Czym jest zarządzanie obciążeniem (load management) przy ładowaniu aut elektrycznych?

Gdy chcesz ładować jednocześnie kilka samochodów elektrycznych, ograniczeniem zwykle nie jest sama ładowarka, lecz moc instalacji elektrycznej budynku. Moc umowna bloku, firmy czy parkingu centrum handlowego jest ograniczona; jeśli wszystkie ładowarki ruszą jednocześnie z pełną mocą, zadziała zabezpieczenie główne albo transformator zostanie przeciążony. Właśnie ten problem rozwiązuje zarządzanie obciążeniem (load management).

Czym jest zarządzanie obciążeniem (load management)?

Zarządzanie obciążeniem to metoda sterowania, która inteligentnie rozdziela moc między kilka ładowarek, nie przekraczając dostępnej mocy instalacji elektrycznej obiektu. System stale monitoruje całkowitą pobieraną moc i równoważy ją, zwiększając lub zmniejszając prąd (w amperach) podawany przez ładowarki. Dzięki temu nawet gdy rośnie liczba jednocześnie ładowanych aut, całkowite zużycie pozostaje w bezpiecznych granicach obiektu.

Mówiąc krótko, zarządzanie obciążeniem to „dzielenie mocy”. Gdy ładuje się tylko jedno auto, może ono dostać więcej mocy; gdy do tej samej linii podłączysz drugie i trzecie, system automatycznie podzieli moc między nie. Żadne auto nie pobiera tyle, by zagrozić sieci.

Po co zarządzanie obciążeniem? Moc (kW) a możliwości instalacji

kW określa moc ładowania, czyli jego szybkość, a kWh to ilość energii przekazanej do auta. Moc umowna obiektu również jest ograniczona i wyrażana w kW (lub kVA). Przykładowo nawet jeden wallbox AC o mocy 22 kW może zająć znaczną część dostępnej mocy małego budynku.

Przy kilku punktach ładowania rachunek szybko się komplikuje. Jeśli pięć wallboxów 22 kW pracuje jednocześnie z pełną mocą, zapotrzebowanie wynosi 110 kW. Moc umowna większości bloków i małych firm na to nie pozwala. Bez zarządzania obciążeniem jedynym wyjściem byłoby kosztowne zwiększenie mocy umownej albo inwestycja w transformator. Inteligentny rozdział mocy pozwala zachować istniejącą infrastrukturę.

• Zapobiega zadziałaniu zabezpieczenia głównego i przerwom w dostawie prądu.
• Zmniejsza potrzebę kosztownego zwiększania mocy umownej lub inwestycji w transformator.
• Pozwala zainstalować więcej punktów ładowania na tej samej infrastrukturze.
• Zapewnia bezpieczne i równomierne ładowanie wszystkich aut.
• Chroni przed dodatkowymi kosztami energii wynikającymi z przekroczenia mocy umownej.

Czym jest statyczne równoważenie obciążenia?

Statyczne równoważenie obciążenia to metoda, w której całkowita moc przeznaczona dla ładowarek jest ograniczona stałym (z góry ustalonym) limitem. W instalacji ustala się na przykład budżet 40 kW; system dzieli te 40 kW między podłączone auta i nigdy nie przekracza tego limitu.

W tym podejściu ładowarki nie wiedzą, ile mocy pobiera reszta budynku (np. winda, oświetlenie, klimatyzacja). Budżet na ładowanie ustala się bezpiecznie nisko, zakładając moment, w którym pozostałe odbiorniki w budynku pracują najintensywniej. Statyczne równoważenie jest proste w montażu i nie wymaga dodatkowego licznika, ale ponieważ nie potrafi wykorzystać wolnej mocy dostępnej w sieci, jego efektywność jest ograniczona.

Czym jest dynamiczne równoważenie obciążenia?

Dynamiczne równoważenie obciążenia to bardziej zaawansowana metoda: miernik prądu/energii (inteligentny licznik) zamontowany na głównym przyłączu obiektu stale odczytuje rzeczywiste, bieżące zużycie budynku, a pozostałą wolną moc w czasie rzeczywistym przekazuje ładowarkom.

Przykładowo w ciągu dnia, gdy w firmie pracują klimatyzacja i maszyny, na ładowanie przeznaczana jest niewielka moc; wieczorem, gdy obciążenie spada, te same punkty ładowania dostają znacznie więcej mocy. Gdy całkowite zużycie zbliża się do mocy umownej, system automatycznie ogranicza prąd ładowania, a gdy moc się zwolni, ponownie go zwiększa. Dzięki temu istniejąca infrastruktura jest wykorzystywana możliwie najefektywniej, zarówno przez budynek, jak i przez auta.

Statyczne równoważenie obciążenia przydziela ładowaniu stały budżet mocy; dynamiczne odczytuje bieżące zużycie budynku i w czasie rzeczywistym rozdziela na ładowanie pozostałą wolną moc.

Czym jest równoważenie faz (phase balancing)?

W większości obiektów firmowych i dużych instalacji w Turcji energia dostarczana jest trzema fazami (zasilanie trójfazowe). Część aut i ładowarek pobiera moc z jednej fazy (jednofazowo), inne korzystają jednocześnie ze wszystkich trzech. Jeśli obciążenie ładowaniem rozłoży się na fazy nierównomiernie, jedna faza może zostać przeciążona, a pozostałe będą niewykorzystane; prowadzi to do zadziałania zabezpieczeń i nieefektywnego wykorzystania mocy.

Równoważenie faz polega na możliwie równym rozłożeniu obciążenia ładowaniem na trzy fazy, tak aby żadna z nich nie była przeciążona. Inteligentne systemy zarządzania obciążeniem uwzględniają, z której fazy pobiera moc każde auto, optymalizują rozdział i pomagają wydobyć maksimum z dostępnej mocy.

Rola OCPP i CSMS w zarządzaniu obciążeniem

Instalacje z wieloma urządzeniami potrzebują centralnego „mózgu”, który zarządza obciążeniem. OCPP (Open Charge Point Protocol) to otwarty standard komunikacji między ładowarkami a centralnym oprogramowaniem zarządzającym (CSMS). CSMS widzi stan wszystkich stacji, ustawia limity prądu i wysyła polecenia rozdziału mocy między urządzenia.

Dzięki temu urządzenia zgodne z OCPP można zdalnie monitorować i grupować, a także zarządzać nimi za pomocą profili inteligentnego ładowania. Administrator może centralnie skonfigurować scenariusze takie jak priorytet ładowania w taryfie nocnej, ograniczanie mocy w określonych godzinach czy różne limity dla grup pojazdów. Modele Bemis zgodne z OCPP zaprojektowano z myślą o takich scenariuszach zdalnego i inteligentnego zarządzania.

Lokalne i chmurowe zarządzanie obciążeniem

Zarządzanie obciążeniem może działać na dwóch poziomach. W lokalnym zarządzaniu obciążeniem urządzenia komunikują się ze sobą w tej samej sieci obiektu i dzielą moc; równoważenie działa dalej nawet po utracie połączenia z internetem. W zarządzaniu w chmurze (przez CSMS) centralne oprogramowanie przejmuje szersze funkcje, takie jak rozliczenia, raporty i zdalne sterowanie. Solidne instalacje zwykle łączą oba te poziomy.

Przykładowy scenariusz: wiele aut przy ograniczonej mocy umownej

Na parkingu bloku mieszkalnego ma zostać zamontowanych 6 wallboxów 11 kW, ale budynek może przeznaczyć na ładowanie tylko 33 kW. Bez zarządzania obciążeniem 6 urządzeń pracujących jednocześnie z pełną mocą wygenerowałoby zapotrzebowanie 66 kW, czyli dwa razy większe niż możliwości budynku; to niemożliwe.

Z dynamicznym zarządzaniem obciążeniem scenariusz wygląda tak: jeśli późno w nocy podłączone jest tylko 1 auto, może ono dostać niemal pełne 11 kW. Gdy jednocześnie podłączone są 3 auta, 33 kW dzieli się na trzy i każde otrzymuje około 11 kW. Przy wszystkich 6 autach podłączonych naraz system przydzieli każdemu średnio około 5,5 kW; auta ładują się nieco wolniej, ale wszystkie bezpiecznie i jednocześnie. Limit 33 kW nie zostaje przekroczony ani na chwilę. Gdy kolejne auta kończą ładowanie i odjeżdżają, zwolniona moc automatycznie trafia do tych, które wciąż się ładują.

Które instalacje wymagają zarządzania obciążeniem?

• Parkingi bloków i osiedli: miejsca, w których wiele mieszkań dzieli ograniczoną wspólną moc umowną.
• Parkingi firmowe i biurowe: instalacje, w których auta pracowników ładują się jednocześnie w ciągu dnia.
• Centra handlowe, hotele i parkingi komercyjne: miejsca z dużym ruchem pojazdów i zmiennym zapotrzebowaniem.
• Centra ładowania flot: zajezdnie, w których wiele pojazdów ładuje się jednocześnie w określonych godzinach.
• Wszystkie instalacje z wieloma punktami na jednym przyłączu: każde miejsce, w którym łączne zapotrzebowanie może przekroczyć limit.

W samodzielnej instalacji w domu jednorodzinnym z jednym wallboxem zarządzanie obciążeniem nie jest obowiązkowe; jednak w każdym scenariuszu, w którym dwa lub więcej punktów ładowania dzieli tę samą moc umowną, staje się ono w praktyce koniecznością.

Wybór odpowiedniego sprzętu

Aby korzystać z zarządzania obciążeniem, ładowarki muszą mieć funkcje komunikacji i umożliwiać zdalną zmianę ustawienia prądu. Stacje ładowania AC (wallbox) marki Bemis ze złączem Type 2 (3,7–22 kW) oraz stacje szybkiego ładowania DC ze złączem CCS2 to odpowiednie rozwiązania dla instalacji z wieloma punktami i scenariuszy inteligentnego ładowania; modele zgodne z OCPP można zintegrować z centralnym zarządzaniem i dynamicznym równoważeniem obciążenia.

Bemis E-V Charge produkuje sprzęt we własnym zakładzie w Bursie (Turcja) i dzięki urządzeniom z oznaczeniem CE oraz stopniem ochrony IP65–IP66 wspiera projekty różnej skali, od bloków mieszkalnych po floty. Przy doborze właściwego urządzenia, kabli i architektury systemu najrozsądniej jest od początku zaplanować budżet mocy instalacji i liczbę aut.

Podsumowanie

Zarządzanie obciążeniem to klucz do bezpiecznego ładowania wielu aut bez przekraczania ograniczonej mocy instalacji elektrycznej. Równoważenie statyczne przydziela ładowaniu stały limit, a dynamiczne odczytuje rzeczywiste zużycie budynku i wykorzystuje wolną moc w czasie rzeczywistym. W połączeniu z równoważeniem faz i zarządzaniem przez OCPP/CSMS instalacje z wieloma urządzeniami można rozbudowywać bez kosztownych inwestycji w infrastrukturę.