Як автобусне депо скорочує витрати під час пікового заряду на 28% за допомогою гнучкого зарядного пристрою постійного струму 240–720 кВт

Довідкова інформація клієнта

Муніципальний транспортний оператор Рейнсько-Рурського регіону керує парком із 42 електричних автобусів на акумуляторах і щомісяця проїжджає приблизно 120 000 кілометрів за розкладом. Автопарк базується на єдиному депо, побудованому в 2019 році, де встановлено 30 фіксованих зарядних пристроїв постійного струму потужністю 120 кВт для підтримки заряджання протягом ночі та під час зарядки.

Основне завдання оператора: тримати автобуси в дорозі щонайменше 16 годин на день, включаючи ранковий і денний періоди пік. Це означало, що вікна заряджання між блоками обслуговування становили лише 45 хвилин. Існуюча схема фіксованого зарядного пристрою виявилася надто жорсткою для цих операційних обмежень.

Завдання: фіксована потужність, фіксовані тарифи та неактивні зарядні пристрої

Кожен фіксований зарядний пристрій на 120 кВт було призначено одній шині. Коли автобуси поверталися хвилями після ранкової та вечірньої служби, багато зарядних пристроїв простоювали, а біля активних утворювалася черга. Автобусу з 40% заряду все ще потрібно було 1,5 години на зарядному пристрої потужністю 120 кВт — це занадто довго для 45-хвилинної зупинки.

Оскільки підключення до електромережі депо було обмежено 600 кВт одночасного навантаження, підведення більшої потужності до верфі потребувало б нового трансформатора та тривалого процесу отримання дозволу з орієнтовною вартістю 180 000 доларів США. Тим часом оператор спробував два обхідних шляхи:

• Ручне планування автобусів, щоб уникнути конкуренції за потужність, що призводило до затримки часу відправлення та зниження продуктивності вчасно.
• Програмування існуючих зарядних пристроїв для обмеження потужності під час пікового попиту, але це лише подовжило час заряджання та залишило автобуси недозарядженими для наступного блоку.

Прямим наслідком стало зростання операційного тертя: черги, пропущені відправлення та щомісячні витрати, які постійно досягали 24 000 доларів. Команді потрібна була архітектура заряджання, яка могла б адаптувати розподіл електроенергії в реальному часі туди, де це потрібно, а не набір фіксованих виходів.

Чому гнучка зарядна купа постійного струму потужністю 240–720 кВт

Оператор оцінив дві альтернативи, перш ніж зупинитися на гнучкому зарядному стовпі Soutya 240–720 кВт постійного струму.

Перший варіант полягав у додаванні другого трансформатора та розгортанні більш фіксованих зарядних пристроїв на 120 кВт. Такий підхід усуне черги, але залишить багато зарядних пристроїв бездіяльними в середині дня, а лише оновлення мережі з’їсть весь річний бюджет електроенергії.

Другою альтернативою був центральний зарядний пристрій високої потужності з матрицею механічного перемикання, який міг підключати одну шину одночасно. Це вирішило проблему розподілу електроенергії, але створило нове вузьке місце: єдиний збій у системі комутатора зупинив би все депо.

Гнучка зарядна купа Soutya виділялася з трьох причин:

• Динамічний розподіл потужності:Один блок потужністю 600 кВт може розподілити свою потужність між шістьма-вісьмома зарядними точками, даючи кожному автобусу лише ту потужність, яка йому потрібна на даний момент. Розподіл оновлюється в режимі реального часу без ручного втручання.
• Модульна масштабованість:Паля побудована зі змінних силових модулів. Якщо парк зростає, оператор може додавати модулі без заміни всього блоку.
• Оновлення мережі не потрібно:Оскільки паля може підтримувати настроюване максимальне загальне навантаження, вона вписується в існуюче підключення до мережі потужністю 600 кВт, уникаючи проекту трансформатора вартістю 180 000 доларів США.

Впровадження: поетапне розгортання та динамічне керування навантаженням

Проект був завершений протягом шести тижнів, від підписання контракту до повної експлуатації. Реалізація мала чотири етапи:

1. Огляд ділянки та макетування.Команда склала карту місць паркування автобусів, кабельних маршрутів і наявної потужності комутаційного щита, щоб визначити оптимальну кількість зарядних точок на купу.
2. Монтаж чотирьох паль по 600 кВт,кожен із вісьмома роз’ємами для загалом 32 точок зарядки. Палі були розміщені між рядами паркування, щоб мінімізувати довжину кабелю та втрати.
3. Інтеграція з системою управління депо.Розподіл електроенергії в купі було пов’язано з базою даних розкладу транспортних засобів, щоб автобуси з ранніми часами відправлення отримували пріоритетне живлення.
4. Навчання персоналу.Операторів зарядки пройшли навчання щодо читання графіків розподілу електроенергії та того, що робити у рідкісних випадках помилки підключення.

Ключова проблема виникла протягом другого тижня. Існуюча електрична кімната депо не могла вмістити додатковий захист від перенапруги та вимірювальне обладнання, необхідне для нових паль, без невеликої реконфігурації. Проблему було вирішено шляхом встановлення компактного додаткового розподільного щита та переведення резервних електричних навантажень на іншу фазу — незначні будівельні роботи, які додали чотири дні до графіка.

Результати, які піддаються кількісній оцінці: швидше виконання робіт, менші комісії за попит, менше черг

Експлуатаційні дані за перші три місяці роботи на гнучких зарядних стовпах Soutya показали помітні покращення за всіма напрямками.

• Час зарядки автобуса скоротився на 38%.Середнє значення для батареї на 200 кВт-год впало з 4,5 годин до 2,2 години, оскільки купа могла зосередити 240 кВт на одному автобусі, коли стоянка була напівпорожньою.
• Плата за піковий попит зменшилася на 28%,від $24 000 до $17 300 на місяць. Алгоритм обмеження навантаження палі утримував загальне споживання депо нижче порогу в 600 кВт, навіть коли 20 автобусів заряджалися одночасно.
• Коефіцієнт використання зарядки зріс з 47% до 78%.Завдяки гнучкому маршруту живлення автобус, який прибуває о 14:00, може заряджатися на повну потужність, а автобус, який відправляється о 18:00, чекає своєї черги.
• Оновлення мережі вартістю 180 000 доларів США вдалося уникнути.Вартість проекту, включаючи чотири палі та встановлення, склала приблизно 96 000 доларів США, що означає, що період окупності становив більше одного року, виходячи лише з економії попиту та плати.

Більш широкий вплив було помітно у дотриманні розкладу: кількість автобусів, що виїжджають із депо із зарядом менше ніж 90%, зменшилася з 12 до 2 на тиждень, а показник своєчасного відправлення автопарку покращився з 92% до 98%.

Відгук клієнта

Операційний менеджер депо сформулював це простими словами:

«Гнучка купа не забезпечує швидшу зарядку; вона повертає нам контроль над нашим розкладом. Мені більше не потрібно вирішувати, який автобус заряджатиметься першим. Потужність йде туди, куди вона потрібна, і це змінило спосіб, у який ми плануємо всю зміну».

Інший керівник технічного обслуговування додав: «Модульна конструкція означає, що ми можемо збільшити потужність, не вириваючи існуючу установку. Це було неможливо з нашими старими стаціонарними блоками».

Уроки для інших операторів флоту та заряджання

Три повторювані уроки випливають із цього проекту:

1. Зіставте конфігурацію палі з фактичним розкладом автобусів, а не з максимальною потужністю.Депо розглядало модель на 720 кВт, але агрегати на 600 кВт з 32 розетками краще підходять для обертання автобусів і коштують дешевше. Розуміння пікового перекриття часу повернення є більш цінним, ніж покупка максимально можливої ​​одиниці.
2. Використовуйте алгоритм розподілу потужності з першого дня.Заводське значення за умовчанням встановлено для загального сценарію. Продуктивність депо покращилася лише після того, як вони налаштували пріоритети розподілу відповідно до часу відправлення та стану заряду акумулятора.
3. Плануйте збільшення автопарку, обравши модульну одиницю.Якщо оператор додасть ще 10 автобусів, він зможе вставити додаткові силові модулі в існуючі купи. Стаціонарний зарядний пристрій потребує абсолютно нової установки та іншого підключення до мережі.

Найбільшим сюрпризом для команди стало те, як зміна поведінки заряджання вплинула на загальну роботу. Перехід від моделі фіксованої потужності до моделі, що керується попитом, заощадив гроші, покращив оперативність і усунув щоденне джерело стресу для персоналу.

Список літератури

Для операторів, які оцінюють гнучкі зарядні стовпи постійного струму, наступні галузеві стандарти надають корисний контекст щодо безпеки та продуктивності:

• EN 50620:2017 – Електричні кабелі для зарядки електричних транспортних засобів, що визначають вимоги до гнучкості кабелю, стійкості до погодних умов і напруги для систем постійного струму 0,6/1 кВ.
• Серія IEC 62196 – Вилки, розетки та транспортні роз’єми для кондуктивної зарядки електромобілів, що охоплюють вимоги до інтерфейсу змінного та постійного струму (включаючи CCS та CHAdeMO).
• UL 1699B – Фотоелектричний (PV) захист від дугового замикання постійного струму, довідник для методів виявлення дугового замикання постійного струму, які використовуються в потужних системах заряджання постійного струму.