はじめに ｜サイトオーナー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、一貫性のないエネルギー供給源に依存するようになっているエネルギー・システムに必要な安定性を提供することで、エネルギー事情においてその役割を増している。リチウムイオン・バッテリーが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、グリッド・アイランド化時のバックアップ電源など、さまざまな使用ケースに対応できるさまざまな技術が無数に存在します。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ユニークな機会が得られます。例えば、リチウムイオン・バッテリーやスーパーキャパシターの高い出力応答性と、レドックス・フロー・バッテリーの高いエネルギーポテンシャルやサイクル寿命などの利点を得ることができます。
しかし、サイトオーナーや利害関係者は、バッテリーシステムが安全であり、なおかつサイトのニーズを効果的に満たすものであることを当然懸念している。多くの市場事例がなければ、このような利害関係者を説得するのは、特に最初の実証プロトタイプを開発する際には、かなり困難なことである。デジタル・ツイン・コンセプト（図1）は、これを実現する一つの方法であり、配備に先立って現場の状況をテストすることができる。それでも、現場の状況に合った条件下で、電池システムの完全な制御管理が期待通りに機能することを確認するにはどうすればいいのだろうか。
課題 ｜配備前のEMSのエンド・ツー・エンドの検証
HYBRIS H2020プロジェクトに含まれるコンテナ型ハイブリッド電池ソリューションは、複数の異なるパートナーの共同研究によるものです：Kemiwattのユニークな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酸化物（LTO）電池、HESStecの統合SCADAソリューション、AUG-Eのクラウドベースのエネルギー管理システム（EMS）、PowerUP/CEAのクラウドベースの高度電池管理システム（ABMS）ソリューションが、電池システムの長期的な健全性を保証する。ご想像の通り、配備中のバッテリーの安全な運用のために、多くの別々の組織がインプットを提供するため、良好なコミュニケーションがより重要になります。一貫したコミュニケーションを確保し、コミュニケーションが失われたり遅れたりした場合に何が起こるかを検証することは、バッテリーが実際に適切に機能することを確認する上で非常に重要です。
この場合、テスト段階での不確定要素を回避し、実際の現場条件をできる限り利用できれば最高だ。幸い、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る。実際のコンテナ運転中、制御コマンドは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・コンテナから送信され、バッテリー・ステータス情報は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送信される。デジタルツインサイトモデルによるリアルタイム試験が必要な場合、AUG-eは同じAPIインフラを使用しますが、代わりにコマンドはコンテナからHESStecがホストする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用化する際に予想される課題は、通信の問題だけではない。クラウドが提供できるよりも速いレスポンスを必要とするサイトレベルの変化に対して、バッテリーはどのように対応するのだろうか？送電網の周波数や無効電力が変化した場合、バッテリーはどのように対応するのか？バッテリーの放電はこれにどう影響するのか？意図しないアイランド現象や、アイランドモードとグリッドフォローモードの切り替えについてはどうでしょうか？そして最も重要なことは、バッテリーはそのコストを正当化できるような付加価値をサービスに提供できるのだろうか？このような疑問を実際のバッテリーで初めてテストすることは、特に複数のサイトで実施することを想定したフルサイズのプロトタイプの場合、リスクが大きい。
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、HYBRIS HESSバッテリコンテナのリアルタイム対応モデル（図1の左下）が開発されました。このHESSモデルには、AORFBとLTOの両バッテリーシステムの詳細モデルが統合されており、さらに、各バッテリー技術ごとにコンテナ内に配置された実際のAC-DCコンバーターの双子として機能する双方向電圧源コンバーター（BVSC）コンポーネントがパラメータ化されています。図3は、Typhoon HIL SCADAが両方のバッテリーシステムに関する情報をどのように表示するかの例を示しています。コンテナのグリッド条件や電力参照値の変更は、HIL SCADAで直接、自動テストスクリプトを介して、またはAPI経由で送信されるデータを介して実装することができます。
現場のデジタル・ツインのグリッド条件を設定することで、バッテリーの動作に予想される条件や問題のある条件を表すテストケースを安全に実行することができます。例えば、2つのバッテリーシステムのうち1つが故障した場合にハイブリッドシステムがどのように反応するかなど、実際の運転では再現が難しい条件でもテストを実行することができます。デジタル・ツイン・バッテリーのモデルは、実際の制御ハードウェアと実際のバッテリーの区別がつかないため、制御の簡略化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取り除くことができる。想定するのではなく、テストするだけで、物理的なバッテリー自体のリスクを減らすことができる。
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｜ビルヤナ・タタール
ブログエディター｜デボラ・サント
注 ｜このプロジェクトは、欧州連合（EU）のH2020プログラム（助成金契約番号963652）の資金援助を受けている。
