Come un deposito di autobus riduce i costi di ricarica del 28% con una batteria di ricarica flessibile CC da 240–720 kW

Sfondo del cliente

Un operatore del trasporto municipale della regione Reno-Ruhr gestisce una flotta di 42 autobus elettrici a batteria e copre ogni mese circa 120.000 chilometri di servizio di linea. La flotta ha sede in un unico deposito costruito nel 2019, dove sono stati installati 30 caricabatterie CC fissi da 120 kW per supportare la ricarica notturna e occasionale.

Il mandato principale dell'operatore è mantenere gli autobus in circolazione per un minimo di 16 ore al giorno, comprese le ore di punta mattutine e pomeridiane. Ciò significava che le finestre di ricarica tra i blocchi di servizio erano brevi fino a 45 minuti. Il layout esistente del caricatore fisso si stava rivelando troppo rigido per questi vincoli operativi.

La sfida: potenza fissa, tariffe fisse e caricabatterie inattivi

Ciascun caricabatterie fisso da 120 kW è stato assegnato a un singolo autobus. Quando gli autobus tornavano a ondate dopo il servizio mattutino e serale, molti caricatori rimanevano inattivi mentre si formava una coda su quelli attivi. Un autobus con uno stato di carica del 40% necessitava comunque di 1,5 ore con un caricabatterie da 120 kW: troppo tempo per una sosta di 45 minuti.

Poiché la connessione alla rete del deposito era limitata a 600 kW di carico simultaneo, portare più energia al deposito avrebbe richiesto un nuovo trasformatore e un lungo processo di autorizzazione, con un costo stimato di 180.000 dollari. Nel frattempo l’operatore ha provato due soluzioni alternative:

• Programmazione manuale degli autobus per evitare di competere per il potere, cosa che ritardava gli orari di partenza e riduceva la puntualità.
• Programmare i caricabatterie esistenti per limitare la produzione durante i picchi di domanda, ma ciò ha solo prolungato i tempi di ricarica e lasciato gli autobus sottocaricati per il blocco successivo.

La conseguenza diretta fu un crescente cumulo di attriti operativi: code, partenze mancate e addebiti mensili sulla domanda che raggiungevano costantemente i 24.000 dollari. Il team aveva bisogno di un’architettura di ricarica in grado di adattare l’allocazione della potenza in tempo reale a dove era necessaria, e non di una serie di uscite fisse.

Perché la pila di ricarica flessibile CC da 240–720 kW

L'operatore ha valutato due alternative prima di optare per la pila di ricarica flessibile CC Soutya da 240-720 kW.

La prima alternativa era aggiungere un secondo trasformatore e installare più caricabatterie fissi da 120 kW. Questo approccio eliminerebbe le code ma lascerebbe comunque molti caricabatterie inattivi durante le ore centrali della giornata e il solo aggiornamento della rete consumerebbe l’intero budget energetico annuale.

La seconda alternativa era un caricabatterie centrale ad alta potenza con una matrice di commutazione meccanica in grado di collegare un autobus alla volta. Ha risolto il problema della condivisione dell’energia ma ha creato un nuovo collo di bottiglia: una singola interruzione del sistema di commutazione avrebbe bloccato l’intero deposito.

La pila di ricarica flessibile Soutya si è distinta per tre motivi:

• Allocazione dinamica della potenza:Una singola unità da 600 kW può suddividere la propria produzione tra sei e otto punti di ricarica, fornendo a ciascun autobus solo la potenza di cui ha bisogno al momento. L'allocazione si aggiorna in tempo reale senza intervento manuale.
• Scalabilità modulare:La pila è costituita da moduli di potenza intercambiabili. Se la flotta cresce, l'operatore può aggiungere moduli senza sostituire l'intera unità.
• Nessun aggiornamento della rete richiesto:Poiché la pila può imporre un carico totale massimo configurabile, si adatta alla connessione alla rete esistente da 600 kW, evitando il progetto del trasformatore da 180.000 dollari.

Implementazione: distribuzione in fasi e gestione dinamica del carico

Il progetto è stato completato in sei settimane, dalla firma del contratto alla piena operatività. L’implementazione ha avuto quattro fasi:

1. Rilievo del sito e mappatura del layout.Il team ha mappato le posizioni di parcheggio degli autobus, i percorsi dei cavi e la capacità del quadro elettrico esistente per determinare il numero ottimale di prese di ricarica per pila.
2. Installazione di quattro pali da 600 kW,ciascuno configurato con otto connettori per un totale di 32 punti di ricarica. I pali sono stati posizionati tra le file del parcheggio per ridurre al minimo la lunghezza e le perdite dei cavi.
3. Integrazione con il sistema di gestione del deposito.L'allocazione dell'energia della pila era collegata al database di pianificazione dei veicoli in modo che gli autobus con orari di partenza anticipati ricevessero energia prioritaria.
4. Formazione del personale.Gli operatori tariffari sono stati formati sulla lettura dei grafici di allocazione della potenza e su cosa fare nel raro caso di errore di connessione.

Una sfida chiave è emersa durante la seconda settimana. La cabina elettrica esistente del deposito non sarebbe stata in grado di ospitare la protezione aggiuntiva contro le sovratensioni e le apparecchiature di misurazione necessarie per i nuovi pali senza una piccola riconfigurazione. Il problema è stato risolto installando un quadro di distribuzione secondaria compatto e spostando i carichi elettrici di backup in una fase diversa: un lavoro civile minore che ha aggiunto quattro giorni al programma.

Risultati quantificabili: tempi di consegna più rapidi, tariffe di richiesta inferiori, meno code

I dati operativi dei primi tre mesi di funzionamento delle pile di ricarica flessibili di Soutya hanno mostrato miglioramenti misurabili su tutta la linea.

• Il tempo di ricarica per autobus è diminuito del 38%.Il tempo medio per una batteria da 200 kWh è sceso da 4,5 a 2,2 ore, perché la pila potrebbe concentrare 240 kW su un singolo autobus quando il parcheggio era mezzo vuoto.
• Le tariffe relative ai picchi di domanda sono diminuite del 28%,da $ 24.000 a $ 17.300 al mese. L'algoritmo di limitazione del carico della pila ha mantenuto l'assorbimento totale del deposito al di sotto della soglia dei 600 kW anche quando 20 autobus si ricaricavano contemporaneamente.
• L'utilizzo della ricarica è passato dal 47% al 78%.Poiché l'energia viene instradata in modo flessibile, un autobus che arriva alle 14:00 può ricaricarsi a piena potenza mentre un autobus programmato per partire alle 18:00 attende il suo turno.
• L'aggiornamento della rete da $ 180.000 è stato evitato.Il costo del progetto, comprese le quattro palancole e l'installazione, è stato di circa 96.000 dollari, il che significa che il periodo di ammortamento è stato di oltre un anno sulla base dei soli risparmi legati alla domanda.

L'impatto più ampio è stato visibile nel rispetto degli orari: il numero di autobus che lasciano il deposito con meno del 90% di carica è sceso da 12 a 2 a settimana, e il tasso di puntualità delle partenze della flotta è aumentato dal 92% al 98%.

Testimonianza del cliente

Il responsabile delle operazioni del deposito lo spiega in termini semplici:

"La pila flessibile non fornisce una ricarica più rapida; ci restituisce il controllo sul nostro programma. Non devo più decidere quale autobus si ricarica per primo. L'energia va dove è necessaria e questo ha cambiato il modo in cui pianifichiamo i nostri interi turni."

Un altro supervisore della manutenzione ha aggiunto: "Il design modulare ci consente di aggiornare la capacità senza eliminare l'installazione esistente. Ciò non era possibile con le nostre vecchie unità fisse".

Lezioni per Altri Operatori di Flotta e di Ricarica

Da questo progetto sono emerse tre lezioni replicabili:

1. Abbina la configurazione della pila agli orari effettivi degli autobus, non alla potenza massima.Il deposito ha preso in considerazione un modello da 720 kW, ma le unità da 600 kW con 32 prese si adattano meglio alla rotazione degli autobus e costano meno. Comprendere la sovrapposizione massima dei tempi di restituzione è più prezioso che acquistare l'unità più grande possibile.
2. Utilizza l'algoritmo di allocazione della potenza fin dal primo giorno.L'impostazione predefinita di fabbrica è impostata per uno scenario generico. Le prestazioni del deposito sono migliorate solo dopo aver configurato le priorità di allocazione in modo che corrispondano agli orari di partenza e allo stato di carica della batteria.
3. Pianifica la crescita della flotta scegliendo un'unità modulare.Se l'operatore aggiunge altri 10 autobus, può inserire ulteriori moduli di potenza nelle pile esistenti. Un caricabatterie fisso richiederebbe un’installazione completamente nuova e un’altra connessione alla rete.

La sorpresa più grande per il team è stata il modo in cui il cambiamento nel comportamento di ricarica ha influenzato le loro operazioni complessive. Il passaggio da un modello di alimentazione fissa a uno basato sulla domanda ha consentito di risparmiare denaro, migliorare le prestazioni in termini di puntualità ed eliminare una fonte quotidiana di stress per il personale.

Riferimenti

Per gli operatori che valutano le pile di ricarica flessibili CC, i seguenti standard di settore forniscono un contesto utile in materia di sicurezza e prestazioni:

• EN 50620:2017 – Cavi elettrici per la ricarica di veicoli elettrici, che definisce la flessibilità del cavo, la resistenza agli agenti atmosferici e i requisiti di tensione per i sistemi CC da 0,6/1 kV.
• Serie IEC 62196: spine, prese e connettori per veicoli per la ricarica conduttiva di veicoli elettrici, che coprono i requisiti di interfaccia CA e CC (inclusi CCS e CHAdeMO).
• UL 1699B – Protezione del circuito fotovoltaico (PV) contro i guasti da arco CC, un riferimento per i metodi di rilevamento dei guasti da arco CC utilizzati nei sistemi di ricarica CC ad alta potenza.