Cách trạm xe buýt cắt giảm 28% chi phí sạc cao điểm bằng cọc sạc linh hoạt DC 240–720kW

Bối cảnh khách hàng

Một nhà điều hành vận tải thành phố ở vùng Rhine-Ruhr quản lý một đội gồm 42 xe buýt chạy bằng pin và thực hiện khoảng 120.000 km dịch vụ theo lịch trình mỗi tháng. Đội xe có trụ sở tại một kho duy nhất được xây dựng vào năm 2019, nơi lắp đặt 30 bộ sạc DC 120 kW cố định để hỗ trợ sạc qua đêm và sạc cơ hội.

Nhiệm vụ cốt lõi của nhà điều hành: đảm bảo xe buýt chạy trên đường tối thiểu 16 giờ mỗi ngày, kể cả thời gian cao điểm buổi sáng và buổi chiều. Điều đó có nghĩa là thời gian sạc giữa các khối dịch vụ chỉ là 45 phút. Cách bố trí bộ sạc cố định hiện tại tỏ ra quá cứng nhắc đối với những hạn chế vận hành này.

Thử thách: Nguồn điện cố định, giá cố định và bộ sạc không hoạt động

Mỗi bộ sạc 120 kW cố định được chỉ định cho một bus duy nhất. Khi xe buýt quay trở lại từng đợt sau dịch vụ buổi sáng và buổi tối, nhiều bộ sạc không hoạt động trong khi hàng đợi xếp hàng ở những bộ sạc đang hoạt động. Một chiếc xe buýt có trạng thái sạc 40% vẫn cần 1,5 giờ với bộ sạc 120 kW—quá lâu đối với thời gian quá cảnh 45 phút.

Do kết nối lưới của kho bị giới hạn ở mức tải đồng thời là 600 kW nên việc mang thêm điện đến bãi sẽ cần một máy biến áp mới và quy trình cấp phép kéo dài, với chi phí ước tính là 180.000 USD. Trong khi đó, nhà điều hành đã thử hai cách giải quyết:

• Lập kế hoạch xe buýt theo cách thủ công để tránh cạnh tranh điện, làm trì hoãn thời gian khởi hành và giảm hiệu suất đúng giờ.
• Lập trình cho các bộ sạc hiện có để hạn chế đầu ra trong thời gian có nhu cầu cao nhất, nhưng điều đó chỉ kéo dài thời gian sạc và khiến xe buýt bị sạc quá mức cho chặng tiếp theo.

Hậu quả trực tiếp là mâu thuẫn ngày càng tăng trong hoạt động: xếp hàng, lỡ chuyến khởi hành và chi phí nhu cầu hàng tháng liên tục lên tới 24.000 USD. Nhóm cần một kiến ​​trúc sạc có thể điều chỉnh việc phân bổ nguồn điện theo thời gian thực đến nơi cần thiết chứ không phải một bộ đầu ra cố định.

Tại sao nên sử dụng cọc sạc linh hoạt DC 240–720kW

Nhà điều hành đã đánh giá hai phương án thay thế trước khi quyết định sử dụng Cột sạc linh hoạt DC Soutya 240–720 kW.

Giải pháp thay thế đầu tiên là bổ sung thêm máy biến áp thứ hai và triển khai thêm bộ sạc 120 kW cố định. Cách tiếp cận đó sẽ loại bỏ việc xếp hàng nhưng vẫn khiến nhiều bộ sạc không hoạt động vào giữa ngày và chỉ riêng việc nâng cấp lưới điện sẽ ngốn toàn bộ ngân sách năng lượng hàng năm.

Giải pháp thay thế thứ hai là bộ sạc công suất cao trung tâm với ma trận chuyển đổi cơ học có thể kết nối một bus cùng một lúc. Nó giải quyết được vấn đề chia sẻ năng lượng nhưng lại tạo ra một nút thắt cổ chai mới: một lần mất điện trên hệ thống chuyển mạch sẽ khiến toàn bộ kho hàng ngừng hoạt động.

Cọc sạc linh hoạt Soutya nổi bật vì ba lý do:

• Phân bổ năng lượng động:Một đơn vị 600 kW có thể chia công suất ra thành sáu đến tám điểm sạc, chỉ cung cấp cho mỗi xe buýt nguồn điện cần thiết vào lúc này. Việc phân bổ cập nhật theo thời gian thực mà không cần can thiệp thủ công.
• Khả năng mở rộng mô-đun:Cọc được xây dựng từ các mô-đun năng lượng có thể hoán đổi cho nhau. Nếu đội tàu phát triển, người vận hành có thể thêm các mô-đun mà không cần thay thế toàn bộ đơn vị.
• Không cần nâng cấp lưới:Vì cọc có thể chịu được tổng tải tối đa có thể định cấu hình nên nó phù hợp với kết nối lưới 600 kW hiện có, tránh được dự án máy biến áp trị giá 180.000 USD.

Triển khai: Triển khai theo giai đoạn và Quản lý tải động

Dự án được hoàn thành trong sáu tuần, từ khi ký hợp đồng đến khi vận hành chính thức. Việc thực hiện có bốn bước:

1. Khảo sát địa điểm và lập bản đồ bố trí.Nhóm đã lập bản đồ các vị trí đỗ xe buýt, tuyến cáp và công suất tổng đài hiện có để xác định số lượng ổ cắm sạc tối ưu trên mỗi cọc.
2. Lắp đặt 4 cọc 600 kW,mỗi cổng được cấu hình với tám đầu nối cho tổng số 32 điểm sạc. Các cọc được đặt giữa các hàng đỗ xe để giảm thiểu độ dài và tổn thất cáp.
3. Tích hợp với hệ thống quản lý kho.Việc phân bổ điện năng của cọc được liên kết với cơ sở dữ liệu lập kế hoạch phương tiện để những xe buýt có thời gian khởi hành sớm hơn sẽ được ưu tiên cấp điện.
4. Đào tạo nhân viên.Người vận hành điện tích đã được đào tạo về cách đọc biểu đồ phân bổ nguồn điện và những việc cần làm trong trường hợp hiếm gặp xảy ra lỗi kết nối.

Một thách thức quan trọng đã xuất hiện trong tuần thứ hai. Phòng điện hiện tại của kho không thể chứa thêm thiết bị đo và bảo vệ chống đột biến cần thiết cho các cọc mới nếu không có sự cấu hình lại nhỏ. Vấn đề đã được giải quyết bằng cách lắp đặt một bảng phân phối phụ nhỏ gọn và chuyển tải điện dự phòng sang một giai đoạn khác—một công trình dân dụng nhỏ đã làm tăng thêm bốn ngày so với tiến độ.

Kết quả có thể định lượng được: Quay vòng nhanh hơn, Phí nhu cầu thấp hơn, Ít hàng đợi hơn

Dữ liệu vận hành trong ba tháng đầu tiên chạy trên các cột sạc linh hoạt Soutya cho thấy những cải tiến có thể đo lường được về mọi mặt.

• Thời gian sạc trên mỗi xe buýt giảm 38%.Thời lượng trung bình của pin 200 kWh đã giảm từ 4,5 giờ xuống còn 2,2 giờ vì đống pin có thể tập trung 240 kW cho một chiếc xe buýt khi bãi đậu xe trống một nửa.
• Phí nhu cầu cao điểm giảm 28%,từ $24.000 đến $17.300 mỗi tháng. Thuật toán giới hạn tải của cọc giữ cho tổng lượng điện tiêu thụ của kho dưới ngưỡng 600 kW ngay cả khi 20 xe buýt đang sạc đồng thời.
• Việc sử dụng sạc đã tăng từ 47% lên 78%.Vì nguồn điện được định tuyến linh hoạt nên xe buýt đến lúc 2 giờ chiều có thể sạc hết công suất trong khi xe buýt dự kiến ​​khởi hành lúc 6 giờ chiều sẽ chờ đến lượt.
• Việc nâng cấp lưới điện trị giá 180.000 USD đã được tránh.Chi phí dự án, bao gồm bốn cọc và công lắp đặt, lên tới khoảng 96.000 USD, nghĩa là thời gian hoàn vốn kéo dài hơn một năm chỉ dựa trên khoản tiết kiệm phí theo nhu cầu.

Tác động rộng hơn có thể thấy rõ trong việc tuân thủ lịch trình: số lượng xe buýt rời kho với trạng thái sạc dưới 90% đã giảm từ 12 xuống còn 2 chuyến mỗi tuần và tỷ lệ khởi hành đúng giờ của đội xe được cải thiện từ 92% lên 98%.

Lời chứng thực của khách hàng

Người quản lý hoạt động của kho hàng nói một cách đơn giản:

"Cọc linh hoạt không mang lại khả năng sạc nhanh hơn; nó giúp chúng tôi kiểm soát lại lịch trình của mình. Tôi không còn phải quyết định xe buýt nào sẽ sạc trước. Nguồn điện sẽ đi đến nơi cần thiết và điều đó đã thay đổi toàn bộ kế hoạch ca làm việc của chúng tôi."

Một giám sát viên bảo trì khác nói thêm: "Thiết kế mô-đun có nghĩa là chúng tôi có thể nâng cấp công suất mà không cần tháo bỏ hệ thống lắp đặt hiện có. Điều đó là không thể với các thiết bị cố định cũ của chúng tôi."

Bài học cho các nhà khai thác đội tàu và tính phí khác

Ba bài học có thể nhân rộng được rút ra từ dự án này:

1. Hãy kết hợp cấu hình cọc với lịch trình xe buýt thực tế chứ không phải công suất tối đa.Tổng kho coi mô hình 720 kW, nhưng các tổ máy 600 kW với 32 ổ cắm phù hợp với vòng quay xe buýt tốt hơn và chi phí thấp hơn. Hiểu được sự trùng lặp cao điểm của thời gian hoàn trả có giá trị hơn việc mua đơn vị lớn nhất có thể.
2. Sử dụng thuật toán phân bổ năng lượng ngay từ ngày đầu tiên.Mặc định của nhà sản xuất được đặt cho một kịch bản chung. Hiệu suất của kho chỉ được cải thiện sau khi họ định cấu hình mức độ ưu tiên phân bổ để phù hợp với thời gian khởi hành và trạng thái sạc pin.
3. Lập kế hoạch phát triển đội tàu bằng cách chọn đơn vị mô-đun.Nếu người vận hành bổ sung thêm 10 xe buýt nữa, họ có thể lắp thêm các mô-đun nguồn vào các cọc hiện có. Bộ sạc cố định sẽ yêu cầu lắp đặt hoàn toàn mới và kết nối lưới điện khác.

Điều ngạc nhiên lớn nhất đối với nhóm là sự thay đổi trong hành vi sạc đã ảnh hưởng đến hoạt động chung của họ như thế nào. Việc chuyển đổi từ mô hình quyền lực cố định sang mô hình theo nhu cầu đã tiết kiệm tiền, cải thiện hiệu suất đúng thời gian và loại bỏ nguồn căng thẳng hàng ngày của nhân viên.

Tài liệu tham khảo

Đối với những người vận hành đánh giá các cọc sạc linh hoạt DC, các tiêu chuẩn ngành sau đây cung cấp bối cảnh hữu ích về độ an toàn và hiệu suất:

• EN 50620:2017 – Cáp điện để sạc xe điện, xác định độ linh hoạt của cáp, khả năng chống chịu thời tiết và các yêu cầu về điện áp cho hệ thống DC 0,6/1 kV.
• Dòng sản phẩm IEC 62196 – Phích cắm, ổ cắm và đầu nối xe để sạc dẫn điện cho xe điện, đáp ứng cả yêu cầu về giao diện AC và DC (bao gồm CCS và CHAdeMO).
• UL 1699B – Bảo vệ mạch quang điện DC quang điện (PV), tài liệu tham khảo cho các phương pháp phát hiện lỗi hồ quang DC được sử dụng trong các hệ thống sạc DC công suất cao.