Паметне стратегије управљања енергијом за модерне BESS чворишта

Брзи одговор

Модерно чвориште за складиштење енергије батерија (BESS) успева или не успева са својом стратегијом управљања енергијом, а не са својим хардвером. Паметно управљање енергијом користи систем за управљање енергијом (EMS) на нивоу локације како би континуирано одлучивало када пунити батерију, како расподелити снагу међу пуњачима и када је празнити за смањење вршних оптерећења, преусмеравање оптерећења или одговор на потражњу. Три стратегије са највећим мерљивим утицајем су расподела за смањење вршних оптерећења, динамичко ограничавање снаге пуњача путем OCPP 2.0.1 и заказивање засновано на ценама које користи тарифне разлике. Имплементиране заједно, оне смањују трошкове енергије на локацији за 20–40%, штите пуњаче од ограничења мреже и стварају нове приходе од комуналних програма. Овај чланак објашњава хијерархију EMS-а, основне стратегије и протоколе који чине аутоматизацију поузданом на нивоу чворишта.

Кључне закључке

• EMS је контролни мозак који повезује батерије, пуњаче, фотонапонске системе и мрежне тарифе у један оптимизациони проблем.
• Смањење вршних трошкова је стратегија највише вредности: ограничавање прозора потражње од 15 минута смањује највећу ставку царинске линије.
• Динамичко управљање оптерећењем (DLM) омогућава да премала мрежна веза опслужује превелике флоте пуњача.
• Распоред заснован на ценама и одговор на потражњу претварају складиштење у приходну имовину, а не само у алат за избегавање трошкова.
• Интероперабилност OCPP 2.0.1, ISO 15118 и IEC 61851 је неоспорна основа аутоматизоване контроле.

Шта данас чини чвориште за пуњење „паметним“

Пре десет година, место за пуњење електричних возила био је скуп пуњача повезаних на бројило. Сваки пуњач је независно договарао снагу са возилом, место је примало било који вршни оптерећење, а оператер је на крају месеца усклађивао штету. Паметно чвориште BESS је структурно другачије: сваки ток снаге се мери, свака одлука је оптимизована, а место се понаша као јединствено контролисано средство.

Главне могућности паметног чворишта су:

1. Мерење у реалном временуоптерећења локације, стања напуњености батерије (SoC), снаге пуњача и — где је применљиво — производње фотонапонских система. 2.Прогнозирањепотражње возила, производње соларне енергије и тарифних прозора. 3.Оптимизацијакоји решава проблем најнижих трошкова или највећих прихода у оквиру физичких и уговорних ограничења. 4.Извршењекоји шаље контролне сигнале пуњачима, PCS-у батерије и тачки повезивања са мрежом. 5.Усклађеност са прописимаса уговорима о прикључењу на мрежу, правилима мерења и захтевима за сајбер безбедност.

Чвориште без ових могућности је једноставно већа фарма пуњача. Са њима постаје енергетска имовина чији оператер може да обећа комуналном предузећу равномерни профил оптерећења и да га испоручи.

Хијерархија EMS-а: контролер локације, мрежа пуњача, ивица мреже

Паметно управљање енергијом функционише на три угњеждена слоја, а најбоље имплементације одржавају сва три координирана:

Слој 1 — Контролер локације (EMS).Служба за управљање енергетским ресурсима (EMS) доноси одлуке. Она прикупља податке о тарифама, параметре здравља батерије, стања пуњача и прогнозе, а затим објављује план диспечерског управљања: задате вредности пуњења/пражњења батерије, ограничења снаге по пуњачу и циљеве увоза у мрежу. Комерцијалне EMS платформе освежавају овај план сваких 1–15 минута, у зависности од волатилности тржишта.

Слој 2 — Мрежа пуњача.Пуњачи извршавају план путем OCPP-а. У OCPP 2.0.1, EMS може да подеси динамичка ограничења снаге за сваку сесију пуњења у реалном времену, ограничавајући појединачне сесије како би локација остала у оквиру свог ограничења. Ово је механизам који претвара везу од 500 kVA у чвориште способно за 960 kW: пуњачи раде пуном снагом када се батерија празни, а смањују снагу када се не празни.

Слој 3 — Ивица мреже.Тачка међусобног повезивања пријављује податке са бројила и, у програмима паметних мрежа, прима спољне сигнале - догађаје одговора на потражњу, аукције капацитета или импулсе цена у зависности од времена коришћења. EMS их третира као ограничења или улазне цене у својој оптимизацији.

Начин квара који треба избегавати је изолована контрола: ако батеријом управља један добављач, пуњачима други, а фотонапонским системима трећи, не постоји јединствени оптимизатор. Зато интегрисане платформе [BESS станица за пуњење](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) — где се EMS испоручује са батеријом и пуњачима — константно дају боље резултате од најбољих стекова спојених на лицу места.

Управљање оптерећењем: Смањење вршних вредности и премештање оптерећења

Две стратегије које су основне за управљање енергијом у чворишту BESS-а су уклањање вршних оптерећења и преусмеравање оптерећења. Често се мешају, али циљају различите компоненте тарифе.

Бријање врховаограничава максималну 15-минутну потражњу локације на мрежи. EMS прати период покретне потражње; када се пројектовани врхунац приближи ограничењу, празни батерију при потребној снази. Предност је избегавање наплате потражње – обично највећи контролисани трошак на рачуну за локацију за пуњење. На чворишту са врхунцем од 1,2 MW и тарифом од 15 долара/kW, смањење потрошње од 300 kW штеди 54.000 долара годишње.

Премештање теретапомера потрошњу енергије током времена. Батерија се пуни ван шпица (када је енергија 0,03–0,06 долара/kWh) и напаја пуњаче током шпица (када је енергија 0,15–0,30 долара/kWh). Предност је смањење трошкова енергије плус, на неким тржиштима, приход од арбитраже.

Доња табела упоређује стратегије по циљу, контролном окидачу и типичној штедњи:

Добро подешен EMS истовремено покреће неколико ових процеса: смањење вршне снаге, преусмеравање оптерећења између тарифних прозора и реаговање на DR догађаје када је цена права.

Одговор на потражњу и V2G: Складиштење као средство мреже

Поред бројила, чвориште BESS може учествовати у услугама мреже које плаћају за флексибилност. Програми одговора на потражњу (DR) плаћају локацијама да смање потрошњу – или извозе енергију – када је мрежа под оптерећењем. BESS капацитета 240 kW који може да искључи оптерећење на четири сата представља скоро 1 MWh расположиве флексибилности, вредне 12.000–36.000 долара годишње на активним DR тржиштима.

Возило-мрежа (V2G) проширује исту логику на сам возни парк камиона или аутобуса. Са двосмерним пуњачима и возилима која подржавају ISO 15118 стандард, депо може да агрегира батерије паркираних возила као виртуелну електрану. Ово је сложеније за рад — морају се поштовати ограничења доступности возног парка — али претвара највећу недовољно искоришћену имовину (батерије паркираних возних паркова) у приход. Већина оператера постепено уводи V2G након што су се доказали принципи „обрачунавања вршних прекида“ и „DR“, јер они не захтевају сарадњу на страни возила.

Заказивање и предиктивна контрола заснована на вештачкој интелигенцији

Статички EMS заснован на правилима – „пражњење од 16 до 21 час“ – оставља новац на столу јер се стварна оптерећења и цене разликују из дана у дан. Предиктивна контрола додаје предвиђање: EMS предвиђа сутрашњу потражњу за пуњењем на основу телематике возног парка, соларну енергију на основу метеоролошких података и цену на основу тарифних календара, а затим оптимизује план батерије током целог периода.

Побољшања машинског учења иду даље, учећи недељне обрасце локације и аутоматски прилагођавајући политику отпреме. Мерљиви резултати на оперативним чвориштима укључују:

• Додатно смањење трошкова за 10–20%преко отпреме засноване на правилима, због бољег времена циклуса батерије;
• Мање циклуса пуњења батерије по употребљеном киловат-сату, продужавајући век трајања циклуса усклађивањем снаге пражњења са стварним оптерећењем;
• Побољшана усклађеност са вршним ограничењемтоком неуобичајених дана (празници, топлотни таласи, догађаји) које правила пропуштају.

За [BESS пуњачку станицу од 2 MWh и 960 kW мегавата](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), где један лоше темпирани циклус може коштати стотине долара због деградације плус прекорачења потражње, предиктивна контрола није луксуз - то је оперативни стандард.

Интероперабилност протокола: OCPP 2.0.1 и ISO 15118

Свака горе описана паметна стратегија зависи од тога да ли ЕМС говори заједнички језик са пуњачима и возилима. Три протокола дефинишу тај језик:

• ОЦПП 2.0.1— стандард од пуњача до бекенда. Његова функционалност SmartCharging омогућава EMS-у да даљински подешава ограничења снаге по сесији, контроле трансакција и управљање уређајима. Замењује OCPP 1.6J за нове чворишта због боље безбедности (TLS), бољег руковања грешкама и изворног паметног пуњења.
• ИСО 15118— стандард повезивања возила и пуњача. „Plug & Charge“ аутентификује возило, а протокол преноси стање батерије возила и ограничења пуњења до EMS-а, омогућавајући истински оптимизоване сесије уместо пуњења по фиксној тарифи.
• ИЕЦ 61851— основни EVSE стандард сигнализације који сваки модерни пуњач имплементира, а који OCPP и ISO 15118 проширују.

Спецификација сва три приликом набавке је најјефтинија полиса осигурања коју власник чворишта може да купи. Она гарантује да [BESS за електричну инфраструктуру](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) може да се користи од стране било ког модерног EMS-а, да се може придружити будућим DR програмима и да може да прихвати возила било ког OEM-а без заобилазних решења са адаптерима.

Закључак

Паметно управљање енергијом је оно што разликује BESS чвориште од гомиле батерија. EMS — опремљен логиком за смањење вршних оптерећења, динамичким управљањем оптерећењем, заказивањем које зависи од тарифа и отвореним протоколима — претвара складиштење у машину за смањење трошкова и прихода, док истовремено напаја сваки пуњач. Оператори би требало да дају приоритет интегрисаној платформи у односу на куповину компоненти, да се стандардизују према OCPP 2.0.1 и ISO 15118 и да почну са смањењем вршних оптерећења пре него што уведу арбитражу, DR и на крају V2G. Стратешки стек је доказан, мерљив и све више представља разлику између места за пуњење које преживљава своје тарифно окружење и оног које у њему напредује.

Честа питања

1. Шта EMS заправо ради у BESS пуњачком центру?EMS континуирано одлучује када да пуни батерију, колико снаге сваки пуњач може да потроши и када да је празни – оптимизујући је у односу на тарифне прозоре, ограничења мреже и потражњу возила. То је софтверски мозак чворишта.

2. Колико паметно управљање енергијом може уштедети на пуњачу?Типични резултати су 20–40% нижи укупни трошкови енергије, са смањењем накнада за потражњу од 30–50% и смањењем трошкова енергије од 10–25% због пребацивања оптерећења. Скала уштеде са агресивношћу тарифа.

3. Која је разлика између смањења пикова и померања оптерећења?Смањење вршне потрошње ограничава највећу потрошњу енергије у року од 15 минута како би се смањили трошкови потражње; преусмеравање оптерећења помера потрошњу енергије на јефтиније тарифне прозоре како би се смањили трошкови енергије. Оба користе батерију, али решавају различите компоненте рачуна.

4. Да ли ми је потребан OCPP 2.0.1 или је довољно 1.6J?OCPP 2.0.1 се топло препоручује за нове хабове: додаје TLS безбедност, интелигентно пуњење и боље управљање уређајима. OCPP 1.6J остаје добар за накнадне инсталације, али ограничава будућу аутоматизацију и учешће у DR.

5. Како ми динамичко управљање оптерећењем омогућава да превеликим пуњачима?EMS ограничава укупну снагу локације на граници прикључка на мрежу и даје приоритет сесијама, тако да прикључак од 500 kVA може да прими 960 kW пуњача - сваки ради пуном снагом све док укупна снага остане испод ограничења.

6. Да ли BESS центар може да заради новац од одговора на потражњу?Да, тамо где је доступна агрегација. Батерија од 240 kW може да изгуби ~1 MWh током четворочасовног догађаја, зарађујући 50–150 долара по kW годишње на активним тржиштима DR.

7. Да ли је повезивање возила са мрежом практично у данашњим депоима возног парка?Све више, са двосмерним пуњачима и возилима по стандарду ISO 15118, али то додаје оперативну сложеност. Већина оператера примењује V2G након што се успостави смањење вршне потрошње и DR, третирајући батерије паркираног возног парка као продужетак BESS-а на локацији.