Jak autobusové depo snížilo náklady na špičkové nabíjení o 28 % pomocí flexibilního nabíjecího zásobníku stejnosměrného proudu o výkonu 240–720 kW

Zákazník pozadí

Provozovatel městské dopravy v regionu Porýní-Porúří spravuje flotilu 42 bateriových elektrických autobusů a každý měsíc urazí zhruba 120 000 kilometrů pravidelné linky. Flotila je založena v jediném depu postaveném v roce 2019, kde bylo instalováno 30 pevných 120 kW stejnosměrných nabíječek pro podporu nočního a příležitostného nabíjení.

Hlavní mandát provozovatele: udržet autobusy na silnici minimálně 16 hodin denně, včetně ranních a odpoledních špiček. To znamenalo, že doba nabíjení mezi servisními bloky byla pouhých 45 minut. Stávající uspořádání pevné nabíječky se ukázalo jako příliš tuhé pro tato provozní omezení.

Výzva: Pevný výkon, pevné sazby a nečinné nabíječky

Každá pevná 120 kW nabíječka byla přiřazena k jedné sběrnici. Když se autobusy po ranním a večerním spoji vracely ve vlnách, mnoho nabíječek sedělo nečinně, zatímco se u aktivních tvořila fronta. Autobus s 40% stavem nabití stále potřeboval 1,5 hodiny na 120 kW nabíječce – příliš dlouho na 45minutovou přestávku.

Vzhledem k tomu, že síťové připojení depa bylo omezeno na 600 kW současného zatížení, přivedení většího výkonu do loděnice by vyžadovalo nový transformátor a zdlouhavý povolovací proces s odhadovanými náklady 180 000 USD. Mezitím operátor vyzkoušel dvě řešení:

• Ruční plánování autobusů, aby se zabránilo soupeření o výkon, což zpožďovalo časy odjezdů a snižovalo výkon včas.
• Naprogramování stávajících nabíječek tak, aby omezily výkon během špičkového odběru, ale pouze prodloužilo dobu nabíjení a způsobilo, že autobusy byly podbité na další blok.

Přímým důsledkem byla rostoucí hromada provozních třenic: fronty, zmeškané odjezdy a měsíční poplatky za poptávku, které trvale dosahovaly 24 000 USD. Tým potřeboval nabíjecí architekturu, která by dokázala přizpůsobit alokaci energie v reálném čase tam, kde je potřeba, nikoli sadu pevných výstupů.

Proč flexibilní nabíjecí hromada 240–720 kW DC

Operátor vyhodnotil dvě alternativy, než se rozhodl pro flexibilní nabíjecí hromadu Soutya 240–720 kW DC.

První alternativou bylo přidání druhého transformátoru a nasazení více pevných 120 kW nabíječek. Tento přístup by odstranil fronty, ale i tak by mnoho nabíječek uprostřed dne zůstalo nečinných a samotná modernizace sítě by spotřebovala celý roční energetický rozpočet.

Druhou alternativou byla centrální vysokovýkonná nabíječka s mechanickou spínací maticí, která dokázala připojit vždy jednu sběrnici. Vyřešilo to problém sdílení energie, ale vytvořilo nové úzké hrdlo: jediný výpadek systému výhybek by zastavil celé depo.

Flexibilní nabíjecí hromada Soutya vynikla ze tří důvodů:

• Dynamická alokace výkonu:Jedna 600 kW jednotka může rozdělit svůj výkon na šest až osm nabíjecích bodů, takže každý autobus dostane pouze výkon, který v danou chvíli potřebuje. Alokace se aktualizuje v reálném čase bez ručního zásahu.
• Modulární škálovatelnost:Hromada je postavena z vyměnitelných napájecích modulů. Pokud se vozový park rozroste, může operátor přidávat moduly bez výměny celé jednotky.
• Není potřeba žádný upgrade sítě:Vzhledem k tomu, že hromada může vynutit konfigurovatelné maximální celkové zatížení, vejde se do stávajícího připojení k síti 600 kW, čímž se vyhne projektu transformátoru v hodnotě 180 000 USD.

Implementace: Fázované zavádění a dynamické řízení zátěže

Projekt byl dokončen během šesti týdnů, od podpisu smlouvy až po plný provoz. Implementace měla čtyři kroky:

1. Průzkum místa a mapování rozložení.Tým zmapoval pozice pro parkování autobusů, kabelové trasy a stávající kapacitu rozvaděče, aby určil optimální počet nabíjecích zásuvek na hromadu.
2. Instalace čtyř pilot o výkonu 600 kW,každý je nakonfigurován s osmi konektory pro celkem 32 nabíjecích bodů. Piloty byly umístěny mezi parkovací řady, aby se minimalizovaly délky kabelů a ztráty.
3. Integrace se systémem řízení depa.Přidělování výkonu hromady bylo propojeno s databází jízdních řádů vozidel, takže autobusy s dřívějšími časy odjezdů dostávaly přednostní napájení.
4. Školení personálu.Operátoři nabíjení byli vyškoleni ve čtení grafů rozdělení výkonu a v tom, co dělat ve vzácných případech chyby připojení.

Během druhého týdne se objevila klíčová výzva. Stávající elektrická místnost depa nemohla bez malé přestavby pojmout další přepěťovou ochranu a měřicí zařízení potřebné pro nové piloty. Problém byl vyřešen instalací kompaktního podružného rozvaděče a přesunem záložních elektrických zátěží do jiné fáze – drobná stavební práce, která přidala do plánu čtyři dny.

Kvantifikovatelné výsledky: Rychlejší obraty, nižší poplatky za poptávku, méně front

Provozní údaje z prvních tří měsíců provozu na flexibilních nabíjecích pilotech Soutya ukázaly měřitelná zlepšení ve všech oblastech.

• Doba nabíjení na autobus klesla o 38 %.Průměr pro 200 kWh baterii klesl ze 4,5 hodiny na 2,2 hodiny, protože hromada mohla soustředit 240 kW na jeden autobus, když bylo parkoviště poloprázdné.
• Poplatky za špičkovou spotřebu klesly o 28 %,od 24 000 USD do 17 300 USD měsíčně. Algoritmus omezující zatížení hromady udržoval celkový odběr vozovny pod hranicí 600 kW, i když se současně nabíjelo 20 autobusů.
• Využití nabíjení vzrostlo ze 47 % na 78 %.Protože je napájení flexibilně směrováno, autobus přijíždějící ve 14:00 se může nabíjet na plný výkon, zatímco autobus s plánovaným odjezdem v 18:00 čeká na řadu.
• Upgrade sítě za 180 000 USD se vyhnul.Náklady na projekt, včetně čtyř pilot a instalace, dosáhly zhruba 96 000 USD, což znamená, že doba návratnosti byla více než jeden rok, a to pouze na základě úspor nákladů na poptávce.

Širší dopad byl viditelný v dodržování jízdního řádu: počet autobusů vyjíždějících z vozovny s méně než 90% stavem nabití klesl z 12 na 2 týdně a míra včasných odjezdů vozového parku se zlepšila z 92 % na 98 %.

Posudek klienta

Provozní manažer depa to vyjádřil jednoduše:

"Flexibilní zásobník nezajistí rychlejší nabíjení; dává nám zpět kontrolu nad naším rozvrhem. Už se nemusím rozhodovat, který autobus se začne nabíjet jako první. Energie jde tam, kde je potřeba, a to změnilo způsob, jakým máme plány celé směny."

Další vedoucí údržby dodal: "Modulární design znamená, že můžeme zvýšit kapacitu, aniž bychom vytrhli stávající instalaci. To nebylo možné s našimi starými pevnými jednotkami."

Lekce pro ostatní operátory vozového parku a nabíjení

Z tohoto projektu vzešly tři opakovatelné lekce:

1. Přizpůsobte konfiguraci hromady skutečným harmonogramům sběrnice, nikoli maximálnímu výkonu.Depo uvažovalo o 720 kW modelu, ale 600 kW jednotky s 32 zásuvkami lépe vyhovují rotaci autobusu a stojí méně. Pochopení maximálního překrytí dob návratnosti je cennější než nákup největší možné jednotky.
2. Používejte algoritmus přidělení energie od prvního dne.Výchozí tovární nastavení je nastaveno pro obecný scénář. Výkon depa se zlepšil až poté, co nakonfigurovali priority přidělování tak, aby odpovídaly časům odjezdů a stavu nabití baterie.
3. Plánujte růst vozového parku výběrem modulární jednotky.Pokud provozovatel přidá dalších 10 autobusů, může do stávajících pilot vložit další napájecí moduly. Pevná nabíječka by vyžadovala zcela novou instalaci a další připojení k síti.

Největším překvapením pro tým bylo, jak změna chování při nabíjení ovlivnila jejich celkový provoz. Přechod od modelu s pevným výkonem k modelu založenému na poptávce ušetřil peníze, zlepšil výkon včas a odstranil každodenní zdroj stresu zaměstnanců.

Reference

Pro operátory, kteří vyhodnocují stejnosměrné flexibilní nabíjecí baterie, poskytují následující průmyslové normy užitečný kontext bezpečnosti a výkonu:

• EN 50620:2017 – Elektrické kabely pro nabíjení elektrických vozidel, definující flexibilitu kabelů, odolnost vůči povětrnostním vlivům a požadavky na napětí pro systémy 0,6/1 kV DC.
• Řada IEC 62196 – Zástrčky, zásuvky a automobilové konektory pro vodivé nabíjení elektrických vozidel, které pokrývají požadavky na AC i DC rozhraní (včetně CCS a CHAdeMO).
• UL 1699B – Fotovoltaická (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection, reference pro metody detekce stejnosměrného oblouku používané ve vysokovýkonných DC nabíjecích systémech.