Kuinka bussivarikko leikkaa huippulatauksen kustannuksia 28 % 240–720 kW:n DC joustavalla latauspaalulla

Asiakkaan tausta

Rein-Ruhrin alueen kunnallinen transit-operaattori hallinnoi 42 akkusähköbussin kalustoa ja kattaa noin 120 000 kilometriä reittiliikennettä kuukaudessa. Laivasto sijaitsee yhdellä vuonna 2019 rakennetulla varikolla, jonne asennettiin 30 kiinteää 120 kW:n tasavirtalaturia tukemaan yön ja tilaisuuksien latausta.

Kuljettajan ydintehtävä: pitää linja-autot liikenteessä vähintään 16 tuntia vuorokaudessa, mukaan lukien aamu- ja iltapäiväruuhkat. Tämä tarkoitti, että latausikkunat palvelulohkojen välillä olivat niin lyhyitä kuin 45 minuuttia. Nykyinen kiinteän laturin asettelu osoittautui liian jäykiksi näille toiminnallisille rajoituksille.

Haaste: kiinteä teho, kiinteät nopeudet ja tyhjäkäynnillä toimivat laturit

Jokainen kiinteä 120 kW:n laturi määritettiin yhdelle väylälle. Kun linja-autot palasivat aallokkoina aamu- ja iltaliikenteen jälkeen, monet laturit jäivät käyttämättä, kun taas aktiivisten luokse muodostui jono. Bussi 40 %:n latauksella tarvitsi silti 1,5 tuntia 120 kW:n laturilla – liian kauan 45 minuutin välimatkalle.

Koska varaston verkkoliitäntä rajoitettiin 600 kW:iin samanaikaiseen kuormitukseen, tehon tuominen pihalle olisi vaatinut uuden muuntajan ja pitkän lupaprosessin, jonka kustannusarvio on 180 000 dollaria. Sillä välin operaattori yritti kahta kiertotapaa:

• Linja-autojen manuaalinen aikatauluttaminen tehosta kilpailemisen välttämiseksi, mikä viivästytti lähtöaikoja ja heikensi oikea-aikaista suorituskykyä.
• Olemassa olevien laturien ohjelmointi rajoittamaan tehoa huippukysynnän aikana, mutta se vain pidensi latausaikoja ja jätti väylät alilatautumaan seuraavaa lohkoa varten.

Suora seuraus oli kasvava kasa toiminnallista kitkaa: jonot, myöhästyneet lähdöt ja kuukausittaiset kysyntäkulut, jotka jatkuvasti nousivat 24 000 dollariin. Tiimi tarvitsi latausarkkitehtuurin, joka pystyi mukauttamaan virranjaon reaaliajassa sinne, missä sitä tarvitaan, ei joukkoa kiinteitä lähtöjä.

Miksi 240–720 kW:n DC joustava latauspino

Kuljettaja arvioi kaksi vaihtoehtoa ennen kuin asettui Soutyan 240–720 kW DC Flexible Charging -latauspaalulle.

Ensimmäinen vaihtoehto oli lisätä toinen muuntaja ja ottaa käyttöön kiinteitä 120 kW latureita. Tämä lähestymistapa poistaisi jonot, mutta jättäisi silti monet laturit käyttämättä keskellä päivää, ja pelkkä verkon päivitys söisi koko vuotuisen energiabudjetin.

Toinen vaihtoehto oli suuritehoinen keskuslaturi, jossa oli mekaaninen kytkinmatriisi, joka voisi kytkeä yhden väylän kerrallaan. Se ratkaisi virranjako-ongelman, mutta loi uuden pullonkaulan: yksi kytkinjärjestelmän katkos pysäyttäisi koko varaston.

Soutyan joustava latauspino erottui joukosta kolmesta syystä:

• Dynaaminen tehonjako:Yksi 600 kW:n yksikkö voi jakaa tehonsa kuudesta kahdeksaan latauspisteeseen, mikä antaa jokaiselle väylälle vain sen hetken tarvitseman tehon. Varaus päivittyy reaaliajassa ilman manuaalista puuttumista.
• Modulaarinen skaalautuvuus:Paalu on rakennettu vaihdettavista tehomoduuleista. Jos kalusto kasvaa, käyttäjä voi lisätä moduuleja vaihtamatta koko yksikköä.
• Verkkopäivitystä ei vaadita:Koska paalu pystyy käyttämään konfiguroitavaa enimmäiskokonaiskuormitusta, se mahtuu olemassa olevaan 600 kW:n verkkoliitäntään välttäen 180 000 dollarin muuntajaprojektin.

Toteutus: Vaiheittainen käyttöönotto ja dynaaminen kuormituksen hallinta

Projekti valmistui kuuden viikon aikana sopimuksen allekirjoittamisesta täyteen käyttöön. Toteutuksessa oli neljä vaihetta:

1. Kohteen kartoitus ja layout-kartoitus.Tiimi kartoitti linja-autojen pysäköintipaikat, kaapelireitit ja nykyisen sähkökeskuksen kapasiteetin määrittääkseen optimaalisen latauspisteiden määrän kasaa kohden.
2. Neljän 600 kW paalun asennus,jokaisessa on kahdeksan liitintä yhteensä 32 latauspistettä varten. Paalut sijoitettiin pysäköintirivien väliin kaapelien pituuden ja häviöiden minimoimiseksi.
3. Integrointi varastonhallintajärjestelmään.Paalun tehonjako linkitettiin ajoneuvojen aikataulutietokantaan siten, että aikaisemmat lähtöajat saivat etusijalla voiman.
4. Henkilökunnan koulutus.Latausoperaattoreita koulutettiin lukemaan tehonjakokaavioita ja miten toimia harvoissa yhteysvirheissä.

Keskeinen haaste nousi esiin viikon toisella viikolla. Varikon olemassa olevaan sähköhuoneeseen ei ilman pientä remonttia pystytty sijoittamaan uusien paalujen vaatimaa ylimääräistä ylijännitesuojaa ja mittauslaitteita. Ongelma ratkaistiin asentamalla kompakti alajakokortti ja siirtämällä varasähkökuormat toiseen vaiheeseen – pieni rakennustyö, joka lisäsi neljä päivää aikatauluun.

Mitattavissa olevat tulokset: nopeammat käsittelyt, alhaisemmat kysyntämaksut, vähemmän jonoja

Soutyan joustavien latauspaalujen kolmen ensimmäisen käyttökuukauden käyttötiedot osoittivat mitattavissa olevia parannuksia kautta linjan.

• Latausaika linja-autoa kohden laski 38 %.200 kWh:n akun keskiarvo putosi 4,5 tunnista 2,2 tuntiin, koska kasa pystyi keskittämään 240 kW yhteen bussiin parkkipaikan ollessa puolityhjä.
• Huippukysyntähinnat laskivat 28 %.24 000 dollarista 17 300 dollariin kuukaudessa. Paalun kuormitusta rajoittava algoritmi piti varikolla kokonaiskulutuksen alle 600 kW:n rajan, vaikka 20 bussia latautui samanaikaisesti.
• Latauskäyttöaste nousi 47 prosentista 78 prosenttiin.Koska virta on reititetty joustavasti, klo 14.00 saapuva bussi voi ladata täydellä teholla, kun taas klo 18.00 lähtevä bussi odottaa vuoroaan.
• 180 000 dollarin verkkopäivitys vältettiin.Projektin kustannukset, mukaan lukien neljä paalua ja asennus, olivat noin 96 000 dollaria, mikä tarkoittaa, että takaisinmaksuaika oli yli vuosi perustuen pelkästään kysyntämaksusäästöihin.

Laajempi vaikutus näkyi aikataulun noudattamisessa: alle 90 %:n latauksella varikolta lähtevien linja-autojen määrä putosi 12:sta kahteen viikossa ja laivaston oikea-aikaiset lähdöt parani 92 %:sta 98 ​​%:iin.

Asiakaslausunto

Varaston toiminnanjohtaja ilmaisi asian yksinkertaisesti:

"Joustava pino ei tuota nopeampaa latausta, vaan antaa meille takaisin hallinnan aikatauluihimme. Minun ei enää tarvitse päättää, kumpi bussi latautuu ensin. Virta menee sinne, missä sitä tarvitaan, ja se on muuttanut tapaamme koko vuorosuunnitelmamme."

Toinen kunnossapidon valvoja lisäsi: "Modulaarinen rakenne tarkoittaa, että voimme lisätä kapasiteettia repimättä pois olemassa olevaa asennusta. Se ei ollut mahdollista vanhoilla kiinteillä yksiköillämme."

Oppitunteja muille kalusto- ja latausoperaattoreille

Tästä projektista syntyi kolme toistettavissa olevaa oppituntia:

1. Sovita pinokokoonpano todellisten väyläaikataulujen mukaan, älä enimmäistehoa.Varikko harkitsi 720 kW:n mallia, mutta 600 kW:n 32 pistorasian yksiköt sopivat paremmin linja-auton kiertoon ja maksavat vähemmän. Palautusaikojen huipun päällekkäisyyden ymmärtäminen on arvokkaampaa kuin suurimman mahdollisen yksikön ostaminen.
2. Käytä tehonjakoalgoritmia ensimmäisestä päivästä alkaen.Tehdasasetus on asetettu yleiselle skenaariolle. Varaston suorituskyky parani vasta sen jälkeen, kun ne konfiguroivat jakoprioriteetit vastaamaan lähtöaikoja ja akun varaustilaa.
3. Suunnittele laivaston kasvua valitsemalla modulaarinen yksikkö.Jos kuljettaja lisää vielä 10 linja-autoa, hän voi lisätä tehomoduuleja olemassa oleviin paaluihin. Kiinteä laturi vaatisi kokonaan uuden asennuksen ja toisen verkkoliitännän.

Suurin yllätys tiimille oli se, kuinka latauskäyttäytymisen muutos vaikutti heidän kokonaistoimintaansa. Siirtyminen kiinteän tehon mallista kysyntälähtöiseen malliin säästi rahaa, paransi oikea-aikaista suorituskykyä ja poisti päivittäisen henkilöstön stressin lähteen.

Viitteet

Toimijoille, jotka arvioivat DC-joustavia latauspaaluja, seuraavat alan standardit tarjoavat hyödyllistä kontekstia turvallisuuteen ja suorituskykyyn:

• EN 50620:2017 – Sähkökaapelit sähköajoneuvojen lataamiseen, määrittelevät kaapelin joustavuuden, säänkestävyyden ja jännitevaatimukset 0,6/1 kV tasavirtajärjestelmille.
• IEC 62196 -sarja – Pistokkeet, pistorasiat ja ajoneuvoliittimet sähköajoneuvojen johtavaan lataamiseen, kattaa sekä AC- että DC-liitäntävaatimukset (mukaan lukien CCS ja CHAdeMO).
• UL 1699B – Photovoltaic (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection, referenssi DC-kaarivian havaitsemismenetelmille, joita käytetään suuritehoisissa DC-latausjärjestelmissä.