Hogyan csökkenti egy buszpályaudvar 28%-kal a csúcstöltési költségeket egy 240–720 kW-os egyenáramú, rugalmas töltőkészlettel

Ügyfél háttér

A Rajna-Ruhr régió egyik települési tranzitszolgáltatója 42 akkumulátoros elektromos buszból álló flottát kezel, és havonta nagyjából 120 000 kilométert tesz meg menetrend szerint. A flotta egy 2019-ben épült depóban működik, ahol 30 db fix, 120 kW-os egyenáramú töltőt telepítettek az éjszakai és az alkalmi töltés támogatására.

Az üzemeltető alapvető feladata: a délelőtti és délutáni csúcsidőszakot is beleértve legalább napi 16 órán keresztül közlekedjenek az autóbuszokon. Ez azt jelentette, hogy a szolgáltatási blokkok közötti töltési idők mindössze 45 percig tartottak. A meglévő fix töltők elrendezése túl merevnek bizonyult ezekhez a működési korlátokhoz.

A kihívás: fix teljesítmény, fix díjak és üresjárati töltők

Minden rögzített 120 kW-os töltő egyetlen buszhoz volt hozzárendelve. Amikor a buszok hullámokban tértek vissza a reggeli és esti járat után, sok töltő tétlenül ült, míg az aktívaknál sor alakult ki. Egy 40%-os töltöttségi állapotú busznak még 1,5 órára volt szüksége egy 120 kW-os töltőn – ez túl sok a 45 perces szünethez.

Mivel a depó hálózati csatlakozását 600 kW egyidejű terhelésre korlátozták, a nagyobb teljesítmény eléréséhez új transzformátorra és hosszadalmas engedélyezési eljárásra lett volna szükség, amelynek becsült költsége 180 000 dollár. Időközben a kezelő két megoldást próbált ki:

• A buszok manuális ütemezése, hogy elkerülje a teljesítményért való versengést, ami késleltette az indulási időket és csökkentette a pontos teljesítményt.
• A meglévő töltők programozása úgy, hogy korlátozza a teljesítményt csúcsigény idején, de ez csak meghosszabbította a töltési időt, és a buszokat alul töltötte a következő blokkhoz.

Ennek közvetlen következménye a működési súrlódások növekvő halma volt: sorban állás, elmulasztott indulások és havi keresleti díjak, amelyek folyamatosan elérték a 24 000 dollárt. A csapatnak olyan töltési architektúrára volt szüksége, amely valós időben képes az energiaelosztást a szükséges helyekhez igazítani, nem pedig rögzített kimenetekre.

Miért a 240–720 kW-os DC rugalmas töltőhalom?

Az üzemeltető két alternatívát értékelt, mielőtt a Soutya 240–720 kW-os DC Flexible Charging Pile-re telepedett volna.

Az első alternatíva egy második transzformátor hozzáadása és több rögzített 120 kW-os töltő telepítése volt. Ez a megközelítés megszüntetné a sorban állást, de sok töltő továbbra is tétlenül maradna a nap közepén, és a hálózat bővítése önmagában felemésztené a teljes éves energiaköltségvetést.

A második alternatíva egy központi, nagy teljesítményű töltő volt, mechanikus kapcsolómátrixszal, amely egyszerre egy buszt tudott csatlakoztatni. Megoldotta az árammegosztási problémát, de új szűk keresztmetszetet teremtett: a kapcsolórendszer egyetlen kiesése leállítaná az egész raktárt.

A Soutya rugalmas töltőhalom három okból tűnt ki:

• Dinamikus teljesítményelosztás:Egyetlen 600 kW-os egység hat-nyolc töltési pontra képes felosztani a teljesítményét, így mindegyik busznak csak annyi energiát biztosít, amennyire éppen szüksége van. Az elosztás valós időben frissül manuális beavatkozás nélkül.
• Moduláris skálázhatóság:A kupac cserélhető tápegységekből épül fel. Ha a flotta növekszik, a kezelő modulokat adhat hozzá anélkül, hogy a teljes egységet cserélné.
• Nincs szükség rácsfrissítésre:Mivel a cölöp konfigurálható maximális összterhelést képes kikényszeríteni, belefér a meglévő 600 kW-os hálózati csatlakozásba, elkerülve a 180 000 dolláros transzformátorprojektet.

Megvalósítás: Fázisos telepítés és dinamikus terheléskezelés

A projekt a szerződés aláírásától a teljes üzembe helyezésig hat hét alatt fejeződött be. A megvalósítás négy lépésből állt:

1. Helyszín felmérés és elrendezés feltérképezése.A csapat feltérképezte a buszparkolóhelyeket, a kábel útvonalakat és a meglévő kapcsolószekrény kapacitást, hogy meghatározza az optimális töltőaljzatok számát halmonként.
2. Négy 600 kW-os cölöp telepítése,mindegyik nyolc csatlakozóval van konfigurálva, összesen 32 töltési ponthoz. A cölöpöket a parkolósorok közé helyezték, hogy minimalizálják a kábelhosszakat és a veszteségeket.
3. Integráció a depó menedzsment rendszerrel.A halom teljesítményallokációját összekapcsolták a jármű menetrendi adatbázisával, így a korábbi indulási időpontokkal rendelkező buszok elsőbbségi áramot kaptak.
4. A személyzet képzése.A töltéskezelőket kioktatták a teljesítményallokációs grafikonok leolvasására, és arra, hogy mit kell tenni ritka csatlakozási hiba esetén.

A második héten egy kulcsfontosságú kihívás jelent meg. Az új cölöpökhöz szükséges plusz túlfeszültség-védelmi és mérőberendezéseket a depó meglévő elektromos helyisége kisebb átalakítás nélkül nem tudta befogadni. A problémát egy kompakt alelosztó tábla felszerelésével és a tartalék elektromos terhelések másik fázisba való áthelyezésével oldották meg – ez egy kisebb építési munka, amely négy nappal bővítette az ütemtervet.

Számszerűsíthető eredmények: gyorsabb átfutás, alacsonyabb keresleti díjak, kevesebb sorban állás

A Soutya rugalmas töltőcölöpök első három hónapjának működési adatai mérhető javulást mutattak az egész területen.

• Az egy buszra jutó töltési idő 38%-kal csökkent.A 200 kWh-s akkumulátor átlaga 4,5 óráról 2,2 órára esett, mivel a halom 240 kW-ot tudott egyetlen buszra koncentrálni, amikor a parkoló félig üres volt.
• A csúcsigényi díjak 28%-kal csökkentekhavi 24 000 és 17 300 dollár között. A halom terheléskorlátozó algoritmusa a 600 kW-os küszöb alatt tartotta a raktár teljes fogyasztását, még akkor is, ha 20 busz töltött egyidejűleg.
• A töltéskihasználtság 47%-ról 78%-ra emelkedett.Mivel az áramellátás rugalmasan van elosztva, a 14:00-kor érkező busz teljes teljesítménnyel tölthet, míg a menetrend szerint 18:00-kor induló busz várja a sorát.
• A 180 000 dolláros hálózatbővítést elkerülték.A projekt költsége, beleértve a négy cölöpöt és a telepítést is, nagyjából 96 000 dollár volt, ami azt jelenti, hogy a megtérülési idő több mint egy év volt, pusztán az igény-díj megtakarítások alapján.

A szélesebb körű hatás a menetrend betartásában mutatkozott meg: heti 12-ről 2-re esett vissza a 90% alatti töltöttséggel a depóból induló autóbuszok száma, a flotta pontos indulási aránya pedig 92%-ról 98%-ra javult.

Ügyfél ajánlása

A depó üzemeltetési vezetője egyszerűen fogalmazott:

"A rugalmas halom nem ad gyorsabb töltést, hanem visszaadja az irányítást a menetrendünk felett. Többé nem kell eldöntenem, hogy melyik busz töltse fel először. Az áram oda megy, ahol szükség van rá, és ez megváltoztatta az egész műszaktervünket."

Egy másik karbantartási felügyelő hozzátette: "A moduláris felépítés azt jelenti, hogy a kapacitást anélkül tudjuk növelni, hogy kiszakítanánk a meglévő berendezést. Ez a régi fix egységeinkkel nem volt lehetséges."

Leckék más flotta- és töltéskezelők számára

Ebből a projektből három megismételhető tanulság született:

1. A halom konfigurációját igazítsa a tényleges buszmenetrendekhez, ne a maximális teljesítményhez.A depó 720 kW-os modellt vett figyelembe, de a 600 kW-os, 32 kivezetéses egységek jobban illeszkednek a buszfordulatszámhoz és olcsóbbak. A visszaküldési idők csúcsátfedésének megértése értékesebb, mint a lehető legnagyobb egység vásárlása.
2. Az első naptól kezdve használja az energiaelosztási algoritmust.A gyári alapértelmezés egy általános forgatókönyvhöz van beállítva. A depó teljesítménye csak azután javult, hogy a kiosztási prioritásokat úgy konfigurálták, hogy azok megfeleljenek az indulási időknek és az akkumulátor töltöttségi állapotának.
3. Tervezze meg a flotta növekedését egy moduláris egység kiválasztásával.Ha az üzemeltető további 10 buszt ad hozzá, további teljesítménymodulokat helyezhet be a meglévő cölöpökbe. A rögzített töltőhöz teljesen új telepítésre és egy másik hálózati csatlakozásra lenne szükség.

A csapat legnagyobb meglepetése az volt, hogy a töltési viselkedés változása hogyan befolyásolta általános működésüket. A fix teljesítményű modellről a keresletvezérelt modellre való átállás pénzt takarított meg, javította a pontos teljesítményt, és megszűnt a napi stresszforrás.

Hivatkozások

Az egyenáramú rugalmas töltőcölöpöket értékelő kezelők számára a következő iparági szabványok hasznos kontextust biztosítanak a biztonság és a teljesítmény tekintetében:

• EN 50620:2017 – Elektromos kábelek elektromos járművek töltéséhez, amelyek meghatározzák a kábelek rugalmasságát, időjárásállóságát és feszültségkövetelményeit a 0,6/1 kV-os egyenáramú rendszerek számára.
• IEC 62196 sorozat – Dugók, dugaszolóaljzatok és járműcsatlakozók elektromos járművek vezetőképes töltéséhez, mind a váltakozó, mind az egyenáramú interfész követelményeinek lefedésével (beleértve a CCS-t és a CHAdeMO-t).
• UL 1699B – Fotovoltaikus (PV) egyenáramú ívhibaáramkör-védelem, referencia a nagy teljesítményű egyenáramú töltőrendszerekben használt egyenáramú ívhiba észlelési módszerekhez.