Как автобусно депо намалява разходите за пиково зареждане с 28% с 240–720kW DC гъвкава купчина за зареждане

История на клиента

Общински транспортен оператор в региона Рейн-Рур управлява флотилия от 42 електрически автобуса с батерии и покрива приблизително 120 000 километра по разписание всеки месец. Автопаркът е базиран на едно депо, построено през 2019 г., където са инсталирани 30 фиксирани 120 kW зарядни устройства за постоянен ток, за да поддържат нощно зареждане и зареждане при възможност.

Основният мандат на оператора: поддържайте автобусите на пътя за минимум 16 часа на ден, включително сутрешните и следобедните пикови периоди. Това означаваше, че прозорците за зареждане между сервизните блокове са само 45 минути. Съществуващото оформление на фиксирано зарядно устройство се оказа твърде твърдо за тези оперативни ограничения.

Предизвикателството: Фиксирана мощност, фиксирани цени и неактивни зарядни устройства

Всяко фиксирано зарядно устройство от 120 kW беше присвоено на една шина. Когато автобусите се връщаха на вълни след сутрешно и вечерно обслужване, много зарядни устройства не работеха, докато при активните се образуваше опашка. Автобус с 40% ниво на зареждане все още се нуждаеше от 1,5 часа на зарядно устройство от 120 kW — твърде дълго за 45-минутното престой.

Тъй като връзката към мрежата на депото беше ограничена до 600 kW едновременно натоварване, доставянето на повече мощност в двора би изисквало нов трансформатор и дълъг процес на разрешително с приблизителна цена от $180 000. Междувременно операторът опита две решения:

• Ръчно планиране на автобуси, за да се избегне конкуренция за мощност, което забавя времето на заминаване и намалява изпълнението на времето.
• Програмиране на съществуващите зарядни устройства за ограничаване на мощността по време на пиково търсене, но това само удължи времето за зареждане и остави автобусите недостатъчно заредени за следващия блок.

Пряката последица беше нарастваща купчина оперативни проблеми: чакане на опашки, пропуснати заминавания и месечни такси за търсене, които постоянно достигаха $24 000. Екипът се нуждаеше от архитектура за зареждане, която можеше да адаптира разпределението на мощността в реално време там, където е необходимо, а не набор от фиксирани изходи.

Защо 240–720kW DC гъвкава купчина за зареждане

Операторът оцени две алтернативи, преди да се спре на гъвкавата зареждаща купчина Soutya 240–720 kW DC.

Първата алтернатива беше добавянето на втори трансформатор и внедряването на повече фиксирани зарядни устройства от 120 kW. Този подход ще елиминира опашките, но все пак ще остави много зарядни устройства бездействащи по средата на деня, а самото надграждане на мрежата ще изяде целия годишен енергиен бюджет.

Втората алтернатива беше централно зарядно устройство с висока мощност с механична превключваща матрица, която можеше да свързва една шина наведнъж. Той реши проблема със споделянето на мощността, но създаде ново тясно място: едно прекъсване на комутационната система би спряло цялото депо.

Гъвкавата купчина за зареждане Soutya се открояваше по три причини:

• Динамично разпределение на мощността:Едно устройство с мощност 600 kW може да раздели мощността си между шест до осем точки за зареждане, давайки на всеки автобус само мощността, от която се нуждае в момента. Разпределението се актуализира в реално време без ръчна намеса.
• Модулна мащабируемост:Купчината е изградена от взаимозаменяеми силови модули. Ако флотът се разрасне, операторът може да добавя модули, без да заменя цялото устройство.
• Не е необходимо надграждане на мрежата:Тъй като купчината може да наложи конфигурируем максимален общ товар, тя се вписва в рамките на съществуващата 600 kW мрежова връзка, избягвайки проекта за трансформатор на стойност $180 000.

Внедряване: Поетапно внедряване и динамично управление на натоварването

Проектът беше завършен за шест седмици, от подписването на договора до пълната експлоатация. Изпълнението имаше четири стъпки:

1. Проучване на обекта и картографиране на оформлението.Екипът картографира позициите за паркиране на автобуси, кабелните маршрути и съществуващия капацитет на таблото, за да определи оптималния брой изходи за зареждане на купчина.
2. Монтаж на четири пилота по 600 kW,всеки конфигуриран с осем конектора за общо 32 точки за зареждане. Купчините бяха поставени между редовете за паркиране, за да се сведат до минимум дължините на кабелите и загубите.
3. Интеграция със системата за управление на депото.Разпределението на мощността на купчината беше свързано с базата данни за разписание на превозните средства, така че автобусите с по-ранни часове на заминаване получиха приоритетно захранване.
4. Обучение на персонала.Операторите по таксуване бяха обучени да разчитат графиките за разпределение на мощността и какво да правят в редките случаи на грешка във връзката.

Ключово предизвикателство се появи през втората седмица. Съществуващото електрическо помещение на депото не можеше да побере допълнителната защита от пренапрежение и измервателно оборудване, необходимо за новите пилоти, без малка реконфигурация. Проблемът беше решен чрез инсталиране на компактно подразпределително табло и преместване на резервните електрически товари към различна фаза - малка строителна работа, която добави четири дни към графика.

Количествено измерими резултати: по-бързо изпълнение, по-ниски такси за търсене, по-малко опашки

Оперативните данни от първите три месеца на работа на гъвкавите купчини за зареждане Soutya показаха измерими подобрения във всички области.

• Времето за зареждане на автобус е спаднало с 38%.Средната стойност за батерия от 200 kWh падна от 4,5 часа на 2,2 часа, тъй като купчината можеше да концентрира 240 kW в един автобус, когато паркингът беше наполовина празен.
• Таксите за пиково търсене са намалели с 28%,от $24 000 до $17 300 на месец. Алгоритъмът за ограничаване на натоварването на купчината поддържа общото потребление на депото под прага от 600 kW дори когато 20 автобуса се зареждат едновременно.
• Използването на зареждане се повиши от 47% на 78%.Тъй като захранването е гъвкаво маршрутизирано, автобус, пристигащ в 14:00 ч., може да се зарежда с пълна мощност, докато автобус, планиран да тръгне в 18:00 ч., чака своя ред.
• Надграждането на мрежата от $180 000 беше избегнато.Стойността на проекта, включително четирите купчини и инсталацията, достигна приблизително 96 000 долара, което означава, че периодът на изплащане е бил над една година въз основа само на спестяванията от търсене и такса.

По-широкото въздействие беше видимо при спазването на графика: броят на автобусите, напускащи депото с по-малко от 90% зареденост, спадна от 12 на 2 на седмица, а процентът на навременни заминавания на автопарка се подобри от 92% на 98%.

Препоръка на клиента

Оперативният мениджър на депото го изрази с прости думи:

„Гъвкавата купчина не осигурява по-бързо зареждане; тя ни връща контрола върху графика ни. Вече не трябва да решавам кой автобус да се зареди пръв. Захранването отива там, където е необходимо, и това промени начина, по който планираме цялата ни смяна.“

Друг ръководител на поддръжката добави: „Модулният дизайн означава, че можем да надградим капацитета, без да изтръгнем съществуващата инсталация. Това не беше възможно с нашите стари фиксирани модули.“

Уроци за други оператори на флота и таксуване

Три възпроизводими урока излязоха от този проект:

1. Съпоставете конфигурацията на купчината с действителните графици на автобусите, а не с максималната мощност.Депото разглежда модел от 720 kW, но агрегатите от 600 kW с 32 изхода пасват по-добре на ротацията на автобуса и струват по-малко. Разбирането на пиковото припокриване на времената за връщане е по-ценно от закупуването на възможно най-голямата единица.
2. Използвайте алгоритъма за разпределение на мощността от първия ден.Фабричната настройка по подразбиране е зададена за общ сценарий. Производителността на депото се подобри едва след като те конфигурираха приоритетите за разпределение, за да съответстват на часовете на заминаване и състоянието на заряд на батерията.
3. Планирайте увеличаване на флота, като изберете модулна единица.Ако операторът добави още 10 автобуса, те могат да вмъкнат допълнителни захранващи модули в съществуващите купчини. Фиксирано зарядно устройство ще изисква изцяло нова инсталация и друга връзка към мрежата.

Най-голямата изненада за екипа беше как промяната в поведението на зареждане се отрази на цялостните им операции. Преминаването от модел с фиксирана мощност към такъв, управляван от търсенето, спести пари, подобри производителността навреме и елиминира ежедневния източник на стрес на персонала.

Референции

За операторите, оценяващи DC гъвкави зареждащи купчини, следните индустриални стандарти предоставят полезен контекст за безопасност и производителност:

• EN 50620:2017 – Електрически кабели за зареждане на електрически превозни средства, определящи изискванията за гъвкавост на кабела, устойчивост на атмосферни влияния и напрежение за 0,6/1 kV системи с постоянен ток.
• Серия IEC 62196 – Щепсели, контакти и конектори за превозни средства за проводящо зареждане на електрически превозни средства, покриващи изисквания за AC и DC интерфейс (включително CCS и CHAdeMO).
• UL 1699B – Фотоволтаична (PV) защита на DC дъгова верига, справка за методите за откриване на DC дъгова повреда, използвани в системи за зареждане с постоянен ток с висока мощност.