Ako autobusové depo znížilo náklady na špičkové nabíjanie o 28 % s flexibilným nabíjacím jednosmerným prúdom s výkonom 240 – 720 kW

Zázemie zákazníka

Mestský dopravný operátor v regióne Porýnie-Porúrie spravuje flotilu 42 batériových elektrických autobusov a mesačne pokrýva približne 120 000 kilometrov pravidelnej dopravy. Vozový park má základňu v jedinom sklade postavenom v roku 2019, kde bolo nainštalovaných 30 pevných 120 kW jednosmerných nabíjačiek na podporu nabíjania cez noc a príležitostné nabíjanie.

Základný mandát prevádzkovateľa: ponechať autobusy na cestách minimálne 16 hodín denne, vrátane rannej a popoludňajšej špičky. To znamenalo, že nabíjacie intervaly medzi servisnými blokmi boli krátke ako 45 minút. Existujúce usporiadanie pevnej nabíjačky sa ukázalo byť príliš rigidné pre tieto prevádzkové obmedzenia.

Výzva: Pevný výkon, pevné sadzby a nečinné nabíjačky

Každá pevná 120 kW nabíjačka bola priradená k jednej zbernici. Keď sa autobusy vracali vo vlnách po rannom a večernom spoji, veľa nabíjačiek nečinne prestávalo, kým sa u aktívnych tvoril rad. Autobus s nabitím na 40 % stále potreboval 1,5 hodiny na 120 kW nabíjačke, čo je príliš dlho na 45-minútovú prestávku.

Keďže sieťové pripojenie skladu bolo obmedzené na 600 kW simultánneho zaťaženia, privedenie väčšieho výkonu do dvora by si vyžadovalo nový transformátor a zdĺhavý proces povoľovania s odhadovanými nákladmi 180 000 USD. Medzitým operátor vyskúšal dve riešenia:

• Manuálne plánovanie autobusov, aby sa predišlo súpereniu o výkon, čo oneskorilo časy odchodov a znížilo výkon načas.
• Naprogramovanie existujúcich nabíjačiek na obmedzenie výkonu počas špičky, ale len predĺžilo časy nabíjania a spôsobilo, že autobusy boli na ďalší blok podbité.

Priamym dôsledkom bola rastúca hromada prevádzkových treníc: radenie, zmeškané odchody a mesačné poplatky za dopyt, ktoré trvalo dosahovali 24 000 USD. Tím potreboval nabíjaciu architektúru, ktorá by dokázala prispôsobiť prideľovanie energie v reálnom čase tam, kde je to potrebné, nie súbor pevných výstupov.

Prečo flexibilná nabíjačka jednosmerného prúdu s výkonom 240 – 720 kW

Operátor vyhodnotil dve alternatívy predtým, ako sa usadil na flexibilnú nabíjačku Soutya 240–720 kW DC.

Prvou alternatívou bolo pridanie druhého transformátora a nasadenie viacerých pevných 120 kW nabíjačiek. Tento prístup by odstránil radenie, ale stále by veľa nabíjačiek zostalo nečinných uprostred dňa a samotná modernizácia siete by zhltla celý ročný energetický rozpočet.

Druhou alternatívou bola centrálna vysokovýkonná nabíjačka s mechanickou spínacou maticou, ktorá dokázala pripojiť jednu zbernicu naraz. Vyriešilo to problém so zdieľaním energie, ale vytvorilo nové úzke miesto: jediný výpadok na spínacom systéme by zastavil celé depo.

Flexibilná nabíjacia hromada Soutya vynikla z troch dôvodov:

• Dynamická alokácia výkonu:Jedna 600 kW jednotka môže rozdeliť svoj výkon na šesť až osem nabíjacích bodov, čím každému autobusu poskytne iba výkon, ktorý v danej chvíli potrebuje. Pridelenie sa aktualizuje v reálnom čase bez manuálneho zásahu.
• Modulárna škálovateľnosť:Hromada je postavená z vymeniteľných výkonových modulov. Ak sa vozový park rozrastie, operátor môže pridať moduly bez výmeny celej jednotky.
• Nevyžaduje sa žiadna aktualizácia siete:Keďže hromada dokáže vynútiť konfigurovateľné maximálne celkové zaťaženie, zmestí sa do existujúceho sieťového pripojenia s výkonom 600 kW, čím sa vyhne projektu transformátora v hodnote 180 000 USD.

Implementácia: Fázované nasadenie a riadenie dynamického zaťaženia

Projekt bol dokončený počas šiestich týždňov, od podpisu zmluvy až po plnú prevádzku. Implementácia mala štyri kroky:

1. Prieskum lokality a mapovanie rozloženia.Tím zmapoval parkovacie miesta pre autobusy, káblové trasy a existujúcu kapacitu rozvádzača, aby určil optimálny počet nabíjacích zásuviek na hromadu.
2. Inštalácia štyroch 600 kW pilót,každý je nakonfigurovaný s ôsmimi konektormi pre celkovo 32 nabíjacích bodov. Hromady boli umiestnené medzi parkovacie rady, aby sa minimalizovali dĺžky káblov a straty.
3. Integrácia so systémom riadenia depa.Prideľovanie výkonu hromady bolo prepojené s databázou plánovania vozidiel, takže autobusy s predchádzajúcimi časmi odchodov dostávali prioritný výkon.
4. Školenie personálu.Operátori nabíjania boli vyškolení v čítaní grafov prideľovania energie a v tom, čo robiť v zriedkavých prípadoch chyby pripojenia.

Počas druhého týždňa sa objavila kľúčová výzva. Do existujúcej elektrickej miestnosti depa nebolo možné umiestniť dodatočnú prepäťovú ochranu a meracie zariadenie potrebné pre nové piloty bez malej rekonfigurácie. Problém bol vyriešený inštaláciou kompaktného podružného rozvádzača a presunutím záložných elektrických záťaží do inej fázy – menšou stavebnou prácou, ktorá pridala k plánu štyri dni.

Kvantifikovateľné výsledky: Rýchlejšie obraty, nižšie poplatky za dopyt, menej frontov

Prevádzkové údaje z prvých troch mesiacov prevádzky na flexibilných nabíjacích hromadách Soutya ukázali merateľné zlepšenia vo všeobecnosti.

• Čas nabíjania na autobus klesol o 38 %.Priemer 200 kWh batérie klesol zo 4,5 hodiny na 2,2 hodiny, pretože hromada mohla sústrediť 240 kW na jeden autobus, keď bolo parkovisko poloprázdne.
• Poplatky za špičkový dopyt sa znížili o 28 %,od 24 000 USD do 17 300 USD mesačne. Algoritmus obmedzujúci zaťaženie hromady udržal celkový odber depa pod hranicou 600 kW, aj keď sa súčasne nabíjalo 20 autobusov.
• Využitie nabíjania vzrástlo zo 47 % na 78 %.Keďže napájanie je flexibilne smerované, autobus s príchodom o 14:00 sa môže nabiť na plný výkon, zatiaľ čo autobus s plánovaným odchodom o 18:00 čaká na rad.
• Upgrade siete za 180 000 dolárov sa vyhlo.Náklady na projekt, vrátane štyroch hromád a inštalácie, dosiahli približne 96 000 USD, čo znamená, že doba návratnosti bola viac ako jeden rok, a to len na základe úspor poplatkov za dopyt.

Širší vplyv bol viditeľný v dodržiavaní cestovného poriadku: počet autobusov opúšťajúcich vozovňu s menej ako 90 % stavom nabitia klesol z 12 na 2 za týždeň a miera včasných odchodov vozového parku sa zlepšila z 92 % na 98 %.

Posudok klienta

Prevádzkový manažér depa to vyjadril jednoducho:

"Flexibilný zásobník neposkytuje rýchlejšie nabíjanie; dáva nám späť kontrolu nad naším harmonogramom. Už sa nemusím rozhodovať, ktorý autobus sa začne nabíjať ako prvý. Energia ide tam, kde je potrebná, a to zmenilo spôsob, akým plánujeme celú zmenu."

Ďalší vedúci údržby dodal: "Modulárny dizajn znamená, že môžeme zvýšiť kapacitu bez vytrhnutia existujúcej inštalácie. To nebolo možné s našimi starými pevnými jednotkami."

Lekcie pre ostatných operátorov vozového parku a nabíjania

Z tohto projektu vyplynuli tri opakovateľné lekcie:

1. Prispôsobte konfiguráciu hromady skutočným harmonogramom zbernice, nie maximálnemu výkonu.Depo uvažovalo o 720 kW modeli, ale 600 kW jednotky s 32 zásuvkami lepšie vyhovujú rotácii autobusu a stoja menej. Pochopenie maximálneho prekrývania časov vrátenia je cennejšie ako nákup najväčšej možnej jednotky.
2. Použite algoritmus prideľovania energie od prvého dňa.Predvolené výrobné nastavenie je nastavené pre všeobecný scenár. Výkonnosť depa sa zlepšila až po tom, čo nakonfigurovali priority prideľovania tak, aby zodpovedali časom odchodov a stavu nabitia batérie.
3. Plánujte rast vozového parku výberom modulárnej jednotky.Ak operátor pridá ďalších 10 autobusov, môže do existujúcich hromád vložiť ďalšie napájacie moduly. Pevná nabíjačka by si vyžadovala úplne novú inštaláciu a ďalšie pripojenie k sieti.

Najväčším prekvapením pre tím bolo, ako zmena správania pri nabíjaní ovplyvnila ich celkovú prevádzku. Prechod od modelu s pevným výkonom k ​​modelu riadenému dopytom ušetril peniaze, zlepšil výkon načas a odstránil každodenný zdroj stresu zamestnancov.

Referencie

Pre operátorov, ktorí hodnotia jednosmerné flexibilné nabíjacie piloty, poskytujú nasledujúce priemyselné normy užitočný kontext bezpečnosti a výkonu:

• EN 50620:2017 – Elektrické káble na nabíjanie elektrických vozidiel, ktorá definuje flexibilitu káblov, odolnosť voči poveternostným vplyvom a požiadavky na napätie pre 0,6/1 kV DC systémy.
• Séria IEC 62196 – Zástrčky, zásuvky a automobilové konektory na vodivé nabíjanie elektrických vozidiel, ktoré pokrývajú požiadavky na AC aj DC rozhranie (vrátane CCS a CHAdeMO).
• UL 1699B – Fotovoltaická (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection, referencia pre metódy detekcie DC oblúkových porúch používané vo vysokovýkonných DC nabíjacích systémoch.