วิธีที่อู่ซ่อมรถลดต้นทุนการชาร์จสูงสุดลง 28% ด้วยกองชาร์จแบบยืดหยุ่น DC ขนาด 240–720kW

ความเป็นมาของลูกค้า

ผู้ประกอบการขนส่งในเขตเทศบาลในภูมิภาคไรน์-รูห์รบริหารจัดการกลุ่มรถโดยสารไฟฟ้าแบตเตอรี่ 42 คัน และครอบคลุมการให้บริการตามกำหนดประมาณ 120,000 กิโลเมตรในแต่ละเดือน กลุ่มรถนี้ประจำอยู่ในคลังแห่งเดียวที่สร้างขึ้นในปี 2019 โดยมีการติดตั้งเครื่องชาร์จ DC คงที่ขนาด 120 กิโลวัตต์จำนวน 30 เครื่องเพื่อรองรับการชาร์จข้ามคืนและการชาร์จตามโอกาส

หน้าที่หลักของผู้ปฏิบัติงาน: รักษารถโดยสารให้อยู่บนถนนอย่างน้อย 16 ชั่วโมงต่อวัน รวมถึงช่วงที่มีนักท่องเที่ยวหนาแน่นในช่วงเช้าและบ่าย นั่นหมายความว่าการชาร์จหน้าต่างระหว่างบล็อคบริการนั้นใช้เวลาสั้นเพียง 45 นาที รูปแบบเครื่องชาร์จแบบคงที่ที่มีอยู่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเข้มงวดเกินไปสำหรับข้อจำกัดในการปฏิบัติงานเหล่านี้

ความท้าทาย: พลังงานคงที่ อัตราคงที่ และเครื่องชาร์จที่ไม่ได้ใช้งาน

ที่ชาร์จคงที่ขนาด 120 กิโลวัตต์แต่ละอันถูกกำหนดให้กับบัสตัวเดียว เมื่อรถบัสกลับมาให้บริการกันเป็นระลอกหลังการให้บริการในช่วงเช้าและเย็น ที่ชาร์จจำนวนมากไม่ได้ใช้งานขณะต่อคิวที่รถที่ยังใช้งานอยู่ รถบัสที่มีสถานะการชาร์จ 40% ยังคงต้องใช้เวลา 1.5 ชั่วโมงกับเครื่องชาร์จ 120 กิโลวัตต์ ซึ่งนานเกินไปสำหรับการต่อเครื่อง 45 นาที

เนื่องจากการเชื่อมต่อโครงข่ายของอู่ซ่อมมีกำลังโหลดพร้อมกันจำกัดอยู่ที่ 600 กิโลวัตต์ การนำไฟฟ้ามาสู่สนามมากขึ้นจึงต้องใช้หม้อแปลงใหม่และกระบวนการขอใบอนุญาตที่ใช้เวลานาน โดยมีค่าใช้จ่ายประมาณ 180,000 ดอลลาร์ ในระหว่างนี้ เจ้าหน้าที่ได้ลองวิธีแก้ปัญหาสองวิธี:

• กำหนดเวลารถโดยสารด้วยตนเองเพื่อหลีกเลี่ยงการแข่งขันแย่งชิงพลังงาน ซึ่งทำให้เวลาออกเดินทางล่าช้าและลดประสิทธิภาพตรงเวลา
• การตั้งโปรแกรมเครื่องชาร์จที่มีอยู่เพื่อจำกัดเอาต์พุตในช่วงที่มีความต้องการใช้งานสูงสุด แต่นั่นจะขยายเวลาการชาร์จเท่านั้นและทำให้รถโดยสารมีการชาร์จต่ำเกินไปสำหรับบล็อกถัดไป

ผลที่ตามมาโดยตรงคือความขัดแย้งในการปฏิบัติงานที่เพิ่มมากขึ้น เช่น การเข้าคิว การพลาดการออกเดินทาง และค่าใช้จ่ายความต้องการรายเดือนที่สูงถึง 24,000 ดอลลาร์อย่างต่อเนื่อง ทีมงานต้องการสถาปัตยกรรมการชาร์จที่สามารถปรับการจัดสรรพลังงานแบบเรียลไทม์ไปยังจุดที่ต้องการ ไม่ใช่ชุดเอาต์พุตคงที่

ทำไมต้องมีกองชาร์จแบบยืดหยุ่น DC ขนาด 240–720kW

ผู้ปฏิบัติงานประเมินทางเลือกสองทางก่อนที่จะตัดสินใจเลือกเสาชาร์จแบบยืดหยุ่น Soutya ขนาด 240–720 kW DC

ทางเลือกแรกคือการเพิ่มหม้อแปลงตัวที่ 2 และติดตั้งที่ชาร์จแบบคงที่ขนาด 120 กิโลวัตต์มากขึ้น วิธีการดังกล่าวจะช่วยขจัดปัญหาการเข้าคิว แต่ยังคงปล่อยให้ที่ชาร์จจำนวนมากไม่ได้ใช้งานในช่วงกลางวัน และการอัพเกรดกริดเพียงอย่างเดียวก็จะกินงบประมาณพลังงานประจำปีทั้งหมด

ทางเลือกที่สองคือเครื่องชาร์จกำลังสูงส่วนกลางที่มีเมทริกซ์สวิตช์เชิงกลที่สามารถเชื่อมต่อบัสได้ครั้งละหนึ่งบัส โดยแก้ไขปัญหาการแบ่งปันพลังงาน แต่สร้างปัญหาคอขวดใหม่: การหยุดทำงานเพียงครั้งเดียวบนระบบสวิตช์จะทำให้ทั้งคลังต้องหยุดชะงัก

กองชาร์จแบบยืดหยุ่น Soutya โดดเด่นด้วยเหตุผลสามประการ:

• การจัดสรรพลังงานแบบไดนามิก:หน่วย 600 kW หนึ่งหน่วยสามารถแยกเอาต์พุตออกเป็นจุดชาร์จหกถึงแปดจุด ทำให้บัสแต่ละบัสมีเฉพาะพลังงานที่ต้องการในขณะนี้เท่านั้น การจัดสรรจะอัปเดตแบบเรียลไทม์โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงด้วยตนเอง
• ความสามารถในการปรับขนาดแบบโมดูลาร์:เสาเข็มนี้สร้างจากโมดูลพลังงานที่สามารถเปลี่ยนแทนกันได้ หากกลุ่มยานพาหนะเติบโตขึ้น ผู้ปฏิบัติงานสามารถเพิ่มโมดูลได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนทั้งยูนิต
• ไม่จำเป็นต้องอัปเกรดกริด:เนื่องจากเสาเข็มสามารถรับน้ำหนักรวมสูงสุดที่กำหนดค่าได้ จึงพอดีกับการเชื่อมต่อโครงข่ายขนาด 600 กิโลวัตต์ที่มีอยู่ เพื่อหลีกเลี่ยงโครงการหม้อแปลงมูลค่า 180,000 ดอลลาร์

การนำไปปฏิบัติ: การปรับใช้แบบเป็นขั้นตอนและการจัดการโหลดแบบไดนามิก

โครงการนี้แล้วเสร็จภายในเวลาหกสัปดาห์ ตั้งแต่การลงนามในสัญญาไปจนถึงการดำเนินการเต็มรูปแบบ การนำไปปฏิบัติมีสี่ขั้นตอน:

1. การสำรวจไซต์และแผนผังเค้าโครงทีมงานได้จัดทำแผนผังตำแหน่งที่จอดรถบัส เส้นทางเคเบิล และความจุของแผงสวิตช์ที่มีอยู่ เพื่อกำหนดจำนวนช่องชาร์จที่เหมาะสมต่อกอง
2. การติดตั้งเสาเข็มขนาด 600 กิโลวัตต์ จำนวน 4 เสาแต่ละตัวเชื่อมต่อมีแปดตัวเชื่อมต่อสำหรับจุดชาร์จทั้งหมด 32 จุด เสาเข็มถูกวางไว้ระหว่างแถวที่จอดรถเพื่อลดความยาวและความสูญเสียของสายเคเบิล
3. บูรณาการกับระบบการจัดการคลังการจัดสรรพลังงานของเสาเข็มเชื่อมโยงกับฐานข้อมูลการกำหนดเวลาของยานพาหนะ เพื่อให้รถโดยสารที่มีเวลาออกเดินทางเร็วกว่านั้นได้รับพลังงานที่มีลำดับความสำคัญ
4. การฝึกอบรมพนักงานเจ้าหน้าที่ชาร์จได้รับการฝึกอบรมให้อ่านกราฟการจัดสรรพลังงาน และสิ่งที่ควรทำในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดในการเชื่อมต่อซึ่งพบไม่บ่อยนัก

ความท้าทายสำคัญเกิดขึ้นในช่วงสัปดาห์ที่สอง ห้องไฟฟ้าที่มีอยู่ของโรงเก็บไม่สามารถรองรับการป้องกันไฟกระชากเพิ่มเติมและอุปกรณ์วัดแสงที่จำเป็นสำหรับเสาเข็มใหม่โดยไม่ต้องกำหนดค่าใหม่เล็กน้อย ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขด้วยการติดตั้งแผงกระจายย่อยขนาดกะทัดรัดและย้ายโหลดไฟฟ้าสำรองไปยังเฟสอื่น ซึ่งเป็นงานโยธาเล็กๆ น้อยๆ ที่เพิ่มกำหนดการสี่วัน

ผลลัพธ์เชิงปริมาณ: การดำเนินการเร็วขึ้น ค่าธรรมเนียมความต้องการลดลง และคิวน้อยลง

ข้อมูลการปฏิบัติงานในช่วงสามเดือนแรกของการใช้งานบนแท่นชาร์จแบบยืดหยุ่น Soutya แสดงให้เห็นการปรับปรุงที่วัดผลได้ทั่วทั้งกระดาน

• เวลาในการชาร์จต่อรถบัสลดลง 38%ค่าเฉลี่ยของแบตเตอรี่ 200 kWh ลดลงจาก 4.5 ชั่วโมงเหลือ 2.2 ชั่วโมง เนื่องจากกองสามารถรวมพลังงาน 240 kW บนรถบัสคันเดียวเมื่อลานจอดรถว่างเปล่าครึ่งหนึ่ง
• ค่าใช้จ่ายความต้องการสูงสุดลดลง 28%จาก $24,000 ถึง $17,300 ต่อเดือน อัลกอริธึมจำกัดการโหลดของเสาเข็มทำให้การดึงรวมของคลังเก็บต่ำกว่าเกณฑ์ 600 kW แม้ว่ารถโดยสาร 20 คันจะชาร์จพร้อมกันก็ตาม
• การใช้งานการชาร์จเพิ่มขึ้นจาก 47% เป็น 78%เนื่องจากมีการกำหนดเส้นทางไฟฟ้าที่ยืดหยุ่น รถบัสที่มาถึงเวลา 14.00 น. จึงสามารถชาร์จไฟได้เต็มกำลัง ในขณะที่รถบัสที่มีกำหนดออกเดินทางเวลา 18.00 น. รอถึงรอบ
• หลีกเลี่ยงการอัปเกรดกริดมูลค่า 180,000 ดอลลาร์ค่าใช้จ่ายของโครงการ รวมทั้งเสาเข็มทั้งสี่เสาและการติดตั้ง อยู่ที่ประมาณ 96,000 ดอลลาร์ ซึ่งหมายความว่าระยะเวลาคืนทุนนานกว่าหนึ่งปีโดยอิงจากการลดค่าใช้จ่ายอุปสงค์เพียงอย่างเดียว

ผลกระทบที่กว้างขึ้นเห็นได้ชัดเจนจากการยึดมั่นในตารางเวลา: จำนวนรถโดยสารที่ออกจากคลังซึ่งมีสถานะการชาร์จน้อยกว่า 90% ลดลงจาก 12 คันต่อสัปดาห์เป็น 2 คันต่อสัปดาห์ และอัตราการออกเดินทางตรงเวลาของกองยานพาหนะเพิ่มขึ้นจาก 92% เป็น 98%

คำรับรองจากลูกค้า

ผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการของดีโปอธิบายง่ายๆ ว่า:

"เสาเข็มแบบยืดหยุ่นไม่ได้ให้การชาร์จเร็วขึ้น แต่มันช่วยให้เราควบคุมตารางเวลาของเราได้ ฉันไม่จำเป็นต้องตัดสินใจว่าจะชาร์จรถบัสคันไหนก่อนอีกต่อไป กำลังไฟฟ้าไปในที่ที่จำเป็น และนั่นได้เปลี่ยนวิธีแผนกะทั้งหมดของเรา"

ผู้ดูแลการบำรุงรักษาอีกคนกล่าวเสริมว่า "การออกแบบแบบโมดูลาร์หมายความว่าเราสามารถอัพเกรดความจุได้โดยไม่ต้องฉีกการติดตั้งที่มีอยู่ออกไป นั่นเป็นไปไม่ได้กับยูนิตแบบคงที่เก่าของเรา"

บทเรียนสำหรับผู้ปฏิบัติงานกองเรือและการชาร์จไฟอื่นๆ

บทเรียนที่สามารถทำซ้ำได้สามบทเรียนเกิดขึ้นจากโครงการนี้:

1. จับคู่การกำหนดค่าเสาเข็มกับตารางเวลาบัสจริง ไม่ใช่กำลังสูงสุดคลังเก็บพิจารณาว่าเป็นรุ่น 720 kW แต่หน่วย 600 kW พร้อมช่องจ่ายไฟ 32 จุดเหมาะกับการหมุนเวียนรถบัสได้ดีกว่าและต้นทุนน้อยกว่า การทำความเข้าใจการทับซ้อนสูงสุดของเวลาส่งคืนมีค่ามากกว่าการซื้อหน่วยที่ใหญ่ที่สุดที่เป็นไปได้
2. ใช้อัลกอริธึมการจัดสรรพลังงานตั้งแต่วันแรกค่าเริ่มต้นจากโรงงานถูกกำหนดไว้สำหรับสถานการณ์ทั่วไป ประสิทธิภาพของคลังจะดีขึ้นหลังจากที่กำหนดค่าลำดับความสำคัญของการจัดสรรให้ตรงกับเวลาออกเดินทางและสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่แล้วเท่านั้น
3. วางแผนการเติบโตของกลุ่มยานพาหนะโดยการเลือกหน่วยโมดูลาร์หากผู้ปฏิบัติงานเพิ่มรถโดยสารอีก 10 คัน ก็สามารถใส่โมดูลพลังงานเพิ่มเติมเข้าไปในเสาเข็มที่มีอยู่ได้ ที่ชาร์จแบบตายตัวจะต้องมีการติดตั้งใหม่ทั้งหมดและการเชื่อมต่อโครงข่ายอื่น

สิ่งที่น่าประหลาดใจที่สุดสำหรับทีมคือการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการชาร์จส่งผลต่อการดำเนินงานโดยรวมอย่างไร การเปลี่ยนจากโมเดลพลังงานคงที่ไปสู่โมเดลที่ขับเคลื่อนด้วยอุปสงค์ ประหยัดเงิน ปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานตรงเวลา และขจัดความเครียดจากพนักงานในแต่ละวัน

อ้างอิง

สำหรับผู้ปฏิบัติงานที่ประเมินแท่นชาร์จแบบยืดหยุ่น DC มาตรฐานอุตสาหกรรมต่อไปนี้จะให้บริบทที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับความปลอดภัยและประสิทธิภาพ:

• EN 50620:2017 – สายเคเบิลไฟฟ้าสำหรับชาร์จยานพาหนะไฟฟ้า การกำหนดความยืดหยุ่นของสายเคเบิล ทนต่อสภาพอากาศ และข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้าสำหรับระบบ 0.6/1 kV DC
• IEC 62196 Series – ปลั๊ก เต้ารับ และขั้วต่อรถยนต์สำหรับการชาร์จแบบนำไฟฟ้าของยานพาหนะไฟฟ้า ครอบคลุมข้อกำหนดอินเทอร์เฟซทั้ง AC และ DC (รวมถึง CCS และ CHAdeMO)
• UL 1699B – การป้องกันวงจร DC Arc-Fault ของไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) ข้อมูลอ้างอิงสำหรับวิธีการตรวจจับ DC Arc-Fault ที่ใช้ในระบบการชาร์จ DC กำลังสูง