Kako avtobusno postajališče zniža stroške največjega polnjenja za 28 % s prilagodljivim polnilnim kupom 240–720 kW DC

Ozadje stranke

Občinski prevoznik v regiji Ren-Ruhr upravlja floto 42 baterijskih električnih avtobusov in vsak mesec prevozi približno 120.000 kilometrov rednega prevoza. Flota temelji na enem samem depoju, zgrajenem leta 2019, kjer je bilo nameščenih 30 fiksnih 120 kW DC polnilnikov za podporo nočnega polnjenja in polnjenja ob priložnosti.

Osnovna naloga upravljavca: avtobusi morajo biti na cesti najmanj 16 ur na dan, vključno z jutranjo in popoldansko konico. To je pomenilo, da so bila obdobja polnjenja med servisnimi bloki le 45 minut. Obstoječa postavitev s fiksnim polnilnikom se je izkazala za preveč togo za te operativne omejitve.

Izziv: fiksna moč, fiksne cene in nedejavni polnilniki

Vsak fiksni 120 kW polnilnik je bil dodeljen enemu vodilu. Ko so se avtobusi po jutranji in večerni službi vrnili v valovih, je veliko polnilnic mirovalo, medtem ko se je na aktivnih oblikovala vrsta. Avtobus s 40-odstotnim stanjem napolnjenosti je še vedno potreboval 1,5 ure na polnilniku s 120 kW – predolgo za 45-minutni postanek.

Ker je bila omrežna povezava depoja omejena na 600 kW sočasne obremenitve, bi dovod več energije na ladjedelnico zahteval nov transformator in dolgotrajen postopek pridobitve dovoljenja, z ocenjenimi stroški 180.000 USD. Medtem je operater poskusil dve rešitvi:

• Ročno razporejanje avtobusov, da bi se izognili tekmovanju za moč, kar je povzročilo zamude pri odhodih in zmanjšalo pravočasnost.
• Programiranje obstoječih polnilnikov za omejitev proizvodnje med največjim povpraševanjem, vendar je to samo podaljšalo čase polnjenja in pustilo vodila premalo napolnjena za naslednji blok.

Neposredna posledica je bil naraščajoči kup operativnih trenj: čakalne vrste, zamujeni odhodi in mesečni stroški povpraševanja, ki so dosledno dosegali 24.000 $. Ekipa je potrebovala arhitekturo polnjenja, ki bi lahko v realnem času prilagodila dodeljevanje energije tam, kjer je to potrebno, ne pa niza fiksnih izhodov.

Zakaj 240–720kW DC prilagodljivi polnilni kup

Operater je ocenil dve možnosti, preden se je odločil za prilagodljivo polnilno enoto Soutya 240–720 kW DC.

Prva možnost je bila dodajanje drugega transformatorja in uvedba več fiksnih 120 kW polnilnikov. Ta pristop bi odstranil čakalne vrste, vendar bi še vedno pustil številne polnilnike nedejavne sredi dneva, sama nadgradnja omrežja pa bi požrla celoten letni proračun za energijo.

Druga alternativa je bil centralni visokozmogljivi polnilnik z mehansko preklopno matriko, ki je lahko povezoval eno vodilo naenkrat. Rešilo je problem delitve moči, vendar je ustvarilo novo ozko grlo: en sam izpad v sistemu stikal bi zaustavil celotno skladišče.

Fleksibilni polnilni kup Soutya je izstopal iz treh razlogov:

• Dinamična razporeditev moči:Ena enota s 600 kW lahko svojo moč razdeli na šest do osem polnilnih mest, tako da vsakemu avtobusu zagotovi le toliko energije, kot jo trenutno potrebuje. Dodelitev se posodablja v realnem času brez ročnega posredovanja.
• Modularna razširljivost:Kup je zgrajen iz zamenljivih napajalnih modulov. Če se flota poveča, lahko operater dodaja module, ne da bi zamenjal celotno enoto.
• Nadgradnja omrežja ni potrebna:Ker lahko pilot uveljavi nastavljivo največjo skupno obremenitev, se prilega obstoječi 600 kW omrežni povezavi, s čimer se izogne ​​projektu transformatorja v vrednosti 180.000 USD.

Implementacija: Postopno uvajanje in dinamično upravljanje obremenitve

Projekt je bil zaključen v šestih tednih, od podpisa pogodbe do polnega delovanja. Implementacija je potekala v štirih korakih:

1. Pregled spletnega mesta in načrtovanje.Ekipa je preslikala parkirne položaje avtobusov, kabelske poti in obstoječo zmogljivost centrale, da bi določila optimalno število polnilnih mest na kup.
2. Montaža štirih 600 kW pilotov,vsak je konfiguriran z osmimi priključki za skupno 32 polnilnih mest. Piloti so bili postavljeni med parkirne vrste, da bi zmanjšali dolžine kablov in izgube.
3. Integracija s sistemom upravljanja depoja.Razporeditev moči na kupu je bila povezana z zbirko podatkov o voznem redu, tako da so imeli avtobusi s zgodnejšimi časi odhodov prednostno napajanje.
4. Usposabljanje osebja.Operaterji zaračunavanja so bili usposobljeni za branje grafov porazdelitve moči in o tem, kaj storiti v redkih primerih napake pri povezavi.

V drugem tednu se je pojavil ključni izziv. Obstoječa električna soba skladišča ni mogla sprejeti dodatne prenapetostne zaščite in merilne opreme, potrebne za nove pilote, brez majhne rekonfiguracije. Težavo so rešili z namestitvijo kompaktne podrazdelilne plošče in premikom rezervnih električnih bremen v drugo fazo – manjše gradbeno delo, ki je urniku dodalo štiri dni.

Merljivi rezultati: hitrejši preobrati, manjše pristojbine za povpraševanje, manj čakalnih vrst

Operativni podatki iz prvih treh mesecev delovanja na prilagodljivih polnilnih pilotih Soutya so pokazali merljive izboljšave na vseh področjih.

• Čas polnjenja na avtobus se je zmanjšal za 38 %.Povprečje za baterijo z 200 kWh je padlo s 4,5 ur na 2,2 ure, ker je kup lahko skoncentriral 240 kW na enem avtobusu, ko je bilo parkirišče na pol prazno.
• Stroški za največje povpraševanje so se znižali za 28 %,od 24.000 $ do 17.300 $ na mesec. Algoritem za omejevanje obremenitve pilota je ohranil skupno porabo skladišča pod pragom 600 kW, tudi ko se je hkrati polnilo 20 avtobusov.
• Izkoriščenost polnjenja se je povečala s 47 % na 78 %.Ker je napajanje prilagodljivo, se lahko avtobus, ki prispe ob 14.00, polni s polno močjo, medtem ko avtobus z odhodom ob 18.00 čaka na vrsto.
• Nadgradnji omrežja v vrednosti 180.000 $ smo se izognili.Stroški projekta, vključno s štirimi piloti in namestitvijo, so znašali približno 96.000 USD, kar pomeni, da je bila doba vračila več kot eno leto samo na podlagi prihrankov pri stroških povpraševanja.

Širši vpliv je bil viden pri upoštevanju urnika: število avtobusov, ki so zapustili skladišče z manj kot 90-odstotno napolnjenostjo, se je zmanjšalo z 12 na 2 na teden, stopnja pravočasnih odhodov voznega parka pa se je izboljšala z 92 % na 98 %.

Izjava stranke

Operativni vodja depoja je to poenostavil:

"Prilagodljiv kup ne zagotavlja hitrejšega polnjenja; vrne nam nadzor nad našim urnikom. Ni mi več treba odločati, kateri avtobus se bo prvi napolnil. Energija gre tja, kjer je potrebna, in to je spremenilo način načrtovanja naše celotne izmene."

Drugi nadzornik vzdrževanja je dodal: "Modularna zasnova pomeni, da lahko nadgradimo zmogljivost, ne da bi iztrgali obstoječo instalacijo. To ni bilo mogoče z našimi starimi fiksnimi enotami."

Lekcije za druge operaterje flote in polnilnikov

Iz tega projekta so izšle tri ponovljive lekcije:

1. Uskladite konfiguracijo kupa z dejanskim voznim redom avtobusov, ne z največjo močjo.Depo je upošteval model s 720 kW, vendar enote s 600 kW in 32 vtičnicami bolje ustrezajo rotaciji avtobusa in so ceneje. Razumevanje najvišjega prekrivanja povratnih časov je bolj dragoceno kot nakup največje možne enote.
2. Uporabite algoritem dodeljevanja moči od prvega dne.Tovarniško privzeto je nastavljeno za splošni scenarij. Delovanje skladišča se je izboljšalo šele potem, ko so konfigurirali prednostne naloge dodeljevanja, da se ujemajo s časom odhoda in stanjem napolnjenosti baterije.
3. Načrtujte rast flote z izbiro modularne enote.Če operater doda še 10 avtobusov, lahko v obstoječe kupe vstavi dodatne napajalne module. Fiksni polnilnik bi zahteval popolnoma novo namestitev in drugo povezavo z omrežjem.

Največje presenečenje za ekipo je bilo, kako je sprememba vedenja pri polnjenju vplivala na njihovo celotno delovanje. Prehod z modela s fiksno močjo na modela, ki temelji na povpraševanju, je prihranil denar, izboljšal pravočasno delovanje in odpravil vsakodnevni vir stresa osebja.

Reference

Operaterjem, ki ocenjujejo prilagodljive polnilne pilote z enosmernim tokom, so naslednji industrijski standardi koristen kontekst glede varnosti in učinkovitosti:

• EN 50620:2017 – Električni kabli za polnjenje električnih vozil, ki določajo fleksibilnost kabla, odpornost na vremenske vplive in napetostne zahteve za sisteme 0,6/1 kV DC.
• Serija IEC 62196 – Vtiči, vtičnice in priključki za vozila za prevodno polnjenje električnih vozil, ki pokrivajo zahteve za vmesnik AC in DC (vključno s CCS in CHAdeMO).
• UL 1699B – fotonapetostna (PV) zaščita tokokroga z enosmernim oblokom, referenca za metode odkrivanja obločnih napak, ki se uporabljajo v visokozmogljivih enosmernih polnilnih sistemih.