Pametne strategije upravljanja z energijo za sodobna vozlišča BESS

Hiter odgovor

Sodobno polnilno vozlišče za shranjevanje energije v baterijah (BESS) je uspešno ali neuspešno na podlagi svoje strategije upravljanja z energijo, ne pa na podlagi svoje strojne opreme. Pametno upravljanje z energijo uporablja sistem za upravljanje z energijo (EMS) na ravni lokacije, ki nenehno odloča, kdaj napolniti baterijo, kako razporediti energijo med polnilniki in kdaj jo izprazniti za zmanjšanje konic, preusmeritev obremenitve ali odziv na povpraševanje. Tri strategije z največjim merljivim učinkom so razporejanje za zmanjšanje konic, dinamično omejevanje moči polnilnikov prek OCPP 2.0.1 in razporejanje na podlagi cen, ki izkorišča tarifne razlike. Če se izvajajo skupaj, zmanjšajo stroške energije na lokaciji za 20–40 %, zaščitijo polnilnike pred omejitvami omrežja in ustvarijo nove prihodke iz komunalnih programov. Ta članek pojasnjuje hierarhijo EMS, ključne strategije in protokole, zaradi katerih je avtomatizacija zanesljiva na ravni vozlišča.

Ključne ugotovitve

• EMS so krmilni možgani, ki povezujejo baterije, polnilnike, fotonapetostne sisteme in omrežne tarife v en sam optimizacijski problem.
• Zmanjševanje povpraševanja v času največje vrednosti je strategija z zmanjševanjem povpraševanja v času največje obremenitve: z zmanjševanjem 15-minutnega okna povpraševanja se zmanjša največja tarifna postavka.
• Dinamično upravljanje obremenitve (DLM) omogoča, da premajhna omrežna povezava oskrbuje prevelike polnilnice.
• Načrtovanje na podlagi cen in odzivanje na povpraševanje spreminjata shranjevanje v sredstvo za ustvarjanje prihodka in ne le v orodje za izogibanje stroškom.
• Interoperabilnost OCPP 2.0.1, ISO 15118 in IEC 61851 je neomejen temelj avtomatiziranega krmiljenja.

Kaj danes naredi polnilno središče "pametno"

Pred desetimi leti je bila polnilnica za električna vozila skupek polnilnic, priključenih na števec. Vsaka polnilna postaja se je z vozilom dogovarjala o moči neodvisno, postaja je izkoristila najvišjo možno obremenitev, upravljavec pa je ob koncu meseca poravnal škodo. Pametno vozlišče BESS je strukturno drugačno: vsak pretok moči se meri, vsaka odločitev je optimizirana, postaja pa se obnaša kot eno samo nadzorovano sredstvo.

Ključne zmogljivosti pametnega vozlišča so:

1. Merjenje v realnem časuobremenitve lokacije, stanja napolnjenosti baterije (SoC), moči polnilnika in – kjer je to primerno – proizvodnje fotonapetostne energije. 2.Napovedovanjepovpraševanja po vozilih, proizvodnje sončne energije in tarifnih oken. 3.Optimizacijaki rešuje za najnižje stroške ali najvišji prihodek znotraj fizičnih in pogodbenih omejitev. 4.Izvedbaki pošilja krmilne signale polnilnikom, sistemu PCS baterij in točki povezave z omrežjem. 5.Skladnosts pogodbami o priključitvi na omrežje, pravili merjenja in zahtevami glede kibernetske varnosti.

Vozlišče brez teh zmogljivosti je preprosto večja polnilnica. Z njimi postane energetsko sredstvo, katerega upravljavec lahko podjetju obljubi enakomeren profil obremenitve in ga tudi zagotovi.

Hierarhija EMS: krmilnik lokacije, omrežje polnilnikov, rob omrežja

Pametno upravljanje z energijo deluje na treh vgnezdenih plasteh, najboljše izvedbe pa ohranjajo vse tri usklajene:

1. plast – krmilnik lokacije (EMS).EMS je tisti, ki sprejema odločitve. Zbira podatke o tarifah, parametre zdravja baterije, stanja polnilnikov in napovedne vhodne podatke, nato pa objavi načrt odpreme: nastavljene vrednosti polnjenja/praznjenja baterije, omejitve moči na polnilnik in cilje uvoza v omrežje. Komercialne platforme EMS osvežujejo ta načrt vsakih 1–15 minut, odvisno od nestanovitnosti trga.

2. plast – omrežje polnilnikov.Polnilnice izvajajo načrt prek OCPP. V OCPP 2.0.1 lahko EMS v realnem času nastavi dinamične omejitve moči za vsako polnilno sejo in s tem omeji posamezne seje, da lokacija ostane znotraj omejitve. To je mehanizem, ki 500 kVA povezavo spremeni v vozlišče z zmogljivostjo 960 kW: polnilniki delujejo s polno močjo, ko se baterija izprazni, in jo zmanjšajo, ko se ne izprazni.

Plast 3 – Rob mreže.Medsebojna povezovalna točka sporoča podatke števcev in v programih pametnih omrežij prejema zunanje signale – dogodke odziva na povpraševanje, dražbe zmogljivosti ali cenovne impulze glede na čas uporabe. EMS te pri optimizaciji obravnava kot omejitve ali cenovne vhodne podatke.

Način odpovedi, ki se mu je treba izogniti, je izoliran nadzor: če baterijo upravlja en prodajalec, polnilnike drug, fotonapetostne sisteme pa tretji, ne obstaja en sam optimizator. Zato integrirane platforme [polnilne postaje BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) – kjer je EMS dobavljen skupaj z baterijo in polnilniki – dosledno zagotavljajo boljše rezultate kot najboljši skladi, sestavljeni na kraju samem.

Upravljanje obremenitve: Zmanjševanje konic in preusmerjanje obremenitve

Dve glavni strategiji upravljanja z energijo v vozlišču BESS sta zmanjšanje konic in preusmeritev obremenitve. Pogosto ju zamenjujemo, vendar ciljata na različne tarifne komponente.

Brijanje vrhovomejuje največjo 15-minutno obremenitev omrežja na lokaciji. EMS spremlja okno tekočega povpraševanja; ko se predvidena konica približa omejitvi, izprazni baterijo s potrebno močjo. Prednost je izogibanje polnjenju povpraševanja – običajno največji nadzorovani strošek na računu polnilnice. Na vozlišču z konico 1,2 MW in tarifo 15 USD/kW se z zmanjšanjem porabe 300 kW prihrani 54.000 USD na leto.

Premikanje bremenapremika porabo energije skozi čas. Baterija se polni izven konic (ko je energija 0,03–0,06 USD/kWh) in napaja polnilnike v konicah (ko je energija 0,15–0,30 USD/kWh). Prednost je zmanjšanje stroškov energije in na nekaterih trgih tudi prihodki od arbitraže.

Spodnja tabela primerja strategije glede na cilj, sprožilec nadzora in tipično varčevanje:

Dobro uglašen sistem energetike (EMS) izvaja več teh funkcij hkrati: odpravljanje konic, prerazporejanje obremenitve med tarifnimi okni in odzivanje na dogodke DR, ko je cena prava.

Odziv na povpraševanje in V2G: Shranjevanje kot omrežno sredstvo

Poleg števca lahko vozlišče BESS sodeluje v omrežnih storitvah, ki plačujejo za fleksibilnost. Programi odzivanja na povpraševanje (DR) plačujejo lokacijam za zmanjšanje porabe – ali izvoz energije – ko je omrežje obremenjeno. BESS z zmogljivostjo 240 kW, ki lahko za štiri ure zmanjša obremenitev, predstavlja skoraj 1 MWh razporeljive fleksibilnosti, kar je na aktivnih trgih DR vredno od 12.000 do 36.000 dolarjev na leto.

Tehnologija »vozilo-v-omrežje« (V2G) razširja isto logiko na sam vozni park tovornjakov ali avtobusov. Z dvosmernimi polnilniki in vozili, ki podpirajo standard ISO 15118, lahko depo združuje baterije parkiranih vozil kot virtualno elektrarno. To je bolj zapleteno za upravljanje – upoštevati je treba omejitve razpoložljivosti voznega parka – vendar največje premalo izkoriščeno sredstvo (baterije parkiranega voznega parka) pretvori v prihodek. Večina operaterjev uvaja V2G po tem, ko se je izkazalo, da sta ukrepa »odpravljanje konic« in »zdrojitev v sili« (DR), saj ta ne zahtevata sodelovanja na strani vozila.

Razporejanje in napovedni nadzor na osnovi umetne inteligence

Statični EMS, ki temelji na pravilih – »praznjenje od 16. do 21. ure« – pušča denar na mizi, ker se dejanske obremenitve in cene spreminjajo iz dneva v dan. Prediktivni nadzor dodaja napovedovanje: EMS napove jutrišnje povpraševanje po polnjenju na podlagi telematike voznega parka, sončno energijo na podlagi vremenskih podatkov in ceno na podlagi tarifnih koledarjev, nato pa optimizira načrt baterij za celotno obdobje.

Izboljšave strojnega učenja segajo še dlje, saj se učijo tedenskih vzorcev lokacije in samodejno prilagajajo politiko odpreme. Merljivi rezultati v operativnih središčih vključujejo:

• 10–20 % dodatno zmanjšanje stroškovnamesto na pravilih temelječega odpremljanja, zaradi boljšega časa delovanja baterijskih ciklov;
• Manj ciklov baterij na kilovatno uro, podaljšanje življenjske dobe cikla z usklajevanjem moči praznjenja z dejansko obremenitvijo;
• Izboljšana skladnost z najvišjo omejitvijomed neobičajnimi dnevi (prazniki, vročinski valovi, dogodki), ki jih pravila spregledajo.

Za [polnilno postajo BESS z močjo 2 MWh in 960 kW megavatov](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), kjer lahko en slabo časovno načrtovan cikel povzroči degradacijo in prekoračitve povpraševanja ter stroške na stotine dolarjev, napovedni nadzor ni luksuz – je operativni standard.

Interoperabilnost protokola: OCPP 2.0.1 in ISO 15118

Vsaka zgoraj opisana pametna strategija je odvisna od tega, ali EMS govori skupni jezik s polnilniki in vozili. Ta jezik opredeljujejo trije protokoli:

• OCPP 2.0.1— standard od polnilnika do zaledne naprave. Njegova funkcionalnost pametnega polnjenja (SmartCharging) omogoča EMS, da na daljavo nastavi omejitve moči za posamezne seje, nadzor transakcij in upravljanje naprav. Zaradi boljše varnosti (TLS), boljšega obravnavanja napak in vgrajenega pametnega polnjenja nadomešča OCPP 1.6J za nova vozlišča.
• ISO 15118— standard za povezavo med vozilom in polnilnikom. Plug & Charge overi vozilo, protokol pa posreduje stanje baterije vozila in omejitve polnjenja sistemu EMS, kar omogoča resnično optimizirane seje namesto polnjenja po fiksni tarifi.
• IEC 61851— osnovni signalni standard EVSE, ki ga uporablja vsak sodoben polnilnik in ki ga razširjata OCPP in ISO 15118.

Če lastnik vozlišča določi vse tri ob nakupu, je to najcenejša zavarovalna polica, ki jo lahko kupi. Zagotavlja, da lahko [infrastrukturo BESS za električna vozila](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) upravlja kateri koli sodoben sistem za energetsko oskrbo (EMS), da se lahko pridruži prihodnjim programom DR in da lahko sprejema vozila katerega koli proizvajalca originalne opreme brez uporabe adapterjev.

Zaključek

Pametno upravljanje z energijo je tisto, kar loči vozlišče BESS od kupa baterij. EMS – opremljen z logiko zmanjševanja konic, dinamičnim upravljanjem obremenitve, razporejanjem glede na tarife in odprtimi protokoli – spremeni shranjevanje v stroj za zmanjševanje stroškov in ustvarjanje prihodkov, hkrati pa zagotavlja napajanje vseh polnilnikov. Operaterji bi morali dati prednost integrirani platformi pred nakupom komponent, standardizirati po standardih OCPP 2.0.1 in ISO 15118 ter začeti z zmanjševanjem konic, preden v plasteh vključijo arbitražo, DR in na koncu V2G. Strategija je dokazana, merljiva in vse bolj predstavlja razliko med polnilno postajo, ki preživi svoje tarifno okolje, in tisto, ki v njem uspeva.

Pogosta vprašanja

1. Kaj dejansko počne EMS v polnilnem vozlišču BESS?EMS nenehno odloča, kdaj bo polnil baterijo, koliko energije lahko porabi posamezen polnilnik in kdaj jo bo praznil – pri čemer se optimizira glede na tarifna okna, omejitve omrežja in povpraševanje vozil. Je programski možgani vozlišča.

2. Koliko lahko pametno upravljanje z energijo prihrani na polnilni postaji?Tipični rezultati so 20–40 % nižji skupni stroški energije, z zmanjšanjem stroškov odjema za 30–50 % in zmanjšanjem stroškov energije za 10–25 % zaradi preusmeritve obremenitve. Prihranki se lahko povečajo z agresivnostjo tarif.

3. Kakšna je razlika med zmanjševanjem konic in premikanjem obremenitve?Zmanjševanje povpraševanja po električni energiji omejuje najvišjo 15-minutno porabo iz omrežja, da se zmanjšajo stroški odjema; preusmerjanje obremenitve preusmeri porabo energije na cenejša tarifna okna, da se zmanjšajo stroški energije. Obe uporabita baterijo, vendar rešujeta različne komponente računa.

4. Ali potrebujem OCPP 2.0.1 ali je 1,6 J dovolj?OCPP 2.0.1 je zelo priporočljiv za nova vozlišča: dodaja varnost TLS, izvorno pametno polnjenje in boljše upravljanje naprav. OCPP 1.6J ostaja primeren za naknadne vgradnje, vendar omejuje prihodnjo avtomatizacijo in sodelovanje pri podeželskem reševanju.

5. Kako mi dinamično upravljanje obremenitve omogoča preveliko dimenzioniranje polnilnikov?EMS omejuje skupno moč lokacije na omejitev omrežne povezave in daje prednost sejam, tako da lahko priključek s 500 kVA sprejme 960 kW polnilnic – vsaka deluje s polno močjo, dokler skupna moč ostane pod omejitvijo.

6. Ali lahko središče BESS zasluži denar z odzivanjem na povpraševanje?Da, kjer je na voljo agregacija. Baterija z močjo 240 kW lahko v štirih urah izgubi približno 1 MWh, kar na aktivnih trgih DR zasluži 50–150 USD na kW na leto.

7. Ali je povezava med vozilom in omrežjem danes praktična v voznih parkih?Vse pogosteje z dvosmernimi polnilniki in vozili po standardu ISO 15118, vendar to povečuje operativno kompleksnost. Večina operaterjev uvede V2G po vzpostavitvi zmanjšanja konic in DR, pri čemer parkirane baterije voznega parka obravnavajo kot podaljšek sistema BESS na lokaciji.