원래 NREL 발행
전력 시스템 전반에 걸쳐 효율성과 신뢰성을 높이는 전기 이동성 기술의 가치 실현
미국에서 전기 자동차(EV) 판매가 계속 증가함에 따라 전력망은 100년 역사상 가장 큰 변화인 재생 에너지와 전력 전자 장치의 대규모 통합과 병행하고 있습니다. EV의 예상되는 확장은 이러한 문제를 높은 단계로 전환하여 도시가 전력 수요의 기가와트 증가와 더 많은 양의 가변 에너지에 직면하게 만들 것입니다.
많은 수의 EV를 전력 시스템과 조정하는 것은 매우 복잡한 과제입니다. EV는 고객 행동에 크게 의존하는 가변 전기 부하를 도입합니다. 전기 운송에는 천연 가스 및 대용량 배터리 저장과 같은 다른 에너지 시스템과의 공동 최적화가 포함됩니다. 여기에는 자동화된 차량 호출 EV가 포함될 수 있습니다. PDF 및 대형 차량에 수소 및 고속 충전을 제공하는 하이브리드 에너지 트럭 정류장으로 이어집니다.
이러한 변화는 모두 그리드 통합의 한계를 시험할 것이지만, NREL(National Renewable Energy Laboratory)은 에너지 시스템과 운송의 교차점에서 기회를 보고 있습니다. 복잡한 시스템을 시뮬레이션하고 평가하기 위한 강력한 리소스를 사용하여 여러 NREL 프로젝트에서 급속 충전, 전기 공급과 수요의 균형, 모든 에너지 자산의 효율적인 사용에 필요한 조정을 결정하고 있습니다.
적절한 제어를 통해 NREL은 이동성을 그리드 유연성의 힘으로 봅니다.
조정된 EV 충전의 가치를 이해하려면 반대 시나리오를 상상하는 것이 도움이 됩니다.
NREL의 전기 자동차 그리드 통합 팀과 스마트 EV 충전을 위한 RECHARGE 프로젝트를 이끄는 연구원인 Andrew Meintz는 "우리의 첫 번째 질문은 전기 자동차 충전에 대한 매우 간단하고 조정되지 않은 접근 방식이 그리드에 얼마나 많은 이점이나 부담을 주는지입니다."라고 말했습니다. “그런 다음 우리는 이것을 모든 것이 연결된 접근 방식인 '위즈뱅'과 비교합니다. 우리는 가치의 차이를 알고 싶습니다.”
"매우 간단한" 접근 방식에서 Meintz는 배터리 구동 전기 자동차가 차량 충전 조정의 발전 없이 시장 점유율이 증가한다고 설명했습니다. 직장의 모든 직원이 오후 5시에 집으로 운전하는 모습을 상상해 보십시오. 그리고 그들의 차량을 충전합니다. 그것은 그리드가 0에서 100mph로 가는 것과 같으며 시스템을 망가뜨리지 않는다면 적어도 매우 비쌉니다. NREL의 전기화 미래 연구(Electrification Futures Study)에 따르면 2050년에 미국 경제 전반에 걸친 광범위한 전기화의 영향에 대한 종합적인 분석에 따르면 전기 수요가 피크일 때 EV는 에너지 사용을 33% 증가시킬 수 있습니다. 조달. 오리 곡선 말 그대로 EV는 오리의 목에 부담을 줄 것입니다.
마인츠의 "위즈뱅(whiz-bang)" 접근 방식은 대신 의도적이고 다가오는 전기 수요를 강화하기보다는 원활하게 만드는 EV 제어 전략을 상상합니다. 이는 언제 및 어디서 차량은 그리드에 유연한 부하를 생성하기 위해 충전됩니다.
NREL 연구원인 Andrew Meintz, Soumya Tiwari 및 Colin Tombari는 에너지 시스템 통합 시설의 광학 특성화 및 열 시스템 연구실에서 일하고 있습니다. Optimization and Control Lab의 전기 자동차 그리드 통합 베이를 통해 연구원은 고급 고전력 충전기를 그리드에 안전하고 효과적으로 추가할 수 있는 방법을 결정할 수 있으며 건물과 EV 충전을 결합하는 방법을 탐구할 수 있습니다. 사진:Dennis Schroeder, NREL
NREL 연구원인 Andrew Meintz, Soumya Tiwari 및 Colin Tombari는 에너지 시스템 통합 시설의 광학 특성화 및 열 시스템 연구실에서 일하고 있습니다. Optimization and Control Lab의 전기 자동차 그리드 통합 베이를 통해 연구원은 고급 고전력 충전기를 그리드에 안전하고 효과적으로 추가할 수 있는 방법을 결정할 수 있으며 건물과 EV 충전을 결합하는 방법을 탐구할 수 있습니다. 사진:Dennis Schroeder, NREL
NREL에서는 RECHARGE GEMINI-XFC 프로젝트에서와 같이 PDF 및 전체 배포 시스템 PDF. 미국 에너지부(DOE)의 차량 기술 사무소에서 자금을 지원하는 두 프로젝트 모두 NREL의 에너지 시스템 통합 시설의 고급 기능에 의존하여 미래 에너지 시스템을 시뮬레이션합니다.
그리드 에지에서 EV는 분산 에너지 자원(소규모 발전 또는 저장 기술)과 함께 최적화될 수 있으며, 이는 EV 차량의 조정된 관리에 대한 업계 관점을 가져온 Eaton과의 파트너십 주제입니다.
https://youtu.be/vowQ4eFJVT0
더 큰 시스템 수준에서 GEMINI-XFC 프로젝트는 EV 최적화 시나리오를 도시 규모(구체적으로는 샌프란시스코 베이 지역)로 확장했습니다.
<블록 인용>GEMINI-XFC는 교통 및 그리드에 대한 최고의 충실도 모델링을 포함합니다.”라고 Grid-Connected Energy Systems의 NREL 연구 관리자인 Bryan Palmintier가 말했습니다.
우리는 미래의 교통 시나리오를 대규모 대도시 지역 공동 시뮬레이션과 결합하고 있습니다. PDF(수백만 명의 시뮬레이션된 고객과 현실적인 배전 시스템 모델)를 통해 그리드를 지원하는 차량에 대한 최상의 접근 방식을 찾을 수 있습니다.”
예를 들어, GEMINI-XFC 및 RECHARGE는 미래의 전기화 시나리오를 예측한 다음 그리드 혼잡을 줄이거나 피크 수요를 상쇄하는 제어를 삽입할 수 있습니다. EV 충전에는 그리드 수요를 수용하기 위해 충전소 간에 부하를 지속적으로 이동하는 일종의 껍데기 게임이 포함됩니다.
그러나 대형 차량의 경우 하중을 숨기기가 더 어렵습니다. 전기 트럭이 곧 도로에 진입하여 메가와트의 현지 수요를 창출할 것입니다. 경로 변경이 아무리 많아도 대형 차량을 충전해야 하는 요구 사항이나 기타 XFC(Extreme Fast-Charging) 사례를 피할 수는 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해 NREL은 업계 및 기타 국가 실험실과 협력하여 1MW 이상의 충전소를 달성하는 데 필요한 기술 구축을 연구하고 입증하고 있습니다. 중형 및 대형 차량을 위해 매우 높은 에너지 수준에서 고속 충전이 가능한 PDF입니다.
이러한 규모에 도달하기 위해 NREL은 광대역 갭 반도체와 같은 고급 재료를 기반으로 하는 새로운 전력 변환 하드웨어와 충전량이 많은 차량에 고유하게 적합한 새로운 컨트롤러 및 알고리즘도 고려하고 있습니다. 1+ MW 충전을 통합해야 하는 과제도 NREL 연구를 더 높은 전력으로 끌어올리고 있습니다. 다가오는 기능은 다른 에너지 부문의 지원과 연계된 수 메가와트 시스템을 살펴볼 것입니다.
NREL에서는 더 큰 충전 수요를 향한 추진력이 더 큰 연구 역량으로 충족되고 있습니다. ARIES의 발표는 현재 용량(2MW에서 20MW)보다 10배 더 큰 규모로 에너지 시스템 통합 연구의 문을 엽니다. 결정적으로, 에너지 수요가 높은 이동성을 다른 유틸리티 규모 자산과 함께 최적화하여 그리드 안정성에 이점을 줄 수 있는 방법을 이해할 수 있는 기회를 제공합니다.
<블록 인용>안정적인 부하와 함께 그리드가 윙윙 거리면 트럭에 500kW 이상의 전력이 필요하며 그리드에 큰 혼란을 일으킬 수 있습니다.”라고 연료 전지 및 수소 기술의 실험실 프로그램 관리자인 Keith Wipke가 말했습니다. NREL에서.
이러한 높은 전력 수요는 배터리 저장 시스템에 의해 부분적으로 제공될 수 있습니다. 또는 수소 생산으로 완전히 숨겨질 수 있습니다. Wipke의 프로그램은 DOE의 수소 및 연료 전지 기술 사무소의 지원을 받아 전기 분해 장치(전기를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해하는 장치)가 XFC의 그리드 영향을 상쇄할 수 있는 방법에 대한 연구를 수행해 왔습니다. 이러한 노력은 또한 특히 대형 운송, 발전, 금속 제조를 비롯한 여러 부문에서 저렴하고 효과적인 수소 사용을 위한 DOE의 H2@Scale 비전과 밀접하게 일치합니다.
NREL 연구원인 Rishabh Jain, Kazunori Nagasawa, Jen Kurtz는 전기를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해하는 장치인 전해조의 그리드 통합이 극도의 급속 충전으로 인한 그리드 영향을 상쇄할 수 있는 방법을 연구하고 있습니다.
우리는 중부하용 배터리 전기 자동차의 충전 부하에 부합할 수 있는 전해조를 시뮬레이션하고 있습니다. 급속 충전이 시작되면 전해조가 감소합니다. 급속 충전이 끝나면 전해조가 다시 증가합니다.”라고 Wipke가 말했습니다. "순조롭게 완료되면 유틸리티는 이러한 일이 일어나고 있는지조차 알지 못합니다."
전해조는 수요가 없는 기간의 값싼 전자를 활용하기 때문에 상당한 양의 수소가 현장에서 생산될 수 있습니다. 이는 할인 전기에서 연료로의 자연 에너지 경로를 생성합니다. 따라서 몇몇 유명한 운송 및 연료 회사가 최근에 NREL과 수백만 달러의 파트너십을 시작하여 대형 수소 자동차 기술을 발전시킨 것도 놀라운 일이 아닙니다.
<블록 인용>단일 시연 배터리 전기 트럭의 경우 50kW에서 100대의 차량을 위한 5,000kW로 전기 충전 인프라를 확장하는 물류가 어려울 수 있습니다.”라고 Wipke가 말했습니다. “수소는 매우 잘 확장됩니다. 기본적으로 수소를 주유소로 가져오거나 현장에서 생산하지만, 어느 쪽이든 수소 연료 공급 이벤트는 시간상 수소 생산과 분리되어 그리드에 이점을 제공합니다.”
긴 주행 거리 및 빠른 주유 시간 - 트럭에 대해 10분 주유 달성이라는 DOE 목표 포함 PDF—이미 수소를 창고 지게차 애플리케이션을 위한 탁월한 솔루션으로 만들었습니다. 또한 NREL은 분산된 전해기가 동시에 수소를 생산하고 전압 조건을 개선할 수 있다는 사실을 발견했으며, 이는 가변 자원에서 더 많은 에너지를 수용하는 그리드에 필요한 안정성을 추가할 수 있습니다.
다양한 기술을 사용하여 그리드와 이동성을 공동 최적화하는 이러한 예는 NREL과 파트너가 새로운 규모의 시스템 통합을 추구하도록 장려하고 있습니다. 여러 미래 지향적인 프로젝트에서 도시 이동성을 교통 기술의 상대적인 강점을 통합하는 에너지 솔루션의 혼합으로 재구상하고, 그리드 신뢰성의 중요한 격차를 메우기 위해 서로를 보완합니다.
보급률이 높은 전기 교통 수단은 어떤 모습일까요? 몇몇 NREL 프로젝트는 약간의 관점을 제공합니다. 가장 실험적인 것 중 NREL은 덴버 시가 전기 이동성과 통합되고 자동 충전 및 차량 파견을 특징으로 하는 스마트 커뮤니티를 개발하도록 돕고 있습니다.
https://youtu.be/syMkqm4DTtw
고급 이동성을 향한 또 다른 경로에서 로스앤젤레스는 건물 및 차량에 대한 공격적인 전기화 목표와 함께 2045년까지 100% 재생 에너지 공급을 목표로 전기 시스템 인프라 현대화 계획에 착수했습니다. 로스앤젤레스 100% 재생 에너지 연구를 통해 시는 현재 NREL과 협력하여 실험실 전체의 다양한 기능을 통합하는 상세한 분석에서 전환의 전면적인 영향을 평가하고 있습니다.
전환에는 미국에서 가장 바쁜 컨테이너 항구인 롱비치 항구가 포함됩니다.
<블록 인용>항구에서 NREL은 그리드 안정성과 안정적인 서비스 품질을 위해 통합될 수 있는 최적의 기술 조합을 찾기 위해 다른 프로젝트와 동일한 종류의 시나리오 예측 및 제어 평가를 적용하고 있습니다. 셀 및 배터리 EV, 배터리 저장 시스템, 현장 재생 가능 발전, 모든 것 간의 극도의 조정
항구의 수소는 트럭과 같은 이유로 의미가 있습니다. 해양 애플리케이션에는 큰 전력과 에너지가 필요합니다.”라고 Wipke가 말했습니다. "하지만 진정한 재생 가능 에너지로의 전환을 가능하게 하는 것은 다양한 기술(EV를 위한 기존 인프라와 벌크 배터리 시스템의 유연성) 간의 시너지 효과입니다."
Long Beach 항구는 수소 연료 전지 및 배터리 EV, 배터리 저장 시스템, 현장 재생 가능 발전 및 모든 것 간의 극단적인 조정을 혼합하여 사용합니다.
롱비치 항구와 마찬가지로 전국의 교통 허브는 새로운 이동성 솔루션의 복잡한 환경에 적응하고 있습니다. 공항과 대중 교통 역은 여객, 상품 및 서비스의 이동을 다른 곳보다 많은 양으로 포함합니다. 디지털로 연결된 전기 이동성으로의 전환으로 공항의 미래 계획 방식이 바뀌면서 Athena와 같은 NREL 프로젝트는 고성능 컴퓨팅의 힘을 사용하여 이러한 허브가 단위 에너지, 시간당 승객 및 화물 이동성의 가치를 극대화할 수 있는 방법을 보여줍니다. , 및/또는 비용.
그러나 교통 허브의 복잡성 증가는 이제 막 시작되었습니다. 앞으로 차량 공유 EV, 자동 차량 및 자동 승차 공유 EV 차량은 이동성을 관리하기 위한 가장 큰 노력을 제시할 수 있습니다.
미래의 모빌리티 서비스 제공자의 완전한 영향을 이해하기 위해 NREL은 HIVE(Highly Integrated Vehicle Ecosystem) 시뮬레이션 프레임워크를 개발했습니다. HIVE는 이동성 요구 사항 및 그리드 운영 서비스와 관련된 요소(예:카풀 또는 여행 지연에 대한 고객의 의지, 시간에 따라 변할 수 있는 충전 비용)를 결합하고 통합 환경에서 결과를 시뮬레이션합니다.
<블록 인용>우리의 질문은 라이드를 제공하고 해당 차량의 파견 및 충전을 개선하는 것이 주요 목적인 차량 관리를 최적화하는 방법입니다." NREL 차량 시스템 엔지니어인 Eric Wood는 말했습니다.
HIVE는 자율주행 차량의 제어를 최적화하기 위한 NREL의 자율 에너지 시스템 연구의 일환으로 개발되었습니다. 즉, 자동화된 전기 자동차의 최적화된 라우팅 및 파견입니다.
이 프로젝트는 가격 신호가 디스패치 알고리즘에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 상상합니다. 차량 호출 앱을 통해 출퇴근길을 예약하는 한 고객을 생각해 보십시오. 다양하게 충전되고 지속적으로 위치를 변경하는 근처의 차량 중 어느 차량이 고객을 태워야 할까요?
이제 도시에서 수천 명의 승객과 운송 서비스를 제공하는 수천 대의 차량의 움직임을 고려하십시오. 에이전트의 수, 에너지 공급과 수요의 순간적인 변화, 공급업체 기술의 광범위한 다양성 중에서 "우리는 많은 매개변수를 가지고 놀고 있습니다"라고 Wood는 말했습니다.
그러나 모든 복잡성을 없애고 대규모 시뮬레이션 중에 차량 간 통합의 최종 목표는 일관됩니다.
<블록 인용>우리 작업의 동기는 운송의 전기화로 인해 그리드에 상당한 부하가 예상된다는 것입니다.”라고 Wood가 말했습니다. "우리는 승객의 기대와 요구를 충족시키면서 이 화물이 안전하고 효과적으로 통합되도록 하고 싶습니다."
전기 자동차가 그리드에 반드시 도움이 되는 것은 아니지만 도움이 될 수 있습니다. 운송 부문에서 EV가 확립됨에 따라 NREL은 전기 이동성이 전력망에서 야기할 수 있는 모든 충돌을 균일하게 하고 통근자 또는 산업체에 혜택을 제공하는 방법을 연구하고 있습니다.
<블록 인용>모든 것은 로드 유연성에 달려 있습니다.”라고 Meintz가 말했습니다. "서비스 품질 고려 사항을 충족하면서 충전 비용을 최소화하기 위해 차량 충전을 최적으로 파견하는 방법을 결정하려고 노력하고 있습니다."
NREL은 다른 에너지 영역과 협력하여 EV 유연성을 적용함으로써 역사상 가장 큰 전환을 통해 우리의 전력 시스템이 해안가를 따라갈 수 있도록 돕고 있습니다.
세계적 수준의 모델링 및 시뮬레이션 리소스, 대규모 실험, 전략적 파트너십의 조합을 통해 오늘날 NREL이 발견한 것은 광범위한 전기 이동 수단이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 것입니다.
교통, EV 그리드 통합, 수소 및 연료 전지, 에너지 시스템 통합에 대한 NREL의 연구에 대해 자세히 알아보세요.
특집 이미지:EVObsession의 Cynthia Shahan 제공, 늦은 밤 Electrify America 고속 충전소에서 충전 중인 BMW i3
