Како аутобуска станица смањује трошкове вршног пуњења за 28% са 240–720 кВ ДЦ флексибилном гомилом за пуњење

Позадина клијента

Општински транзитни оператер у региону Рајна-Рур управља возним парком од 42 електрична аутобуса на батерије и покрива отприлике 120.000 километара редовног превоза сваког месеца. Флота се заснива на једном депоу изграђеном 2019. године, где је инсталирано 30 фиксних пуњача од 120 кВ једносмерне струје за подршку пуњења током ноћи и могућности пуњења.

Основни мандат оператера: држати аутобусе на путу најмање 16 сати дневно, укључујући јутарње и поподневне вршне периоде. То је значило да је период пуњења између сервисних блокова био кратак од само 45 минута. Постојећи распоред фиксног пуњача показао се превише крутим за ова оперативна ограничења.

Изазов: фиксна снага, фиксне цене и пуњачи у стању мировања

Сваки фиксни пуњач од 120 кВ је додељен једној магистрали. Када су се аутобуси враћали у таласима након јутарњег и вечерњег сервиса, многи пуњачи су били неактивни, док се код активних стварао ред. Аутобусу са 40% напуњености и даље је било потребно 1,5 сати на пуњачу од 120 кВ – предуго за 45-минутни прекид.

Пошто је мрежна веза депоа била ограничена на 600 кВ истовременог оптерећења, довођење веће снаге у двориште би захтевало нови трансформатор и дуготрајан процес добијања дозволе, са процењеним трошковима од 180.000 долара. У међувремену, оператер је покушао два решења:

• Ручно заказивање аутобуса како би се избегло такмичење за снагу, што је одложило време поласка и смањило перформансе на време.
• Програмирање постојећих пуњача за ограничавање излаза током вршне потражње, али то је само продужило време пуњења и оставило сабирнице недовољно напуњене за следећи блок.

Директна последица је била растућа гомила оперативних трења: чекање у редовима, пропуштени поласци и месечни трошкови потражње који су стално достизали 24.000 долара. Тиму је била потребна архитектура пуњења која би могла да прилагоди расподелу енергије у реалном времену тамо где је то било потребно, а не скуп фиксних излаза.

Зашто 240–720 кВ ДЦ флексибилна гомила за пуњење

Оператер је проценио две алтернативе пре него што се определио за флексибилно пуњење Соутиа 240–720 кВ ДЦ.

Прва алтернатива је била додавање другог трансформатора и постављање више фиксних пуњача од 120 кВ. Тај приступ би елиминисао чекање у чекању, али би и даље оставио многе пуњаче неактивне усред дана, а само надоградња мреже би појела цео годишњи енергетски буџет.

Друга алтернатива је био централни пуњач велике снаге са механичком матрицом прекидача који је могао да повеже једну по једну магистралу. Решио је проблем поделе енергије, али је створио ново уско грло: један прекид на систему прекидача зауставио би цео депо.

Соутиа флексибилна гомила за пуњење истакла се из три разлога:

• Динамичка алокација снаге:Једна јединица од 600 кВ може да подели своју снагу на шест до осам тачака пуњења, дајући свакој магистрали само снагу која јој је тренутно потребна. Алокација се ажурира у реалном времену без ручне интервенције.
• Модуларна скалабилност:Гомила је изграђена од изменљивих енергетских модула. Ако флота расте, оператер може додати модуле без замене целе јединице.
• Није потребна надоградња мреже:Пошто гомила може да обезбеди конфигурабилно максимално укупно оптерећење, она се уклапа у постојећу мрежу од 600 кВ, избегавајући пројекат трансформатора од 180.000 долара.

Имплементација: Фазна имплементација и управљање динамичким оптерећењем

Пројекат је завршен током шест недеља, од потписивања уговора до пуног рада. Имплементација је имала четири корака:

1. Истраживање локације и мапирање изгледа.Тим је мапирао позиције паркирања аутобуса, кабловске трасе и постојећи капацитет централе како би одредио оптималан број утичница за пуњење по гомили.
2. Монтажа четири шипа од 600 кВ,сваки конфигурисан са осам конектора за укупно 32 тачке за пуњење. Шипови су постављени између редова за паркирање како би се смањиле дужине каблова и губици.
3. Интеграција са системом управљања депоима.Расподела снаге гомиле била је повезана са базом података о распореду возила, тако да су аутобуси са ранијим временима поласка добили приоритетно напајање.
4. Обука особља.Оператери пуњења су обучени да читају графиконе расподеле енергије и шта да раде у ретким случајевима грешке у вези.

Кључни изазов појавио се током друге недеље. Постојећа електрична просторија депоа није могла да прими додатну опрему за заштиту од пренапона и мерење потребну за нове шипове без мале реконфигурације. Проблем је решен инсталирањем компактне под-дистрибутивне плоче и премештањем резервних електричних оптерећења у другу фазу — мањим грађевинским радовима који су додали четири дана распореду.

Резултати који се могу мерити: бржи обрти, ниже накнаде за потражњу, мање редова

Оперативни подаци из прва три месеца рада на флексибилним пуњачима Соутиа показали су мерљива побољшања у целини.

• Време пуњења по аутобусу је смањено за 38%.Просек за батерију од 200 кВх пао је са 4,5 сата на 2,2 сата, јер је гомила могла да концентрише 240 кВ на једном аутобусу када је паркинг био полупразан.
• Највећи трошкови потражње смањени су за 28%од 24.000 до 17.300 долара месечно. Алгоритам за ограничавање оптерећења гомиле задржао је укупну потрошњу депоа испод прага од 600 кВ чак и када се 20 аутобуса пунило истовремено.
• Искоришћеност пуњења порасла је са 47% на 78%.Пошто је струја флексибилно усмеравана, аутобус који стиже у 14:00 може да се пуни пуном снагом док аутобус који треба да пође у 18:00 чека свој ред.
• Избегнута је надоградња мреже од 180.000 долара.Цена пројекта, укључујући четири гомиле и инсталацију, износила је отприлике 96.000 долара, што значи да је период отплате био преко годину дана само на основу уштеде трошкова.

Шири утицај је био видљив у придржавању распореда: број аутобуса који напуштају депо са мање од 90% напуњености пао је са 12 на 2 недељно, а стопа правовремених одлазака флоте побољшала се са 92% на 98%.

Цлиент Тестимониал

Оперативни менаџер депоа је то једноставно изразио:

„Флексибилна гомила не обезбеђује брже пуњење; враћа нам контролу над нашим распоредом. Више не морам да одлучујем који аутобус ће се први пунити. Струја иде тамо где је потребна, а то је променило начин на који планирамо читаву смену.“

Други надзорник одржавања је додао: „Модуларни дизајн значи да можемо надоградити капацитет без кидања постојеће инсталације. То није било могуће са нашим старим фиксним јединицама.“

Лекције за друге оператере флоте и пуњења

Из овог пројекта произашле су три поновљиве лекције:

1. Ускладите конфигурацију гомиле са стварним распоредом аутобуса, а не са максималном снагом.Депо је сматрао модел од 720 кВ, али јединице од 600 кВ са 32 излаза боље одговарају ротацији аутобуса и коштају мање. Разумевање вршног преклапања времена повратка вредније је од куповине највеће могуће јединице.
2. Користите алгоритам за доделу снаге од првог дана.Фабричка вредност је подешена за генерички сценарио. Перформансе депоа су се побољшале тек након што су конфигурисали приоритете алокације тако да одговарају времену поласка и стању напуњености батерије.
3. Планирајте раст флоте одабиром модуларне јединице.Ако оператер дода још 10 аутобуса, може да убаци додатне енергетске модуле у постојеће гомиле. Фиксни пуњач би захтевао потпуно нову инсталацију и још једну мрежну везу.

Највеће изненађење за тим било је како је промена у понашању наплате утицала на њихове укупне операције. Прелазак са модела фиксне снаге на модел заснован на потражњи уштедео је новац, побољшао перформансе на време и елиминисао свакодневни извор стреса особља.

Референце

За оператере који процењују ДЦ флексибилне гомиле за пуњење, следећи индустријски стандарди пружају користан контекст о безбедности и перформансама:

• ЕН 50620:2017 – Електрични каблови за пуњење електричних возила, дефинисање флексибилности каблова, отпорности на временске услове и напона за 0,6/1 кВ ДЦ системе.
• ИЕЦ 62196 серија – Утикачи, утичнице и конектори за возила за проводљиво пуњење електричних возила, покривајући захтеве за АЦ и ДЦ интерфејс (укључујући ЦЦС и ЦХАдеМО).
• УЛ 1699Б – Фотонапонска (ПВ) заштита струјног круга од ДЦ лука, референца за методе детекције кварова ДЦ лука које се користе у системима за пуњење једносмерном струјом велике снаге.