Розумні стратегії управління енергією для сучасних центрів BESS

Швидка відповідь

Сучасний зарядний центр на основі акумуляторної енергії (BESS) успішно або невдало реалізує свою стратегію управління енергією, а не своє обладнання. Інтелектуальне управління енергією використовує систему управління енергією (EMS) на рівні об'єкта, щоб постійно вирішувати, коли заряджати акумулятор, як розподіляти потужність між зарядними пристроями та коли розряджати для зменшення пікового навантаження, перемикання навантаження або реагування на попит. Три стратегії з найбільшим вимірюваним впливом - це диспетчеризація зменшення пікового навантаження, динамічне обмеження потужності зарядних пристроїв через OCPP 2.0.1 та планування на основі цін, яке використовує тарифні розбіжності. Реалізовані разом, вони знижують витрати на енергію на об'єкті на 20–40%, захищають зарядні пристрої від обмежень мережі та створюють нові доходи від комунальних програм. У цій статті пояснюється ієрархія EMS, основні стратегії та протоколи, які роблять автоматизацію надійною в масштабі центру.

Ключові висновки

• Система управління енергоспоживанням (СУЕ) – це керуючий мозок, який об'єднує акумулятори, зарядні пристрої, фотоелектричні системи та мережеві тарифи в одну задачу оптимізації.
• Скорочення пікових витрат – це стратегія з найвищою цінністю: обмеження 15-хвилинного вікна попиту скорочує найбільшу тарифну позицію.
• Динамічне управління навантаженням (DLM) дозволяє малорозмірному підключенню до мережі обслуговувати надмірно великі парки зарядних пристроїв.
• Планування на основі ціни та реагування на попит перетворюють сховище на актив, що приносить дохід, а не лише на інструмент уникнення витрат.
• Взаємодія OCPP 2.0.1, ISO 15118 та IEC 61851 є невід'ємною основою автоматизованого керування.

Що робить зарядний центр «розумним» сьогодні

Десять років тому станція зарядки електромобілів являла собою сукупність зарядних пристроїв, підключених до лічильника. Кожен зарядний пристрій незалежно узгоджував потужність з транспортним засобом, станція брала будь-який піковий навантаження, а оператор звіряв пошкодження в кінці місяця. Розумний центр зарядки електромобілів BESS структурно відрізняється: кожен потік потужності вимірюється, кожне рішення оптимізується, а станція поводиться як єдиний керований актив.

Визначальними можливостями розумного хаба є:

1. Вимірювання в режимі реального часунавантаження на об'єкті, стан заряду акумулятора (SoC), потужність зарядного пристрою та, де це можливо, генерація фотоелектричних систем. 2.Прогнозуванняпопиту на транспортні засоби, виробництва сонячної енергії та тарифних вікон. 3.Оптимізаціящо вирішує питання найнижчої вартості або найвищого доходу в рамках фізичних та контрактних обмежень. 4.Виконанняякий надсилає керуючі сигнали до зарядних пристроїв, системи керування акумулятором (PCS) та точки підключення до мережі. 5.Відповідністьз угодами про підключення до мережі, правилами обліку та вимогами кібербезпеки.

Хаб без цих можливостей — це просто більша зарядна станція. З ними він стає енергетичним активом, оператор якого може обіцяти комунальному підприємству рівний профіль навантаження та забезпечити його.

Ієрархія EMS: контролер сайту, мережа зарядних пристроїв, межа мережі

Розумне управління енергією працює на трьох вкладених рівнях, і найкращі реалізації забезпечують координацію всіх трьох:

Рівень 1 — Контролер сайту (EMS).Служба енергоменеджменту (СМП) приймає рішення. Вона отримує дані про тарифи, параметри стану акумулятора, стан зарядного пристрою та прогнозовані дані, а потім публікує план диспетчеризації: задані значення заряду/розряду акумулятора, обмеження потужності для кожного зарядного пристрою та цілі імпорту енергії з мережі. Комерційні платформи СМП оновлюють цей план кожні 1–15 хвилин, залежно від волатильності ринку.

Рівень 2 — мережа зарядних пристроїв.Зарядні пристрої виконують план через OCPP. У версії OCPP 2.0.1 EMS може встановлювати динамічні обмеження потужності для кожного сеансу заряджання в режимі реального часу, обмежуючи окремі сеанси, щоб об'єкт залишався в межах ліміту. Це механізм, який перетворює підключення потужністю 500 кВА на концентратор, здатний видавати 960 кВт: зарядні пристрої працюють на повній потужності, коли акумулятор розряджається, і зменшують її, коли ні.

Шар 3 — край сітки.Точка з'єднання передає дані лічильника та, в програмах інтелектуальних мереж, отримує зовнішні сигнали — події реагування на попит, аукціони потужності або цінові імпульси часу використання. Система енергопостачання розглядає їх як обмеження або цінові вхідні дані під час оптимізації.

Варто уникати режиму відмови, пов’язаного з ізольованим керуванням: якщо акумулятором керує один постачальник, зарядними пристроями – інший, а фотоелектричними системами – третій, єдиного оптимізатора не існує. Саме тому інтегровані платформи [зарядних станцій BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/], де EMS постачається разом з акумулятором та зарядними пристроями, постійно забезпечують кращі результати, ніж найкращі в своєму класі стеки, зібрані на місці.

Управління навантаженням: Зменшення пікових навантажень та перерозподіл навантаження

Дві основні стратегії управління енергоспоживанням вузла BESS – це зменшення пікових навантажень та перерозподіл навантаження. Їх часто плутають, але вони спрямовані на різні тарифні складові.

Пікове голінняобмежує максимальне 15-хвилинне навантаження на зарядну станцію. Служба енергопостачання відстежує ковзне вікно навантаження; коли прогнозований пік наближається до обмеження, вона розряджає акумулятор до необхідної потужності. Перевагою є уникнення стягнення платіжної навантажувальної потужності, що зазвичай є найбільшою контрольованою витратою в рахунку зарядної станції. На зарядному хабі з піковою потужністю 1,2 МВт і тарифом $15/кВт, скорочення витрат на 300 кВт дозволяє заощадити $54 000 на рік.

Переміщення навантаженнязміщує споживання енергії з плином часу. Акумулятор заряджається в години поза піковими навантаженнями (коли енергія коштує 0,03–0,06 дол. США/кВт·год) та живить зарядні пристрої в години пікових навантажень (коли енергія коштує 0,15–0,30 дол. США/кВт·год). Перевагою є зниження вартості енергії, а також, на деяких ринках, дохід від арбітражу.

У таблиці нижче порівнюються стратегії за цілями, тригерами контролю та типовими заощадженнями:

Добре налаштована система управління енергопостачанням (EMS) виконує кілька цих функцій одночасно: зменшення пікового навантаження, перерозподіл навантаження між тарифними вікнами та реагування на події DR, коли ціна є правильною.

Реагування на попит та V2G: Зберігання даних як мережевий актив

Окрім лічильника, вузол BESS може брати участь у мережевих послугах, які оплачуються за гнучкість. Програми реагування на попит (DR) оплачують об'єкти за зменшення споживання або експорт електроенергії, коли мережа перевантажена. BESS потужністю 240 кВт, яка може відключити навантаження на чотири години, являє собою майже 1 МВт·год диспетчерської гнучкості, що коштує від 12 000 до 36 000 доларів США на рік на активних ринках DR.

Технологія «автомобіль-до-мережі» (V2G) поширює ту саму логіку на сам автопарк вантажівок або автобусів. Завдяки двонаправленим зарядним пристроям та транспортним засобам, що відповідають стандарту ISO 15118, депо може об’єднувати акумулятори припаркованих транспортних засобів як віртуальну електростанцію. Це складніше в експлуатації — необхідно дотримуватися обмежень щодо доступності автопарку, — але це перетворює найбільший недовикористаний актив (акумулятори припаркованого автопарку) на дохід. Більшість операторів поетапно впроваджують V2G після зменшення пікового навантаження та відновлення, оскільки вони не потребують співпраці з боку транспортних засобів.

Планування та прогнозне керування на основі штучного інтелекту

Статична система управління енергоспоживанням на основі правил — «розрядка з 16:00 до 21:00» — залишає гроші на столі, оскільки реальні навантаження та ціни змінюються щодня. Прогнозоване керування додає прогнозування: система управління енергоспоживанням прогнозує завтрашній попит на зарядку на основі телематики автопарку, сонячну енергію на основі метеорологічних даних та ціну на основі тарифних календарів, а потім оптимізує план використання акумуляторів протягом усього періоду.

Удосконалення машинного навчання йдуть далі, вивчаючи тижневі закономірності роботи сайту та автоматично адаптуючи політику диспетчеризації. Вимірні результати в операційних центрах включають:

• Додаткове зниження витрат на 10–20%замість диспетчеризації на основі правил, завдяки кращому визначенню часу циклів роботи від батареї;
• Менша кількість циклів зарядки/розрядки акумулятора на кіловат-годину, подовження терміну служби шляхом узгодження потужності розряду з фактичним навантаженням;
• Покращена відповідність піковим обмеженнямпід час аномальних днів (свят, спекотних періодів, подій), які правила пропускають.

Для [зарядної станції BESS потужністю 2 МВт·год та 960 кВт мегават](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), де один погано спланований цикл може коштувати сотень доларів через деградацію та перевищення попиту, прогнозне керування — це не розкіш, а операційний стандарт.

Протокольна сумісність: OCPP 2.0.1 та ISO 15118

Кожна розумна стратегія, описана вище, залежить від того, чи розмовляє служба ЕМС спільною мовою із зарядними пристроями та транспортними засобами. Цю мову визначають три протоколи:

• OCPP 2.0.1— стандарт зарядного пристрою до сервера. Його функція SmartCharging дозволяє EMS дистанційно встановлювати обмеження потужності для кожного сеансу, контролювати транзакції та керувати пристроями. Він замінює OCPP 1.6J для нових хабів завдяки кращій безпеці (TLS), кращій обробці несправностей та вбудованій інтелектуальній зарядці.
• ISO 15118— стандарт «транспортний засіб-зарядний пристрій». Функція «Plug & Charge» автентифікує транспортний засіб, а протокол передає стан акумулятора транспортного засобу та обмеження заряджання до системи управління енергоспоживанням, що дозволяє здійснювати справді оптимізовані сеанси заряджання, а не заряджання за фіксованою ставкою.
• ІЕК 61851— базовий стандарт сигналізації EVSE, який реалізує кожен сучасний зарядний пристрій, і який розширюють OCPP та ISO 15118.

Вказівка ​​всіх трьох пунктів під час закупівлі – це найдешевший страховий поліс, який може придбати власник хабу. Він гарантує, що [BESS для інфраструктури електромобілів](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) може експлуатуватися будь-якою сучасною службою енергетичної безпеки (EMS), може приєднуватися до майбутніх програм DR та приймати транспортні засоби від будь-якого виробника оригінального обладнання (OEM) без використання адаптерів.

Висновок

Розумне управління енергією – це те, що відрізняє хаб BESS від купи акумуляторів. EMS, оснащена логікою зменшення пікового навантаження, динамічним керуванням навантаженням, плануванням з урахуванням тарифів та відкритими протоколами, перетворює сховище на машину для зниження витрат та отримання доходу, одночасно забезпечуючи живлення кожного зарядного пристрою. Операторам слід пріоритезувати інтегровану платформу над пошуком компонентів, стандартизувати OCPP 2.0.1 та ISO 15118 і починати зі зменшення пікового навантаження, перш ніж нашаровувати арбітраж, DR та, зрештою, V2G. Стратегічний стек перевірений, вимірний і все частіше є різницею між зарядною станцією, яка виживає в тарифному середовищі, і тією, яка процвітає в ньому.

Найчастіші запитання

1. Що насправді робить служба екстреної медичної допомоги (EMS) у зарядному центрі BESS?Система управління енергоспоживанням (EMS) постійно вирішує, коли заряджати акумулятор, скільки енергії може споживати кожен зарядний пристрій і коли розряджати, оптимізуючи це з урахуванням тарифних вікон, обмежень мережі та попиту транспортних засобів. Це програмний мозок хаба.

2. Скільки може заощадити розумне управління енергією на зарядній станції?Типовими результатами є зниження загальних витрат на енергію на 20–40%, зі зниженням плати за попит на 30–50% та зниженням витрат на енергію на 10–25% завдяки перерозподілі навантаження. Масштаб економії завдяки агресивності тарифів.

3. Яка різниця між зменшенням піків та зміщенням навантаження?Зменшення пікового навантаження обмежує найбільше 15-хвилинне споживання електроенергії, щоб зменшити витрати на електроенергію; перемикання навантаження переміщує споживання енергії на дешевші тарифні вікна, щоб зменшити витрати на електроенергію. Обидва варіанти використовують акумулятор, але вирішують різні складові рахунку.

4. Чи потрібен мені OCPP 2.0.1, чи достатньо 1.6J?OCPP 2.0.1 наполегливо рекомендується для нових хабів: він додає безпеку TLS, вбудовану інтелектуальну зарядку та краще керування пристроями. OCPP 1.6J залишається прийнятним для модернізації, але обмежує майбутню автоматизацію та участь в DR.

5. Як динамічне керування навантаженням дозволяє мені збільшити розмір зарядних пристроїв?Система управління енергоспоживанням (EMS) обмежує загальну потужність об'єкта на рівні ліміту підключення до мережі та надає пріоритет сеансам, тому підключення потужністю 500 кВА може розмістити зарядні пристрої потужністю 960 кВт, кожне з яких працює на повній потужності, доки загальна потужність не перевищує ліміт.

6. Чи може хаб BESS заробляти гроші на реагуванні на попит?Так, там, де доступна агрегація. Акумулятор потужністю 240 кВт може втратити ~1 МВт·год протягом чотирьох годин, заробляючи $50–150 за кВт·год на рік на активних ринках DR.

7. Чи є практичним використання технології «транспортне забезпечення до мережі» на автопаркових складах сьогодні?Все частіше з двонаправленими зарядними пристроями та транспортними засобами ISO 15118, але це додає експлуатаційних складнощів. Більшість операторів впроваджують V2G після встановлення режиму подолання пікової навантаженості та DR, розглядаючи припарковані акумулятори автопарку як продовження системи енергозбереження BESS на місці.