 2.0.1 a ISO 15118

Každá vyššie opísaná inteligentná stratégia závisí od toho, či EMS komunikuje spoločným jazykom s nabíjačkami a vozidlami. Tento jazyk definujú tri protokoly:

• OCPP 2.0.1— štandard nabíjačky a backendu. Jeho funkcia SmartCharging umožňuje EMS nastaviť limity výkonu pre jednotlivé relácie, ovládanie transakcií a správu zariadení na diaľku. Nahrádza OCPP 1.6J pre nové rozbočovače vďaka lepšiemu zabezpečeniu (TLS), lepšiemu spracovaniu porúch a natívnemu inteligentnému nabíjaniu.
• ISO 15118— štandard prepojenia medzi vozidlom a nabíjačkou. Plug & Charge overuje vozidlo a protokol prenáša stav batérie vozidla a obmedzenia nabíjania do EMS, čo umožňuje skutočne optimalizované relácie namiesto nabíjania s pevnou sadzbou.
• IEC 61851— základný signalizačný štandard EVSE, ktorý implementuje každá moderná nabíjačka a ktorý rozširujú normy OCPP a ISO 15118.

Špecifikovanie všetkých troch kritérií pri obstarávaní je najlacnejšia poistná zmluva, akú si môže majiteľ uzatváracieho centra kúpiť. Zaručuje, že [BESS pre infraštruktúru elektromobilov](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) môže byť prevádzkované akýmkoľvek moderným systémom energetickej bezpečnosti (EMS), môže sa pripojiť k budúcim programom DR a môže prijímať vozidlá od akéhokoľvek výrobcu originálnych zariadení (OEM) bez použitia adaptérov.

Záver

Inteligentné riadenie energie je to, čo odlišuje uzol BESS od hromady batérií. EMS – vybavený logikou eliminácie špičiek, dynamickou správou záťaže, plánovaním s ohľadom na tarify a otvorenými protokolmi – premieňa úložisko na stroj na znižovanie nákladov a zvyšovanie príjmov a zároveň zabezpečuje napájanie každej nabíjačky. Prevádzkovatelia by mali uprednostniť integrovanú platformu pred nakupovaním komponentov, štandardizovať sa podľa OCPP 2.0.1 a ISO 15118 a začať elimináciou špičiek pred vrstvením arbitráže, DR a nakoniec V2G. Stratégia je overená, merateľná a čoraz viac predstavuje rozdiel medzi nabíjacou stanicou, ktorá prežije svoje tarifné prostredie, a tou, ktorá v ňom prosperuje.

Často kladené otázky

1. Čo vlastne robí EMS v nabíjacom centre BESS?Systém EMS priebežne rozhoduje o tom, kedy batériu nabiť, koľko energie môže každá nabíjačka odoberať a kedy ju vybiť – optimalizuje to podľa tarifných okien, obmedzení siete a dopytu vozidiel. Je to softvérový mozog centra.

2. Koľko môže inteligentné riadenie energie ušetriť na nabíjacej stanici?Typickými výsledkami sú o 20 – 40 % nižšie celkové náklady na energiu, so znížením poplatkov za spotrebu o 30 – 50 % a znížením nákladov na energiu o 10 – 25 % vďaka presunu zaťaženia. Úspory sa dajú škálovať s agresivitou taríf.

3. Aký je rozdiel medzi redukciou vrcholov a posunom záťaže?Obmedzenie špičkového odberu obmedzuje najvyšší 15-minútový odber zo siete, aby sa znížili poplatky za dopyt; presunutie záťaže presúva spotrebu energie do lacnejších tarifných okien, aby sa znížili poplatky za energiu. Obe využívajú batériu, ale riešia rôzne zložky faktúry.

4. Potrebujem OCPP 2.0.1 alebo stačí 1,6J?Pre nové rozbočovače sa dôrazne odporúča OCPP 2.0.1: pridáva zabezpečenie TLS, natívne inteligentné nabíjanie a lepšiu správu zariadení. OCPP 1.6J zostáva vhodný pre dodatočné montáže, ale obmedzuje budúcu automatizáciu a účasť na DR.

5. Ako mi dynamické riadenie záťaže umožňuje predimenzovať nabíjačky?Systém EMS obmedzuje celkový výkon lokality na limit pripojenia do siete a uprednostňuje relácie, takže pripojenie s výkonom 500 kVA môže hostiť nabíjačky s výkonom 960 kW – každá z nich beží na plný výkon, pokiaľ celkový výkon zostane pod limitom.

6. Môže centrum BESS zarábať peniaze z reakcie na dopyt?Áno, tam, kde je k dispozícii agregácia. Batéria s výkonom 240 kW dokáže v priebehu štyroch hodín stratiť približne 1 MWh, čo predstavuje zisk 50 – 150 USD za kW ročne na aktívnych trhoch s DR.

7. Je dnes prepojenie vozidiel a siete praktické v depách vozového parku?Čoraz častejšie s obojsmernými nabíjačkami a vozidlami podľa normy ISO 15118, ale to zvyšuje prevádzkovú zložitosť. Väčšina prevádzkovateľov nasadzuje V2G po zavedení zníženia špičky a DR, pričom zaparkované batérie flotily považujú za rozšírenie BESS na mieste.