Как автобусный парк сократил расходы на пиковую зарядку на 28% с помощью гибкой системы зарядки постоянного тока мощностью 240–720 кВт

Информация о клиенте

Муниципальный транспортный оператор в регионе Рейн-Рур управляет парком из 42 аккумуляторных электробусов и ежемесячно преодолевает около 120 000 километров регулярных рейсов. Парк базируется на едином депо, построенном в 2019 году, где было установлено 30 стационарных зарядных устройств постоянного тока мощностью 120 кВт для поддержки ночной и временной зарядки.

Основной мандат оператора: держать автобусы на дороге не менее 16 часов в день, включая утренние и дневные периоды пиковой нагрузки. Это означало, что окна зарядки между сервисными блоками составляли всего 45 минут. Существующая схема с фиксированным зарядным устройством оказалась слишком жесткой для этих эксплуатационных ограничений.

Задача: фиксированная мощность, фиксированные тарифы и холостые зарядные устройства

Каждое стационарное зарядное устройство мощностью 120 кВт было закреплено за одной шиной. Когда автобусы волнами возвращались после утреннего и вечернего движения, многие зарядные станции простаивали, а на активных из них образовывалась очередь. Автобусу с уровнем заряда 40 % по-прежнему требовалось 1,5 часа на зарядном устройстве мощностью 120 кВт — слишком долго для 45-минутной остановки.

Поскольку подключение к сети депо было ограничено до 600 кВт одновременной нагрузки, для подачи большей мощности на станцию ​​потребовался бы новый трансформатор и длительный процесс получения разрешения, ориентировочная стоимость которого составила 180 000 долларов США. Тем временем оператор попробовал два обходных пути:

• Планирование автобусов вручную, чтобы избежать конкуренции за электроэнергию, что приводит к задержке отправления и снижению своевременности рейсов.
• Программирование существующих зарядных устройств на ограничение мощности во время пиковой нагрузки привело лишь к увеличению времени зарядки и к тому, что шины оставались недозаряженными для следующего блока.

Прямым следствием этого стало растущее количество операционных проблем: очереди, пропущенные рейсы и ежемесячные расходы, которые постоянно достигали 24 000 долларов. Команде нужна была архитектура зарядки, которая могла бы адаптировать распределение мощности в реальном времени туда, где это необходимо, а не набор фиксированных выходов.

Почему нужна гибкая зарядная установка постоянного тока мощностью 240–720 кВт?

Оператор оценил два варианта, прежде чем остановился на гибкой зарядной системе постоянного тока Soutya мощностью 240–720 кВт.

Первый вариант заключался в добавлении второго трансформатора и установке дополнительных стационарных зарядных устройств мощностью 120 кВт. Такой подход устранит очереди, но все равно оставит многие зарядные устройства бездействующими в середине дня, а сама по себе модернизация сети съест весь годовой энергетический бюджет.

Второй альтернативой было центральное зарядное устройство высокой мощности с матрицей механических переключателей, которое могло подключаться по одной шине за раз. Это решило проблему разделения электроэнергии, но создало новое узкое место: одно-единственное отключение в системе переключения могло остановить работу всего депо.

Гибкая зарядная установка Soutya выделялась по трем причинам:

• Динамическое распределение мощности:Один блок мощностью 600 кВт может разделить свою мощность на шесть-восемь точек зарядки, давая каждой шине только ту мощность, которая ей необходима в данный момент. Распределение обновляется в режиме реального времени без ручного вмешательства.
• Модульная масштабируемость:Свая построена из сменных силовых модулей. Если парк растет, оператор может добавлять модули, не заменяя весь блок.
• Обновление сети не требуется:Поскольку свая может обеспечить настраиваемую максимальную общую нагрузку, она вписывается в существующую сеть мощностью 600 кВт, что позволяет избежать проекта трансформатора стоимостью 180 000 долларов.

Реализация: поэтапное развертывание и динамическое управление нагрузкой.

Проект был реализован за шесть недель, от подписания контракта до полной эксплуатации. Реализация состояла из четырех этапов:

1. Обследование объекта и составление макета.Команда нанесла на карту места для стоянки автобусов, прокладки кабелей и мощность существующего распределительного щита, чтобы определить оптимальное количество зарядных розеток на стопку.
2. Установка четырех свай мощностью 600 кВт,каждый оснащен восемью разъемами, всего 32 точки зарядки. Сваи были размещены между парковочными рядами, чтобы минимизировать длину и потери кабелей.
3. Интеграция с системой управления депо.Распределение мощности сваи было связано с базой данных расписания движения транспортных средств, так что автобусы с более ранним временем отправления получали приоритетную мощность.
4. Обучение персонала.Операторы зарядки были обучены чтению графиков распределения мощности и тому, что делать в редких случаях ошибки подключения.

Ключевая проблема возникла на второй неделе. Существующая электрическая комната депо не могла вместить дополнительное оборудование для защиты от перенапряжений и измерительное оборудование, необходимое для новых свай, без небольшой реконфигурации. Проблема была решена путем установки компактного распределительного щита и перевода резервных электрических нагрузок на другую фазу — небольшие строительные работы, которые добавили к графику четыре дня.

Измеримые результаты: более быстрые обороты, более низкие комиссии за спрос, меньше очередей

Эксплуатационные данные за первые три месяца эксплуатации гибких зарядных свай Soutya показали измеримые улучшения по всем направлениям.

• Время зарядки одной шины сократилось на 38%.Среднее время для батареи емкостью 200 кВтч упало с 4,5 часов до 2,2 часа, поскольку батарея могла сконцентрировать 240 кВт на одном автобусе, когда парковка была наполовину пуста.
• Плата за пиковый спрос снизилась на 28%,от $24 000 до $17 300 в месяц. Алгоритм ограничения нагрузки сваи удерживал общую потребляемую мощность депо ниже порога в 600 кВт, даже когда 20 автобусов заряжались одновременно.
• Загрузка зарядки выросла с 47% до 78%.Поскольку питание распределяется гибко, автобус, прибывающий в 14:00, может заряжаться на полную мощность, в то время как автобус, отправляющийся в 18:00, ждет своей очереди.
• Модернизации сети стоимостью 180 000 долларов удалось избежать.Стоимость проекта, включая четыре сваи и установку, составила примерно 96 000 долларов США, а это означает, что период окупаемости составил более одного года, исходя только из экономии на расходах.

Более широкое влияние было заметно в соблюдении расписания: количество автобусов, покидающих депо с уровнем заряда менее 90%, сократилось с 12 до 2 в неделю, а показатель своевременных отправлений парка увеличился с 92% до 98%.

Отзывы клиентов

Начальник депо объяснил это простыми словами:

«Гибкая свая не обеспечивает более быструю зарядку; она возвращает нам контроль над нашим графиком. Мне больше не нужно решать, какой автобус будет заряжаться первым. Электроэнергия поступает туда, где она необходима, и это изменило планы всей нашей смены».

Другой руководитель технического обслуживания добавил: «Модульная конструкция означает, что мы можем увеличить мощность, не разрушая существующую установку. Это было невозможно с нашими старыми стационарными агрегатами».

Уроки для других операторов автопарка и зарядных станций

Из этого проекта можно извлечь три урока, которые можно воспроизвести:

1. Сопоставьте конфигурацию сваи с фактическим графиком работы автобусов, а не с максимальной мощностью.Депо рассматривало модель мощностью 720 кВт, но агрегаты мощностью 600 кВт с 32 розетками лучше подходят для ротации автобусов и стоят дешевле. Понимание пикового перекрытия сроков возврата более ценно, чем покупка максимально возможной единицы.
2. Используйте алгоритм распределения полномочий с первого дня.Заводские настройки по умолчанию установлены для общего сценария. Производительность депо улучшилась только после того, как они настроили приоритеты распределения в соответствии со временем отправления и уровнем заряда батареи.
3. Планируйте рост автопарка, выбирая модульное устройство.Если оператор добавит еще 10 автобусов, он сможет вставить дополнительные силовые модули в существующие стопки. Стационарное зарядное устройство потребует совершенно новой установки и другого подключения к сети.

Самым большим сюрпризом для команды стало то, как изменение в поведении взимания платы повлияло на их общую деятельность. Переход от модели с фиксированной мощностью к модели, основанной на спросе, позволил сэкономить деньги, улучшить своевременную работу и устранить ежедневный источник стресса для персонала.

Ссылки

Для операторов, оценивающих гибкие зарядные сваи постоянного тока, следующие отраслевые стандарты предоставляют полезную информацию о безопасности и производительности:

• EN 50620:2017 — Электрические кабели для зарядки электромобилей, определяющие гибкость кабеля, устойчивость к атмосферным воздействиям и требования к напряжению для систем постоянного тока 0,6/1 кВ.
• Серия IEC 62196 — вилки, розетки и автомобильные разъемы для проводной зарядки электромобилей, удовлетворяющие требованиям к интерфейсам как переменного, так и постоянного тока (включая CCS и CHAdeMO).
• UL 1699B – Фотоэлектрическая (PV) защита от дугового замыкания постоянного тока, эталон методов обнаружения дугового замыкания постоянного тока, используемых в мощных системах зарядки постоянного тока.