Cum un depozit de autobuz reduce costurile de vârf cu 28% cu o grămadă de încărcare flexibilă DC de 240-720 kW

Antecedentele clientului

Un operator de tranzit municipal din regiunea Rin-Ruhr administrează o flotă de 42 de autobuze electrice cu baterii și acoperă aproximativ 120.000 de kilometri de serviciu programat în fiecare lună. Flota se bazează într-un singur depozit construit în 2019, unde au fost instalate 30 de încărcătoare fixe de 120 kW DC pentru a suporta încărcarea peste noapte și de oportunitate.

Mandatul principal al operatorului: menține autobuzele pe drum minim 16 ore pe zi, inclusiv în perioadele de vârf dimineața și după-amiaza. Asta însemna că ferestrele de încărcare dintre blocurile de servicii au fost de până la 45 de minute. Dispunerea existentă a încărcătoarelor fixe se dovedea prea rigidă pentru aceste constrângeri operaționale.

Provocarea: putere fixă, tarife fixe și încărcătoare inactiv

Fiecare încărcător fix de 120 kW a fost alocat unui singur autobuz. Când autobuzele s-au întors în valuri după serviciul de dimineață și seara, multe încărcătoare au stat inactiv în timp ce o coadă se forma la cele active. Un autobuz cu o stare de încărcare de 40% mai avea nevoie de 1,5 ore cu un încărcător de 120 kW — prea lung pentru o escală de 45 de minute.

Deoarece conexiunea la rețea a depozitului era limitată la 600 kW de sarcină simultană, pentru a aduce mai multă energie în curte ar fi fost nevoie de un nou transformator și un proces de autorizare îndelungat, cu un cost estimat de 180.000 USD. Între timp, operatorul a încercat două soluții:

• Programarea manuală a autobuzelor pentru a evita concurența pentru energie, ceea ce a întârziat orele de plecare și a redus performanța la timp.
• Programarea încărcătoarelor existente pentru a limita producția în timpul cererii de vârf, dar a prelungit doar timpii de încărcare și a lăsat autobuzele subîncărcate pentru blocul următor.

Consecința directă a fost o grămadă tot mai mare de fricțiuni operaționale: coadă, plecări ratate și taxe lunare ale cererii care au ajuns în mod constant la 24.000 USD. Echipa avea nevoie de o arhitectură de încărcare care să poată adapta alocarea energiei în timp real acolo unde era nevoie, nu un set de ieșiri fixe.

De ce grămada de încărcare flexibilă DC de 240–720 kW

Operatorul a evaluat două alternative înainte de a opta pentru grămada de încărcare flexibilă DC Soutya de 240–720 kW.

Prima alternativă a fost adăugarea unui al doilea transformator și instalarea mai multor încărcătoare fixe de 120 kW. Această abordare ar elimina cozile de așteptare, dar ar lăsa în continuare multe încărcătoare inactive în mijlocul zilei, iar doar modernizarea rețelei ar consuma întregul buget anual de energie.

A doua alternativă a fost un încărcător central de mare putere cu o matrice de comutare mecanică care putea conecta câte o magistrală la un moment dat. A rezolvat problema de partajare a energiei, dar a creat un nou blocaj: o singură întrerupere a sistemului de comutare ar opri întregul depozit.

Pila de încărcare flexibilă Soutya s-a remarcat din trei motive:

• Alocarea dinamică a puterii:O singură unitate de 600 kW își poate împărți puterea în șase până la opt puncte de încărcare, oferind fiecărui autobuz doar puterea de care are nevoie în acest moment. Alocarea se actualizează în timp real fără intervenție manuală.
• Scalabilitate modulară:Teancul este construit din module de putere interschimbabile. Dacă flota crește, operatorul poate adăuga module fără a înlocui întreaga unitate.
• Nu este necesară o actualizare a rețelei:Deoarece grămada poate impune o sarcină totală maximă configurabilă, se încadrează în conexiunea existentă la rețea de 600 kW, evitând proiectul de transformator de 180.000 USD.

Implementare: implementare în etape și management dinamic al încărcării

Proiectul a fost finalizat pe parcursul a șase săptămâni, de la semnarea contractului până la funcționarea completă. Implementarea a avut patru etape:

1. Sondajul site-ului și cartografierea aspectului.Echipa a cartografiat pozițiile de parcare pentru autobuze, traseele cablurilor și capacitatea centrală existentă pentru a determina numărul optim de prize de încărcare per grămadă.
2. Instalarea a patru piloți de 600 kW,fiecare configurat cu opt conectori pentru un total de 32 de puncte de încărcare. Piloții au fost plasați între rândurile de parcare pentru a minimiza lungimile și pierderile cablurilor.
3. Integrare cu sistemul de management al depozitului.Alocarea de putere a grămezii a fost legată de baza de date de programare a vehiculelor, astfel încât autobuzele cu ore de plecare mai devreme să primească energie prioritară.
4. Instruirea personalului.Operatorii de încărcare au fost instruiți cu privire la citirea graficelor de alocare a puterii și ce trebuie făcut în cazul rar al unei erori de conectare.

O provocare cheie a apărut în săptămâna a doua. Camera electrică existentă a depozitului nu ar putea găzdui echipamentul suplimentar de protecție la supratensiune și de măsurare necesar pentru noile piloți fără o mică reconfigurare. Problema a fost rezolvată prin instalarea unei plăci de sub-distribuție compacte și mutarea sarcinilor electrice de rezervă într-o fază diferită - o lucrare civilă minoră care a adăugat patru zile la program.

Rezultate cuantificabile: prelucrări mai rapide, taxe la cerere mai mici, mai puține cozi

Datele operaționale din primele trei luni de funcționare pe pile de încărcare flexibile Soutya au arătat îmbunătățiri măsurabile la nivel general.

• Timpul de încărcare per autobuz a scăzut cu 38%.Media pentru o baterie de 200 kWh a scăzut de la 4,5 ore la 2,2 ore, deoarece grămada putea concentra 240 kW pe un singur autobuz când parcarea era pe jumătate goală.
• Tarifele pentru cererea de vârf au scăzut cu 28%,de la 24.000 USD la 17.300 USD pe lună. Algoritmul de limitare a sarcinii a menținut consumul total al depozitului sub pragul de 600 kW chiar și atunci când 20 de autobuze se încarcau simultan.
• Utilizarea încărcării a crescut de la 47% la 78%.Deoarece energia electrică este direcționată în mod flexibil, un autobuz care sosește la ora 14:00 se poate încărca la putere maximă, în timp ce un autobuz programat să plece la ora 18:00 își așteaptă rândul.
• Actualizarea rețelei de 180.000 USD a fost evitată.Costul proiectului, inclusiv cei patru piloți și instalarea, a ajuns la aproximativ 96.000 USD, ceea ce înseamnă că perioada de rambursare a fost de peste un an, doar pe baza economiilor la cerere.

Impactul mai larg a fost vizibil în respectarea programului: numărul de autobuze care părăsesc depoul cu o stare de încărcare mai mică de 90% a scăzut de la 12 la 2 pe săptămână, iar rata de plecare la timp a flotei sa îmbunătățit de la 92% la 98%.

Mărturie client

Managerul de operațiuni al depozitului a spus-o în termeni simpli:

„Goldul flexibil nu oferă o încărcare mai rapidă; ne dă înapoi controlul asupra programului nostru. Nu mai trebuie să decid ce autobuz va încărca mai întâi. Puterea ajunge acolo unde este nevoie și asta a schimbat modul în care planurile noastre întregi schimburi.”

Un alt supervizor de întreținere a adăugat: „Designul modular înseamnă că putem îmbunătăți capacitatea fără a distruge instalația existentă. Acest lucru nu a fost posibil cu vechile noastre unități fixe”.

Lecții pentru alți operatori de flotă și de încărcare

Din acest proiect au rezultat trei lecții replicabile:

1. Potriviți configurația grămezilor cu programul autobuzului real, nu cu puterea maximă.Depoul a considerat un model de 720 kW, dar unitățile de 600 kW cu 32 de prize se potrivesc mai bine cu rotația autobuzului și costă mai puțin. Înțelegerea suprapunerii de vârf a timpilor de întoarcere este mai valoroasă decât cumpărarea celei mai mari unități posibile.
2. Utilizați algoritmul de alocare a puterii din prima zi.Valoarea implicită din fabrică este setată pentru un scenariu generic. Performanța depozitului s-a îmbunătățit doar după ce au configurat prioritățile de alocare pentru a se potrivi cu orele de plecare și starea de încărcare a bateriei.
3. Planificați creșterea flotei alegând o unitate modulară.Dacă operatorul adaugă alte 10 autobuze, acesta poate introduce module de putere suplimentare în grămezii existente. Un încărcător fix ar necesita o instalare complet nouă și o altă conexiune la rețea.

Cea mai mare surpriză pentru echipă a fost modul în care schimbarea comportamentului de încărcare le-a afectat operațiunile generale. Trecerea de la un model de putere fixă ​​la unul bazat pe cerere a economisit bani, a îmbunătățit performanța la timp și a eliminat o sursă zilnică de stres al personalului.

Referințe

Pentru operatorii care evaluează pile de încărcare flexibile DC, următoarele standarde industriale oferă un context util privind siguranța și performanța:

• EN 50620:2017 – Cabluri electrice pentru încărcarea vehiculelor electrice, care definesc flexibilitatea cablurilor, rezistența la intemperii și cerințele de tensiune pentru sistemele de 0,6/1 kV DC.
• Seria IEC 62196 – Fișe, prize și conectori pentru vehicule pentru încărcarea conductivă a vehiculelor electrice, acoperind atât cerințele de interfață AC cât și DC (inclusiv CCS și CHAdeMO).
• UL 1699B – Protecție fotovoltaică (PV) DC Arc-Fault Circuit, o referință pentru metodele de detectare a defecțiunilor DC utilizate în sistemele de încărcare DC de mare putere.