Posilnenie stability siete pomocou distribuovaných sietí BESS

Rýchla odpoveď:Distribuované siete BESS posilňujú stabilitu siete nasadením mnohých menších [jednotiek na uskladnenie batérií](https://www.midapower.com/energy-storage-charging-station) v celom regióne – v depách vozového parku, nabíjacích uzloch na diaľniciach, komerčných budovách a solárnych staniciach – a ich agregáciou prostredníctvom softvéru na správu energie do virtuálnej elektrárne (VPP), ktorá poskytuje prevádzkovateľovi siete reguláciu frekvencie, podporu napätia, elimináciu špičiek a služby odolnosti. Keďže odozva prebieha lokálne (frekvencia do jednej sekundy, napätie okamžite), distribuované úložisko prekonáva veľké centralizované elektrárne v rýchlosti a spoľahlivosti a nevyžaduje si nové prenosové koridory. Pre vlastníkov každá distribuovaná jednotka prináša viacero tokov príjmov – platby za kapacitu, arbitráž energie, úspory z poplatkov za dopyt a príjmy z doplnkových služieb – zatiaľ čo sieť ako celok sa stáva najflexibilnejším aktívom siete. Európske a severoamerické trhy už teraz platia 30 – 120 USD/MW-h za rýchlu frekvenčnú odozvu, vďaka čomu sú distribuované siete BESS jedným z najrýchlejšie rastúcich segmentov sieťovej infraštruktúry.

Kľúčové poznatky:

• Distribuované siete BESS premieňajú tisíce malých úložných jednotiek na jeden flexibilný sieťový prvok a poskytujú služby, ktorým sa centralizované elektrárne nemôžu porovnať rýchlosťou ani lokalitou.
• Regulácia frekvencie je služba s najvyššou hodnotou: odozva v kratšom čase ako jedna sekunda prináša platby za kapacitu na hlavných trhoch vo výške 30 – 120 USD/MW-h.
• Agregačné vrstvy (platformy EMS + VPP + OCPP 2.0.1 + ISO 15118) premieňajú rozptýlené batérie na jeden dispečersky dostupný zdroj.
• Tie isté distribuované jednotky najprv obsluhujú svoje hostiteľské miesto – čím sa znižujú poplatky za dopyt o 20 – 40 % – a až potom predávajú flexibilitu sieti.
• Modulárny hardvér na ukladanie dát so štandardným protokolom je základnou vrstvou: iba štandardizované jednotky sa môžu nákladovo efektívne agregovať vo veľkom meradle.

Prečo sa stabilita siete stáva distribuovaným problémom

Regionálny prevádzkovateľ siete na juhu Spojených štátov sleduje večerný nárast výkonu: klesá výkon solárnej energie, rastie zaťaženie klimatizácie a 30-minútový gradient čistého zaťaženia sa každý rok strmšie zvyšuje, keďže obnoviteľné zdroje energie nahrádzajú tepelné elektrárne. Nástroje prevádzkovateľa z minulosti – veľké plynové špičky a centralizované úložiská – sú drahé na výstavbu, pomaly reagujú (2 – 10 minút) a nachádzajú sa ďaleko od preťažených distribučných napájacích vedení, kde sa problémy s napätím skutočne vyskytujú. Medzitým každé nabíjacie centrum pre elektromobily, komerčná strešná budova a logistické depo v regióne predstavuje potenciálne nevyužívané úložné zariadenie.

Stabilita siete sa stáva distribuovaným problémom z troch štrukturálnych dôvodov. Po prvé, penetrácia obnoviteľných zdrojov energie narúša synchrónnu zotrvačnosť: frekvenčné odchýlky sa zväčšujú a dochádzajú rýchlejšie, čo si vyžaduje reakciu v priebehu niekoľkých sekúnd namiesto minút. Po druhé, výroba sa presúva na okraj distribučnej siete (strešné solárne panely, komunitné úložiská energie), takže problémy s napätím a preťažením sa lokalizujú na napájacích zdrojoch, ktoré centrálne elektrárne nemôžu vidieť, nieto ešte riešiť. Po tretie, rozširovanie prenosovej sústavy je pomalé a nákladné – nové koridory trvajú 7 – 10 rokov a investujú miliardy dolárov – zatiaľ čo distribuované batérie sa rozmiestňujú v priebehu mesiacov v mieste potreby. Výsledkom je architektúra siete, kde sú stabilizačné služby čoraz viac poskytované flotilami malých, koordinovaných úložných jednotiek, a nie niekoľkými veľkými elektrárňami.

Anatómia gridových služieb: Čo distribuované BESS v skutočnosti predáva

Distribuované jednotky BESS zarábajú predajom šiestich odlišných služieb, z ktorých každá má vlastný čas odozvy, trvanie a štruktúru trhu:

Regulácia frekvencie je hlavnou službou, pretože speňažuje určujúcu výhodu distribuovaných batérií: rýchlosť. Lítium-iónová jednotka dokáže zvýšiť výkon z nuly na plný za menej ako 100 milisekúnd a túto odozvu udržiavať neobmedzene dlho – čo je schopnosť, ktorej sa tepelné elektrárne nemôžu dostať a za ktorú trhy platia za prémiové ceny. Podpora napätia využíva lokálnosť: batéria umiestnená na preťaženom napájači reguluje napätie presne tam, kde je potrebné, čím sa predchádza stratám a oneskoreniu pri diaľkovom dodávaní.

Centralizované vs. distribuované: Porovnanie architektúry

Toto porovnanie vysvetľuje smer vývoja odvetvia: zatiaľ čo centralizované elektrárne sú naďalej nevyhnutné pre hromadné skladovanie energie, marginálne investície do stability siete čoraz viac smerujú do distribuovaných sietí, pretože sa budujú rýchlejšie, sú lacnejšie na MW a sú vo svojej podstate odolnejšie.

Architektúra: Ako je riadená distribuovaná sieť BESS

Distribuovaná sieť BESS je trojvrstvový systém.hardvérová vrstvaje flotila štandardizovaných úložných jednotiek – batériových blokov, obojsmerných napájacích modulov a nabíjačiek – každá s lokálnym systémom riadenia budov (BMS) a ochranou.kontrolná vrstvaje EMS na úrovni lokality, ktorý spúšťa optimalizáciu dopytu a nabíjania pre hostiteľskú lokalitu, udržiava rezervu batérie a sprístupňuje štandardné rozhranie pre príkazy siete.agregačná vrstvaje systém VPP/distribuovaného riadenia energetických zdrojov (DERMS), ktorý združuje stovky alebo tisíce jednotiek do jedného dispečerského portfólia a ponúka ho na trhy.

Tri protokolové štandardy zabezpečujú interoperabilitu vrstiev:

• OCPP 2.0.1riadi nabíjačku a úložisko v celej sieti, pridáva zabezpečenie TLS a štandardizované primitívy inteligentného nabíjania, ktoré chýbajú starším implementáciám 1,6 J.
• ISO 15118 (vrátane -20)rozširuje flotilu o batérie vozidiel, takže [elektrické vozidlá s podporou V2G](https://www.midapower.com/30kw-40kw-v2g-charging-module-bidirectional-ac-dc-converter-product/) v depách sa stávajú dodatočnou distribuovanou kapacitou.
• OpenADR 2.0b / DNP3 / IEC 61850prepojiť agregačnú vrstvu s energetickými spoločnosťami a prevádzkovateľmi prenosových sústav (TSO) pre udalosti DR, regulačné signály a telemetriu.

Inžiniersky princíp spočíva v tom, že každá jednotka musí byť individuálne zisková na svojom hostiteľskom mieste – prostredníctvom úspor z poplatkov za dopyt, arbitráže a príjmov z účtovania služieb – ešte predtým, ako je vôbec nasadená na poskytovanie sieťových služieb. Príjmy zo siete sú výhodou; ekonomika lokality je základom. To robí distribuované siete ziskovými: obchodný plán každej jednotky nezávisí od volatilných cien pomocných služieb.

Vzory nasadenia v reálnom svete

V súčasných distribuovaných sieťach BESS dominujú tri modely nasadenia, pričom každý z nich viaže úložisko k fyzickému prípadu použitia.

Vozové depa a nabíjacie centrá.Uskladňovanie v depe znižuje nabíjaciu špičku a potom predáva regulačnú kapacitu v čase mimo prevádzky. Integrované stanice MIDA [482 kWh/320 kW](https://www.midapower.com/320kw-482kwh-bess-charger-mobile-ev-charging-station-energy-storage-system-product/) a [625 kWh/400 kW](https://www.midapower.com/400kw-625kwh-bess-charger-station-mobile-charging-battery-energy-storage-system-product/] slúžia presne na túto úlohu: batéria slúži ako tlmič nabíjania flotily, zatiaľ čo zmluva VPP speňažuje čas nečinnosti. Depo s 30 autobusmi zvyčajne dodáva sieti flexibilnú kapacitu 500 kW – 1,5 MW bez akéhokoľvek vyhradeného úložného miesta.

Nabíjacie zoskupenia pre diaľnice a komerčné nabíjacie stanice.Viaceré elektrárne s výkonom 120 – 400 kW pozdĺž koridoru sú agregované do regionálneho portfólia, ktoré zabezpečuje redukciu špičiek na každom mieste a reguláciu frekvencie pre prevádzkovateľa prenosovej sústavy. Keďže hardvér je štandardizovaný a kompatibilný s protokolom, agregácia je skôr softvérové ​​cvičenie ako hardvérová modernizácia.

Solárne integrované a nezávislé systémy.Distribuované solárne a akumulačné jednotky – ako napríklad MIDA [200 kWh/120 kW off-grid solárna MPPT nabíjačka](https://www.midapower.com/200kwh-120kw-mobile-ev-charger-off-grid-solar-mppt-dc-fast-charging-station-product/) – zabezpečujú stabilný výkon z obnoviteľných zdrojov a poskytujú možnosť ostrovného napájania. V regiónoch so slabými sieťami tieto jednotky poskytujú odolnú službu, ktorú centralizované zariadenia nedokážu: udržiavajú kritické záťaže online počas výpadkov.

Obchodné modely a zdroje príjmov

Prevádzkovatelia speňažujú distribuované siete prostredníctvom piatich vrstvených tokov príjmov:

1. Dopyt-poplatok a arbitráž energie na hostiteľskom mieste— Zníženie dopytu o 20 – 40 % plus úspory energie TOU (základná hodnota, ktorá platí pre batériu). 2.Regulácia frekvencie a podporné službyprostredníctvom zmlúv s prevádzkovateľom prenosovej sústavy alebo účasti agregátora – 30 – 120 USD/MW-h platieb za kapacitu. 3.Účasť na trhu s kapacitouak skladovanie spĺňa podmienky – ročné platby za záväzok k vypúšťacej kapacite počas nedostatkových udalostí. 4.DR a flexibilné zmluvys energiami – platby za jednotlivé udalosti plánovaného obmedzenia alebo vstrekovania. 5.Služby pre vozový park V2G— batérie vozidiel odoslané počas regulačných okien, pričom sa zarábajú platby za MWh energie nad rámec vlastnej kapacity stanice.

Stohovanie funguje, pretože služby sú časovo diferencované: batéria nemôže regulovať frekvenciu a zároveň eliminovať špičku v rovnakom okamihu, ale špička je medzi 16:00 a 18:00, regulačný dopyt je nepretržitý a okná nabíjania flotily cez noc sú oddelené – EMS plánuje každú kapacitu do vlastného časového úseku.

Realizácia siete: Čo by mali operátori robiť

Distribuované siete BESS sa osvedčili vo veľkom meradle, ale výnosy patria operátorom, ktorí implementujú základné princípy:

1. Štandardizovať hardvér.Vyberte si jednu modulárnu produktovú radu s podporou OCPP 2.0.1 a ISO 15118 na všetkých pracoviskách – ekonomika agregácie sa zrúti, ak každé pracovisko používa iné protokoly. 2.Každú jednotku najprv zakotvíme v ekonomike hostiteľského miesta— úspory z poplatkov za dopyt a príjmy z poplatkov musia pokryť základný obchodný prípad. 3.Včas uzavrite zmluvu s agregátoromaby sa flotila mohla uchádzať o účasť na trhoch od prvého dňa, a nie až po dlhoročnom kvalifikačnom procese. 4.Zachovajte si priestor nad hlavou už od návrhu— dimenzovať batérie o 20 – 30 % nad potreby lokality, aby sieťové služby nikdy neohrozili zážitok vodiča. 5.Všetko na prístrojoch— merané jednotky s telemetriou sú tie, ktoré budú dispečovať agregátory a energetické spoločnosti; neprepojená kapacita je mŕtvy kapitál.

Stabilita siete je čoraz viac distribuovaným problémom a odpoveďou je čoraz viac distribuovaná základňa aktív. Prevádzkovatelia, ktorí dnes na svojich miestach nasadzujú štandardizované úložiská založené na protokoloch, nielenže optimalizujú svoje vlastné náklady na energiu – stávajú sa poskytovateľmi flexibility siete v roku 2030 a zarábajú na infraštruktúre, ktorá slúži aj ich hlavnému podnikaniu. Sieťový efekt je reálny: každá ďalšia štandardizovaná jednotka zvyšuje hodnotu agregovaného portfólia, robí ho ľahko dispečovateľným a odolnejším – pre prevádzkovateľa aj pre sieť.

Často kladené otázky

1. Čo je distribuovaná sieť BESS?Distribuovaná sieť BESS je flotila menších batériových úložných jednotiek umiestnených na mnohých miestach, ktoré sú softvérovo agregované do jedného dispečerovateľného zdroja, ktorý poskytuje služby stability siete, ako je regulácia frekvencie, podpora napätia a eliminácia špičiek.

2. Ako distribuované úložisko zlepšuje stabilitu siete v porovnaní s centralizovanou elektrárňou?Distribuované jednotky reagujú za menej ako jednu sekundu, nachádzajú sa presne tam, kde sa vyskytujú problémy s napätím a preťažením, nevyžadujú žiadne prenosové koridory a elegantne zlyhávajú jedna jednotka po druhej, namiesto toho, aby sa jednalo o jediný bod poruchy.

3. Aký je rozdiel medzi VPP a distribuovanou sieťou BESS?VPP je rozhranie agregácie a trhu – softvérová vrstva, ktorá ponúka distribuované aktíva na energetických trhoch; distribuovaná sieť BESS je agregovaná hardvérová flotila. Sú to dve vrstvy toho istého systému.

4. Aká je najhodnotnejšia sieťová služba pre distribuované batérie?Regulácia frekvencie, ktorá vypláca 30 – 120 USD/MW-h kapacity za odozvu v kratšom čase ako jedna sekunda – čo je schopnosť, v ktorej lítium-iónové batérie prekonávajú všetky tepelné alternatívy.

5. Môžu sa nabíjacie stanice pre elektromobily zapojiť do sieťových služieb bez toho, aby to ublížilo vodičom?Áno. Systém EMS plánuje napájanie z elektrickej siete do okien mimo špičky a udržiava rezervu, takže nabíjanie vodičov nie je nikdy ohrozené; batéria pokrýva obe požiadavky.

6. Aké protokoly sú potrebné na pripojenie batériovej jednotky k sieti sieťových služieb?OCPP 2.0.1 pre riadenie nabíjačky/úložiska, ISO 15118 pre integráciu na strane vozidla a OpenADR 2.0b, DNP3 alebo IEC 61850 pre komunikáciu s verejnoprospešnými podnikmi a TSO.

7. Potrebujem zmluvu o poskytovaní energií, aby som mohol zarábať z distribuovaného BESS?Nie spočiatku – úspory z poplatkov za dopyt a arbitráž energie sú k dispozícii pre každú lokalitu od prvého dňa; regulácia frekvencie a platby za kapacitu si vyžadujú účasť agregátora alebo prevádzkovateľa prenosovej sústavy, ktorú väčšina prevádzkovateľov pridáva po preukázaní obchodného argumentu lokality.