چگونه یک انبار اتوبوس با شمع شارژ منعطف DC ۲۴۰ تا ۷۲۰ کیلووات، اوج شارژ هزینه را ۲۸ درصد کاهش می‌دهد

پیشینه مشتری

یک اپراتور ترانزیت شهری در منطقه راین-روهر ناوگانی متشکل از 42 اتوبوس برقی باطری را مدیریت می کند و تقریباً 120000 کیلومتر سرویس برنامه ریزی شده را هر ماه پوشش می دهد. این ناوگان در یک انبار واحد است که در سال 2019 ساخته شده است، جایی که 30 شارژر ثابت 120 کیلوواتی DC برای پشتیبانی از شارژ شبانه و فرصتی نصب شده است.

دستور اصلی اپراتور: اتوبوس ها را حداقل 16 ساعت در روز در جاده نگه دارید، از جمله اوج صبح و بعد از ظهر. این بدان معناست که شارژ کردن پنجره‌ها بین بلوک‌های سرویس به 45 دقیقه کوتاه است. طرح‌بندی شارژر ثابت موجود برای این محدودیت‌های عملیاتی بسیار سفت و سخت بود.

چالش: برق ثابت، نرخ های ثابت و شارژرهای بیکار

هر شارژر 120 کیلوواتی ثابت به یک اتوبوس اختصاص داده شد. وقتی اتوبوس‌ها بعد از سرویس صبح و عصر به صورت موجی برمی‌گشتند، بسیاری از شارژرها بیکار می‌نشستند در حالی که صف شارژرهای فعال تشکیل می‌شد. اتوبوسی با وضعیت شارژ 40 درصدی همچنان به 1.5 ساعت با یک شارژر 120 کیلوواتی نیاز دارد که برای توقف 45 دقیقه‌ای بسیار طولانی است.

از آنجایی که اتصال به شبکه انبار به 600 کیلووات بار هم‌زمان محدود بود، آوردن نیروی بیشتر به حیاط به یک ترانسفورماتور جدید و یک پروسه مجوز طولانی با هزینه تخمینی 180000 دلار نیاز داشت. در این بین، اپراتور دو راه حل را امتحان کرد:

• برنامه‌ریزی دستی اتوبوس‌ها برای جلوگیری از رقابت برای برق، که زمان حرکت را به تاخیر انداخت و عملکرد به‌موقع را کاهش داد.
• برنامه‌ریزی شارژرهای موجود برای محدود کردن خروجی در زمان اوج تقاضا، اما این کار فقط زمان شارژ را افزایش داد و اتوبوس‌ها را برای بلوک بعدی کم شارژ کرد.

پیامد مستقیم انبوهی از اصطکاک عملیاتی بود: صف‌بندی، خروج از دست رفته و هزینه‌های تقاضای ماهانه که به طور مداوم به 24000 دلار می‌رسید. این تیم به یک معماری شارژ نیاز داشت که بتواند تخصیص توان را در زمان واقعی با جایی که مورد نیاز بود تطبیق دهد، نه مجموعه ای از خروجی های ثابت.

چرا شمع شارژ منعطف DC ۲۴۰–۷۲۰ کیلووات؟

اپراتور دو گزینه را قبل از استقرار در شمع شارژ منعطف DC 240–720 کیلووات Soutya ارزیابی کرد.

اولین جایگزین، افزودن ترانسفورماتور دوم و استقرار شارژرهای ثابت 120 کیلوواتی بود. این رویکرد صف را از بین می‌برد، اما همچنان بسیاری از شارژرها را در وسط روز بی‌کار می‌گذارد، و ارتقای شبکه به تنهایی کل بودجه انرژی سالانه را می‌خورد.

جایگزین دوم یک شارژر مرکزی با توان بالا با ماتریس سوئیچ مکانیکی بود که می توانست یک اتوبوس را در یک زمان به هم متصل کند. مشکل اشتراک برق را حل کرد اما یک گلوگاه جدید ایجاد کرد: یک قطع واحد در سیستم سوئیچ کل انبار را متوقف می کرد.

شمع شارژ انعطاف پذیر Soutya به سه دلیل متمایز بود:

• تخصیص توان دینامیکی:یک واحد 600 کیلوواتی می‌تواند خروجی خود را در شش تا هشت نقطه شارژ تقسیم کند و به هر اتوبوس فقط توان مورد نیاز در لحظه را بدهد. تخصیص به روز رسانی در زمان واقعی بدون دخالت دستی.
• مقیاس پذیری مدولار:شمع از ماژول های قدرت قابل تعویض ساخته شده است. اگر ناوگان رشد کند، اپراتور می تواند ماژول ها را بدون تعویض کل واحد اضافه کند.
• بدون نیاز به ارتقاء شبکه:از آنجایی که شمع می تواند حداکثر بار کل قابل تنظیم را اعمال کند، در اتصال شبکه 600 کیلوواتی موجود قرار می گیرد و از پروژه ترانسفورماتور 180000 دلاری اجتناب می کند.

پیاده سازی: استقرار مرحله ای و مدیریت بار پویا

این پروژه در مدت شش هفته از امضای قرارداد تا بهره برداری کامل تکمیل شد. اجرا چهار مرحله داشت:

1. بررسی سایت و نقشه برداری طرح.این تیم موقعیت‌های پارک اتوبوس، مسیرهای کابلی و ظرفیت تابلوی برق موجود را برای تعیین تعداد بهینه خروجی‌های شارژ در هر شمع نقشه‌برداری کردند.
2. نصب چهار شمع 600 کیلووات،هر کدام با هشت کانکتور برای مجموع 32 نقطه شارژ پیکربندی شده اند. شمع ها بین ردیف های پارکینگ قرار گرفتند تا طول کابل و تلفات به حداقل برسد.
3. ادغام با سیستم مدیریت انبارتخصیص توان شمع به پایگاه داده برنامه ریزی خودرو مرتبط بود، به طوری که اتوبوس هایی با زمان حرکت زودتر، برق اولویت را دریافت کردند.
4. آموزش کارکنان.اپراتورهای شارژ در مورد خواندن نمودارهای تخصیص توان و اینکه در موارد نادر خطای اتصال چه کاری انجام دهند آموزش دیده بودند.

یک چالش کلیدی در هفته دوم ظاهر شد. اتاق برق موجود انبار نمی‌توانست تجهیزات حفاظت از نوسانات اضافی و اندازه‌گیری مورد نیاز برای شمع‌های جدید را بدون یک پیکربندی مجدد کوچک در خود جای دهد. این مشکل با نصب یک تخته توزیع فرعی فشرده و انتقال بارهای الکتریکی پشتیبان به فاز دیگری حل شد - یک کار عمرانی جزئی که چهار روز به برنامه اضافه کرد.

نتایج قابل سنجش: چرخش سریع‌تر، هزینه‌های تقاضای کمتر، صف‌های کمتر

داده‌های عملیاتی از سه ماه اول اجرای شمع‌های شارژ انعطاف‌پذیر Soutya، پیشرفت‌های قابل‌اندازه‌گیری را در سراسر صفحه نشان داد.

• زمان شارژ هر اتوبوس 38 درصد کاهش یافته است.میانگین باتری 200 کیلووات ساعتی از 4.5 ساعت به 2.2 ساعت کاهش یافت، زیرا شمع می‌توانست 240 کیلووات را روی یک اتوبوس متمرکز کند، زمانی که پارکینگ نیمه خالی بود.
• هزینه های پیک تقاضا 28 درصد کاهش یافتاز 24000 دلار تا 17300 دلار در ماه. الگوریتم محدود کننده بار شمع، جذب کل انبار را زیر آستانه 600 کیلووات نگه داشت، حتی زمانی که 20 اتوبوس به طور همزمان شارژ می شدند.
• میزان استفاده از شارژ از 47 درصد به 78 درصد افزایش یافته است.از آنجایی که برق به‌طور انعطاف‌پذیری هدایت می‌شود، اتوبوسی که ساعت ۲ بعدازظهر می‌رسد می‌تواند با قدرت کامل شارژ شود در حالی که اتوبوسی که قرار است ساعت ۶ بعدازظهر حرکت کند، نوبت خود را می‌کشد.
• از ارتقاء شبکه 180000 دلاری اجتناب شد.هزینه پروژه، شامل چهار شمع و نصب، تقریباً به 96000 دلار رسید، به این معنی که دوره بازپرداخت بیش از یک سال بر اساس صرفه جویی در هزینه تقاضا بود.

تأثیر گسترده‌تر در پایبندی به برنامه قابل مشاهده بود: تعداد اتوبوس‌هایی که از انبار خارج می‌شوند با وضعیت شارژ کمتر از 90 درصد از 12 به 2 اتوبوس در هفته کاهش یافت و نرخ حرکت به‌موقع ناوگان از 92 درصد به 98 درصد بهبود یافت.

گواهی مشتری

مدیر عملیات انبار آن را به زبان ساده بیان می کند:

شمع انعطاف‌پذیر شارژ سریع‌تری را ارائه نمی‌کند؛ به ما کنترل بر برنامه‌مان را باز می‌گرداند. دیگر مجبور نیستم تصمیم بگیرم که کدام اتوبوس اول شارژ شود. برق به جایی می‌رود که لازم است، و این شیوه برنامه‌ریزی کل شیفت ما را تغییر داده است.»

یکی دیگر از سرپرستان تعمیر و نگهداری اضافه کرد: "طراحی مدولار به این معنی است که می توانیم ظرفیت را بدون از بین بردن تاسیسات موجود ارتقا دهیم. این با واحدهای ثابت قدیمی ما امکان پذیر نبود."

درسهایی برای سایر اپراتورهای ناوگان و شارژ

سه درس قابل تکرار از این پروژه پدید آمد:

1. پیکربندی شمع را با برنامه های اتوبوس واقعی مطابقت دهید، نه حداکثر توان.این انبار یک مدل 720 کیلوواتی را در نظر گرفت، اما واحدهای 600 کیلوواتی با 32 خروجی مناسب تر با چرخش اتوبوس هستند و هزینه کمتری دارند. درک اوج همپوشانی زمان های بازگشت با ارزش تر از خرید بزرگترین واحد ممکن است.
2. از روز اول از الگوریتم تخصیص توان استفاده کنید.پیش فرض کارخانه برای یک سناریوی عمومی تنظیم شده است. عملکرد انبار تنها پس از پیکربندی اولویت‌های تخصیص برای مطابقت با زمان حرکت و وضعیت شارژ باتری بهبود یافت.
3. با انتخاب واحد مدولار برای رشد ناوگان برنامه ریزی کنید.اگر اپراتور 10 اتوبوس دیگر اضافه کند، می تواند ماژول های قدرت اضافی را در شمع های موجود قرار دهد. یک شارژر ثابت نیاز به نصب کاملاً جدید و اتصال شبکه دیگری دارد.

بزرگترین شگفتی برای تیم این بود که چگونه تغییر در رفتار شارژ بر عملکرد کلی آنها تأثیر گذاشت. تغییر از یک مدل توان ثابت به مدل مبتنی بر تقاضا باعث صرفه جویی در هزینه، بهبود عملکرد به موقع و حذف منبع استرس روزانه کارکنان شد.

مراجع

برای اپراتورهایی که شمع های شارژ انعطاف پذیر DC را ارزیابی می کنند، استانداردهای صنعتی زیر زمینه مفیدی را در مورد ایمنی و عملکرد ارائه می دهند:

• EN 50620:2017 - کابل‌های الکتریکی برای شارژ وسایل نقلیه الکتریکی، تعریف انعطاف‌پذیری کابل، مقاومت در برابر آب و هوا و الزامات ولتاژ برای سیستم‌های 0.6/1 kV DC.
• سری IEC 62196 - دوشاخه ها، پریزها، و کانکتورهای وسیله نقلیه برای شارژ رسانا وسایل نقلیه الکتریکی، که الزامات رابط AC و DC (از جمله CCS و CHAdeMO) را پوشش می دهند.
• UL 1699B – حفاظت از مدارهای فتوولتائیک (PV) DC Arc-Fault Circuit، مرجعی برای روش‌های تشخیص خطای قوس DC مورد استفاده در سیستم‌های شارژ DC با توان بالا.