Magazyny energii
Magazyny energii są jednym z najszybciej rozwijających się rynków, rosnącym około 25% rocznie. Rynek ten ma dziś pojemność 282 GWh a według prognoz, do 2030 r. ma wzrosnąć do ok. 2600 GWh.
W pojazdach zasilanych bateryjnie, samochodach i pojazdach użytkowych (np. e-busy), kilka ogniw baterii jest połączonych w tzw. paczki baterii, które składają się na moduły akumulatorowe nad którymi czuwa BMS, system zarządzania akumulatorem. Moduły podłączone są do systemu sterowania pojazdem za pomocą BMS poprzez typową dla samochodów, szeregową magistralę CAN (Controller Area Network).
Takie baterie mają oczekiwaną żywotność ok. 10 lat, po których mogą nie być już efektywnie wykorzystywane w elektromobilności, ze względu na zmniejszenie ich pojemności i wynikające z tego zmniejszenie zasięgu podróży. Z tego powodu moduły baterii są stosowane w innych obszarach, dla których pozostała pojemność jest więcej niż wystarczająca.
Jedna z dziedzin „drugiego życia” baterii to magazyny energii w zastosowaniach stacjonarnych, tzw. systemach magazynowania energii. Do 2030 roku około milion ton akumulatorów pojazdów elektrycznych będzie dostępne do ponownego wykorzystania w takich systemach, a do 2035 r. globalne zapotrzebowanie na stacjonarne magazyny energii może zostać w całości zaspokojone przez używane baterie.
Obszary zastosowania systemów magazynowania energii są bardzo zróżnicowane – od zasilania awaryjnego do równoważenia obciążenia w zakładach przemysłowych, kompensacji szczytów obciążenia przy stacjach ładowania pojazdów do zastosowań mini-grid w zakresie energii odnawialnej.
Pomimo dużej skalowalności pod względem wielkości i pojemności systemów opartych o kontenery, podstawowa struktura jest prawie identyczna. Podstawowymi elementami są używane akumulatory z pojazdów i ich zintegrowany system BMS. Moduły są połączone w sieć za pośrednictwem magistrali CAN i podłączone do EMS (systemy zarządzania energią).
Połączenie w sieć komponentów, w ramach magazyny energii jest warunkiem podłączenia systemu do chmury lub systemu SCADA. W sieci inteligentnej (smart grid) systemy magazynowania i dostarczanie energii mogą być sterowane centralnie, możliwe jest też zapewnienie konserwacji predykcyjnej, a tym samym zapewnienie optymalnego działania systemu.
Dla połączenia systemu z chmurą lub siecią inteligentną (smart grid), używane są specjalne bramy (gateway smart grid), które obsługują protokoły stosowane w energetyce, takie jak IEC 61850, IEC 60870-5-104, DNP3 oraz przemysłowe magistrale polowe i ethernetu przemysłowego oraz standardy połączenia z systemami chmurowymi (OPC-UA, MQTT).
BESS-BMS-CAN
Szczególną uwagę zwraca się na bezpieczeństwo danych i kontroli dostępu. Oznacza to, że bramy muszą mieć solidne funkcje bezpieczeństwa cybernetycznego – takie jak firewall, OpenVPN, szyfrowanie TLS i zarządzanie użytkownikami.
Magistrala CAN
Wysokie napięcia i prąd zmienny powodują potencjalnie wysokie zakłócenia EM w komponentach sieciowych. Użycie wzmacniaczy CAN (CAN repeater) zapewnia podzielenie magistrali CAN na segmenty, izolując je galwanicznie do 4 kV. Wzmacniacze również pozwalają na budowę topologii gwiazdy lub drzewa – upraszczając i oszczędzając w ten sposób okablowanie.
Połączenie w sieć kilku identycznych jednostek BMS i podłączenie ich do EMS również wymaga modyfikacji identyfikatorów wiadomości CAN, które mogą być realizowane przez mostki lub bramki CAN (CAN bridges, CAN gateways) i ich funkcje filtrowania lub routowania danych.
Technologia CAN od wielu lat jest wszechobecnym standardem w motoryzacji, również w przemyśle odgrywa znaczącą rolę. Oznacza to, iż dostępna jest szeroka gama tanich, standardowych urządzeń sieciowych. Magistrala CAN jest niezwykle wytrzymałym i odpornym na awarie systemem magistrali polowej – co również oszczędza ogromną ilość energii. Dzięki tym cechom, CAN przenosi do systemów magazynowania energii wszystkie swoje zalety.