Bir Otobüs Deposu 240-720kW DC Esnek Şarj Yığınıyla En Yüksek Şarj Maliyetlerini Nasıl %28 Azalttı?

Müşteri Geçmişi

Ren-Ruhr bölgesindeki bir belediye toplu taşıma operatörü, 42 adet akülü elektrikli otobüsten oluşan bir filoyu yönetiyor ve her ay yaklaşık 120.000 kilometrelik planlı hizmeti yerine getiriyor. Filo, 2019'da inşa edilen tek bir depoda bulunuyor; burada gece şarjını ve fırsat şarjını desteklemek için 30 adet sabit 120 kW DC şarj cihazı kuruldu.

Operatörün temel görevi: sabah ve öğleden sonra yoğun dönemler de dahil olmak üzere otobüsleri günde en az 16 saat yolda tutmak. Bu, servis blokları arasındaki şarj aralıklarının 45 dakika kadar kısa olduğu anlamına geliyordu. Mevcut sabit şarj cihazı düzeninin bu operasyonel kısıtlamalar için fazla katı olduğu ortaya çıktı.

Zorluk: Sabit Güç, Sabit Oranlar ve Boşta Şarj Cihazları

Her 120 kW'lık sabit şarj cihazı tek bir veri yoluna atandı. Otobüsler sabah ve akşam seferlerinin ardından dalgalar halinde geri döndüğünde, birçok şarj cihazı boşta kalırken aktif olanlarda kuyruk oluştu. %40 şarjlı bir otobüsün 120 kW'lık şarj cihazıyla hâlâ 1,5 saate ihtiyacı vardı; bu, 45 dakikalık bir bekleme için çok uzun bir süreydi.

Deponun şebeke bağlantısı 600 kW'lık eş zamanlı yük ile sınırlı olduğundan, sahaya daha fazla güç getirmek, yeni bir transformatör ve uzun bir izin süreci gerektirecek ve tahmini maliyeti 180.000 ABD doları olacaktı. Bu arada operatör iki geçici çözüm denedi:

• Güç rekabetini önlemek için otobüslerin manuel olarak programlanması, kalkış saatlerinin gecikmesine ve zamanında performansın düşmesine neden oldu.
• Mevcut şarj cihazlarını talebin en yüksek olduğu sırada çıkışı sınırlayacak şekilde programlamak, ancak bu yalnızca şarj sürelerini uzattı ve otobüslerin bir sonraki blok için yetersiz şarj olmasına neden oldu.

Bunun doğrudan sonucu, büyüyen bir operasyonel sürtüşme yığını oldu: kuyrukta bekleme, kaçırılan kalkışlar ve sürekli olarak 24.000 dolara ulaşan aylık talep ücretleri. Ekibin, bir dizi sabit çıktıya değil, güç dağıtımını gerçek zamanlı olarak ihtiyaç duyulan yere uyarlayabilecek bir şarj mimarisine ihtiyacı vardı.

Neden 240–720kW DC Esnek Şarj Yığını

Operatör, Soutya 240–720 kW DC Esnek Şarj Yığını üzerinde karar kılmadan önce iki alternatifi değerlendirdi.

İlk alternatif, ikinci bir transformatör eklemek ve daha fazla sabit 120 kW şarj cihazı kullanmaktı. Bu yaklaşım sıraya girmeyi ortadan kaldıracak ancak yine de birçok şarj cihazının gün ortasında atıl kalmasına neden olacak ve tek başına şebeke yükseltmesi yıllık enerji bütçesinin tamamını tüketecektir.

İkinci alternatif, aynı anda bir veri yolunu bağlayabilen mekanik anahtar matrisine sahip, merkezi, yüksek güçlü bir şarj cihazıydı. Güç paylaşımı sorununu çözdü ancak yeni bir darboğaz yarattı: Anahtar sistemindeki tek bir kesinti tüm depoyu durdurabilirdi.

Soutya esnek şarj yığını üç nedenden dolayı öne çıkıyor:

• Dinamik güç tahsisi:600 kW'lık tek bir ünite, çıkışını altı ila sekiz şarj noktasına bölerek her veri yoluna yalnızca o anda ihtiyaç duyduğu gücü sağlayabilir. Tahsis, manuel müdahale olmadan gerçek zamanlı olarak güncellenir.
• Modüler ölçeklenebilirlik:Yığın, değiştirilebilir güç modüllerinden yapılmıştır. Filonun büyümesi durumunda operatör, ünitenin tamamını değiştirmeden modüller ekleyebilir.
• Şebeke yükseltmesine gerek yok:Yığın, yapılandırılabilir bir maksimum toplam yük uygulayabildiğinden, mevcut 600 kW'lık şebeke bağlantısına sığar ve 180.000 $'lık trafo projesinden kaçınır.

Uygulama: Aşamalı Dağıtım ve Dinamik Yük Yönetimi

Proje, sözleşmenin imzalanmasından tam faaliyete geçmesine kadar altı hafta içinde tamamlandı. Uygulamanın dört adımı vardı:

1. Saha araştırması ve yerleşim planı haritalaması.Ekip, yığın başına en uygun şarj çıkışı sayısını belirlemek için otobüs park konumlarını, kablo yollarını ve mevcut santral kapasitesini haritalandırdı.
2. Dört adet 600 kW'lık kazık montajı,her biri toplam 32 şarj noktası için sekiz konektörle yapılandırılmıştır. Kablo uzunluklarını ve kayıplarını en aza indirmek için kazıklar park sıraları arasına yerleştirildi.
3. Depo yönetim sistemi ile entegrasyon.Yığın güç tahsisi, araç planlama veritabanına bağlandı, böylece daha erken kalkış saatine sahip otobüsler öncelikli güç aldı.
4. Personel eğitimi.Şarj operatörlerine, güç dağıtım grafiklerinin okunması ve nadir görülen bir bağlantı hatası durumunda ne yapılması gerektiği konusunda eğitim verildi.

İkinci haftada önemli bir zorluk ortaya çıktı. Deponun mevcut elektrik odası, küçük bir yeniden yapılandırma yapılmadan yeni kazıklar için gereken ekstra aşırı gerilim koruma ve ölçüm ekipmanını barındıramazdı. Sorun, kompakt bir alt dağıtım panosunun kurulması ve yedek elektrik yüklerinin farklı bir aşamaya taşınmasıyla çözüldü; bu, programa dört gün ekleyen küçük bir inşaat işiydi.

Ölçülebilir Sonuçlar: Daha Hızlı Geri Dönüşler, Daha Düşük Talep Ücretleri, Daha Az Kuyruk

Soutya esnek şarj yığınlarının ilk üç ayındaki operasyonel veriler, genel anlamda ölçülebilir gelişmeler gösterdi.

• Otobüs başına şarj süresi %38 azaldı.200 kWh'lik bir bataryanın ortalama süresi 4,5 saatten 2,2 saate düştü, çünkü yığın, otoparkın yarısı boşken tek bir otobüste 240 kWh'ı yoğunlaştırabiliyordu.
• Puant talep ücretleri %28 azaldı,Aylık 24.000 Dolardan 17.300 Dolara kadar. Yığın yük sınırlama algoritması, 20 otobüs aynı anda şarj olurken bile deponun toplam çekişini 600 kW eşiğinin altında tuttu.
• Şarj kullanımı %47'den %78'e yükseldi.Elektrik esnek bir şekilde yönlendirildiğinden, öğleden sonra 14.00'te gelen bir otobüs tam güçle şarj olurken, akşam 18.00'de kalkması planlanan bir otobüs sırasını bekler.
• 180.000 dolarlık şebeke yükseltmesinden kaçınıldı.Dört kazık ve kurulum da dahil olmak üzere proje maliyeti yaklaşık 96.000 $'a ulaştı; bu da yalnızca talep ücreti tasarruflarına bağlı olarak geri ödeme süresinin bir yıldan fazla olduğu anlamına geliyor.

Programa bağlılıkta daha geniş bir etki görüldü: %90'ın altında şarj durumuyla depodan ayrılan otobüslerin sayısı haftada 12'den 2'ye düştü ve filonun zamanında kalkış oranı %92'den %98'e yükseldi.

Müşteri Referansı

Deponun operasyon müdürü konuyu basit bir dille ifade etti:

"Esnek yığın daha hızlı şarj sağlamıyor; bize programımızın kontrolünü geri veriyor. Artık hangi otobüsün önce şarj olacağına karar vermem gerekmiyor. Güç ihtiyaç duyulan yere gidiyor ve bu da tüm vardiya planlarımızı değiştirdi."

Başka bir bakım sorumlusu şunu ekledi: "Modüler tasarım, mevcut kurulumu bozmadan kapasiteyi yükseltebileceğimiz anlamına geliyor. Bu, eski sabit ünitelerimizde mümkün değildi."

Diğer Filo ve Şarj Operatörleri için Dersler

Bu projeden tekrarlanabilir üç ders ortaya çıktı:

1. Yığın konfigürasyonunu maksimum güçle değil, gerçek veri yolu programlarıyla eşleştirin.Depo 720 kW'lık bir modeli değerlendirdi ancak 32 çıkışlı 600 kW'lık üniteler otobüs rotasyonuna daha iyi uyuyor ve daha az maliyetli. Geri dönüş sürelerinin en yüksek örtüşmesini anlamak, mümkün olan en büyük birimi satın almaktan daha değerlidir.
2. İlk günden itibaren güç tahsisi algoritmasını kullanın.Fabrika varsayılanı genel bir senaryoya göre ayarlanmıştır. Deponun performansı ancak tahsis önceliklerini kalkış saatlerine ve pilin şarj durumuna uyacak şekilde yapılandırdıktan sonra arttı.
3. Modüler bir ünite seçerek filonuzun büyümesini planlayın.Operatör 10 otobüs daha eklerse mevcut yığınlara ek güç modülleri ekleyebilir. Sabit bir şarj cihazı tamamen yeni bir kurulum ve başka bir şebeke bağlantısı gerektirecektir.

Ekip için en büyük sürpriz, şarj etme davranışındaki değişikliğin genel operasyonları nasıl etkilediğiydi. Sabit güç modelinden talebe dayalı modele geçiş, para tasarrufu sağladı, zamanında performansı artırdı ve günlük personel stresi kaynağını ortadan kaldırdı.

Referanslar

DC esnek şarj yığınlarını değerlendiren operatörler için aşağıdaki endüstri standartları güvenlik ve performans konusunda faydalı bağlam sağlar:

• EN 50620:2017 – Elektrikli araçların şarj edilmesine yönelik elektrik kabloları; 0,6/1 kV DC sistemleri için kablo esnekliğini, hava koşullarına dayanıklılığı ve voltaj gereksinimlerini tanımlar.
• IEC 62196 Serisi – Elektrikli araçların iletken şarjına yönelik, hem AC hem de DC arayüz gereksinimlerini (CCS ve CHAdeMO dahil) kapsayan fişler, prizler ve araç konnektörleri.
• UL 1699B – Fotovoltaik (PV) DC Ark Arızası Devre Koruması, yüksek güçlü DC şarj sistemlerinde kullanılan DC ark arızası tespit yöntemleri için bir referanstır.