はじめに| サイト所有者が必要とするバッテリーシステムの開発
エネルギー貯蔵、特にバッテリーシステムは、不安定なエネルギー供給源への依存度が高まっているエネルギーシステムに不可欠な安定性を提供することで、エネルギー分野においてますます重要な役割を果たしています。リチウムイオン電池は最もよく知られていますが、ピークカット、周波数調整、エネルギー調停、系統孤立時のバックアップ電源など、様々なユースケースにおける課題に対応できる様々な技術が存在します。複数のバッテリー技術をハイブリッドバッテリーシステムに統合することで、これらのケースに対処する独自の機会が生まれます。例えば、リチウムイオン電池やスーパーキャパシタの高い電力応答性と、レドックスフロー電池の高いエネルギーポテンシャルおよびサイクル寿命の利点を組み合わせることができます。
しかし、サイト所有者や関係者は、バッテリーシステムが安全でありながら、サイトのニーズを効果的に満たせるかどうかを当然ながら懸念しています。市場事例が乏しいため、特に最初の実証プロトタイプを開発する際には、関係者を説得するのは非常に困難です。デジタルツインのコンセプト（図1）は、これを実現する一つの方法であり、導入前にサイトの状況をテストすることができます。しかし、バッテリーシステムの完全な制御管理が、サイトの状況と一致した条件下で期待通りに機能することを、どのように確認できるのでしょうか？
課題| 導入前のEMSのエンドツーエンドの検証
HYBRIS H2020プロジェクトのコンテナ型ハイブリッド電池ソリューションは、ケミワットの独自のアモルファス有機レドックスフロー電池（AORFB）ソリューション、東芝のチタン酸リチウム（LTO）電池、 HESStecの統合SCADAソリューション、 AUG-Eのクラウドベースエネルギー管理システム（EMS） 、そして電池システムの長期的な健全性を確保するためのPowerUP/CEAのクラウドベース高度電池管理システム（ABMS）ソリューションなど、複数の異なるパートナーの共同作業を表しています。ご想像のとおり、展開中に非常に多くの個別の組織が安全な電池運用に関する情報を提供するため、良好なコミュニケーションがさらに重要になります。一貫したコミュニケーションを確保し、通信が失われたり遅延したりした場合に何が起こるかを検証することは、電池が実際に適切に機能することを確認するために不可欠です。
このような場合、テスト段階での不確実性を回避し、実際の現場条件を可能な限り使用できれば素晴らしいでしょう。幸いなことに、HYBRISではそれが可能です！ 図2は、クラウドホストプラットフォームと実際のバッテリーコンテナ間の通信モデルを示しています。実際のコンテナの動作中は、AUG-e（旧i.Leco）のクラウドホストEMSとハイブリッドバッテリーコンテナから制御コマンドが送信され、コンテナから両方のクラウドホストプラットフォームにバッテリーステータス情報が送信されます。デジタルツインサイトモデルを使用したリアルタイムテストが必要な場合、AUG-eは同じAPIインフラストラクチャを使用しますが、コマンドはコンテナからHESStecによってホストされるHILデバイスにリダイレクトされます（図2の右上）。このようにして、潜在的な通信の問題を早期に特定することで、リスクを最小限に抑えることができます。
残念ながら、クラウドベースの制御を実際に適用する際に直面する可能性のある課題は、通信の問題だけではありません。クラウドが提供できるよりも迅速な対応が求められるサイトレベルの変化に、バッテリーはどのように対応するのでしょうか？サイトのグリッド周波数や無効電力が変化した場合に、バッテリーはどのように対応するのでしょうか？バッテリーからの放電は、これにどのような影響を与えるでしょうか？意図しない単独運転や、単独運転モードとグリッド追従モードの切り替えについてはどうでしょうか？そして最も重要なのは、バッテリーがそのコストに見合う付加価値をサービスで提供できるかどうかです。これらの疑問を実際のバッテリーで初めてテストすることは、特に複数のサイトに実装することを目的とした単一のフルサイズのプロトタイプの場合、リスクを伴います。
ソリューション| HYBRISハイブリッドバッテリーモデル
これらのリスクに対処するため、図1の左下に表示されているHYBRIS HESSバッテリーコンテナのリアルタイム対応モデルが開発されました。このモデルは、AUG-eの敷地内にあるHILデバイスと、図2に示す通信アーキテクチャの両方で実行できます。このHESSモデルは、AORFBとLTOの両方のバッテリーシステムの詳細なモデルと、各バッテリー技術用にコンテナ内に配備された実際のAC-DCコンバータの双子として機能する、パラメータ化された双方向電圧源コンバータ（BVSC）コンポーネントを統合しています。図3は、Typhoon HIL SCADAが両方のバッテリーシステムの情報をどのように表現するかの例を示しています。コンテナのグリッド状態や電力基準の変更は、自動テストスクリプト、またはAPI経由で送信されるデータを介して、HIL SCADAに直接実装できます。
サイトのデジタルツインのグリッド条件を設定することで、バッテリー運用における想定される条件や問題となる条件を再現したテストケースを安全に実行できます。例えば、ハイブリッドシステムが2つのバッテリーシステムのうち1つに障害が発生した場合にどのように反応するかなど、実際の運用では再現が難しい条件でもテストを実行できます。デジタルツインのバッテリーモデルは実際の制御ハードウェアと区別がつかないため、簡素化された制御や予期せぬ現場条件から生じる可能性のある不確実性を排除できます。推測ではなく、実際にテストすることで、物理的なバッテリー自体へのリスクを軽減できます。
クレジット
テキスト| セルジオ・コスタ
ビジュアル| セルジオ・コスタ、カール・ミッケイ
テクニカルエディター|ビルジャナ・タタール
ブログ編集者| デボラ・サント
注記| このプロジェクトは、欧州連合のH2020プログラム（助成契約番号963652）から資金提供を受けています。
