كيف يمكن لمستودع الحافلات خفض تكاليف ذروة الشحن بنسبة 28% باستخدام كومة شحن مرنة تعمل بالتيار المستمر بقدرة 240-720 كيلووات

خلفية العملاء

يدير مشغل النقل البلدي في منطقة الراين والرور أسطولًا مكونًا من 42 حافلة تعمل بالبطارية الكهربائية ويغطي ما يقرب من 120 ألف كيلومتر من الخدمة المجدولة كل شهر. يقع الأسطول في مستودع واحد تم بناؤه في عام 2019، حيث تم تركيب 30 شاحنًا ثابتًا بقدرة 120 كيلووات لدعم الشحن طوال الليل والفرصة.

المهمة الأساسية للمشغل: إبقاء الحافلات على الطريق لمدة لا تقل عن 16 ساعة يوميًا، بما في ذلك فترات الذروة في الصباح وبعد الظهر. وهذا يعني أن نوافذ الشحن بين كتل الخدمة كانت قصيرة تصل إلى 45 دقيقة. لقد أثبت تصميم الشاحن الثابت الحالي أنه صارم للغاية بالنسبة لهذه القيود التشغيلية.

التحدي: الطاقة الثابتة، والأسعار الثابتة، وأجهزة الشحن الخاملة

تم تخصيص كل شاحن ثابت بقدرة 120 كيلووات لحافلة واحدة. عندما عادت الحافلات على شكل موجات بعد الخدمة الصباحية والمسائية، جلس العديد من محطات الشحن في وضع الخمول بينما تشكلت قائمة الانتظار عند الحافلات النشطة. لا تزال الحافلة التي تبلغ نسبة شحنها 40% بحاجة إلى 1.5 ساعة باستخدام شاحن بقدرة 120 كيلووات، وهي فترة طويلة جدًا بحيث لا يمكن التوقف لمدة 45 دقيقة.

نظرًا لأن اتصال شبكة المستودع كان يقتصر على 600 كيلووات من الحمل المتزامن، فإن جلب المزيد من الطاقة إلى الفناء كان سيتطلب محولًا جديدًا وعملية تصريح طويلة، بتكلفة تقديرية تبلغ 180 ألف دولار. في هذه الأثناء، حاول المشغل حلين:

• جدولة مواعيد الحافلات يدويًا لتجنب التنافس على الطاقة، مما أدى إلى تأخير أوقات المغادرة وتقليل الأداء في الوقت المحدد.
• برمجة أجهزة الشحن الحالية للحد من الطاقة أثناء ذروة الطلب، لكن ذلك أدى فقط إلى إطالة أوقات الشحن وترك الحافلات مشحونة بأقل من اللازم للكتلة التالية.

وكانت النتيجة المباشرة هي تزايد كومة الاحتكاك التشغيلي: الوقوف في طوابير، وتفويت رحلات المغادرة، ورسوم الطلب الشهرية التي وصلت باستمرار إلى 24000 دولار. كان الفريق بحاجة إلى بنية شحن يمكنها تكييف تخصيص الطاقة في الوقت الفعلي حسب الحاجة، وليس مجموعة من المخرجات الثابتة.

لماذا كومة الشحن المرنة بقدرة 240-720 كيلو واط تيار مستمر

قام المشغل بتقييم بديلين قبل الاستقرار على كومة الشحن المرنة التي تعمل بالتيار المستمر بقدرة 240-720 كيلووات من Soutya.

كان البديل الأول هو إضافة محول ثانٍ ونشر المزيد من أجهزة الشحن الثابتة بقدرة 120 كيلووات. ومن شأن هذا النهج أن يلغي الاصطفاف ولكنه سيظل يترك العديد من أجهزة الشحن في وضع الخمول خلال منتصف اليوم، كما أن ترقية الشبكة وحدها ستستهلك ميزانية الطاقة السنوية بأكملها.

وكان البديل الثاني عبارة عن شاحن مركزي عالي الطاقة مزود بمصفوفة مفاتيح ميكانيكية يمكنها توصيل حافلة واحدة في كل مرة. لقد حلت مشكلة تقاسم الطاقة ولكنها خلقت عنق الزجاجة الجديد: انقطاع واحد في نظام التبديل من شأنه أن يوقف المستودع بأكمله.

برزت كومة الشحن المرنة Soutya لثلاثة أسباب:

• تخصيص الطاقة الديناميكية:يمكن لوحدة واحدة بقدرة 600 كيلوواط تقسيم إنتاجها عبر ست إلى ثماني نقاط شحن، مما يمنح كل حافلة الطاقة التي تحتاجها في الوقت الحالي فقط. يتم تحديث التخصيص في الوقت الحقيقي دون تدخل يدوي.
• قابلية التوسع المعيارية:الكومة مبنية من وحدات طاقة قابلة للتبديل. إذا زاد الأسطول، يمكن للمشغل إضافة وحدات دون استبدال الوحدة بأكملها.
• لا يلزم ترقية الشبكة:ونظرًا لأن الكومة يمكن أن تفرض أقصى حمل إجمالي قابل للتكوين، فإنها تتناسب مع اتصال الشبكة الحالي بقدرة 600 كيلووات، مما يتجنب مشروع المحولات الذي تبلغ قيمته 180,000 دولار.

التنفيذ: النشر المرحلي وإدارة الأحمال الديناميكية

تم الانتهاء من المشروع خلال ستة أسابيع، منذ توقيع العقد وحتى التشغيل الكامل. وكان التنفيذ أربع خطوات:

1. مسح الموقع ورسم الخرائط التخطيطية.قام الفريق بتحديد مواقع مواقف الحافلات، ومسارات الكابلات، وقدرة لوحة المفاتيح الحالية لتحديد العدد الأمثل لمنافذ الشحن لكل كومة.
2. تركيب أربعة ركائز بقدرة 600 كيلووات،تم تكوين كل منها بثمانية موصلات لإجمالي 32 نقطة شحن. تم وضع الأكوام بين صفوف وقوف السيارات لتقليل أطوال الكابلات والخسائر.
3. التكامل مع نظام إدارة المستودعات.تم ربط تخصيص الطاقة للكومة بقاعدة بيانات جدولة المركبات بحيث تحصل الحافلات ذات أوقات المغادرة المبكرة على الطاقة ذات الأولوية.
4. تدريب الموظفين.تم تدريب مشغلي الشحن على قراءة الرسوم البيانية لتخصيص الطاقة وعلى ما يجب فعله في حالة حدوث خطأ نادر في الاتصال.

ظهر التحدي الرئيسي خلال الأسبوع الثاني. لم تتمكن الغرفة الكهربائية الموجودة في المستودع من استيعاب معدات الحماية والقياس الإضافية اللازمة للأكوام الجديدة دون إعادة تشكيل بسيطة. تم حل المشكلة عن طريق تركيب لوحة توزيع فرعية مدمجة ونقل الأحمال الكهربائية الاحتياطية إلى مرحلة مختلفة - وهو عمل مدني بسيط أضاف أربعة أيام إلى الجدول الزمني.

نتائج قابلة للقياس الكمي: عمليات تحويل أسرع، ورسوم طلب أقل، وطوابير انتظار أقل

أظهرت البيانات التشغيلية من الأشهر الثلاثة الأولى من التشغيل على أكوام الشحن المرنة Soutya تحسينات قابلة للقياس في جميع المجالات.

• انخفض وقت الشحن لكل حافلة بنسبة 38%.انخفض متوسط ​​بطارية بقدرة 200 كيلووات في الساعة من 4.5 ساعات إلى 2.2 ساعة، لأن الكومة يمكن أن تركز 240 كيلووات في حافلة واحدة عندما يكون موقف السيارات نصف فارغ.
• انخفضت رسوم ذروة الطلب بنسبة 28%من 24000 دولار إلى 17300 دولار شهريًا. أبقت خوارزمية تحديد التحميل الخاصة بالكومة على إجمالي سحب المستودع أقل من حد 600 كيلووات حتى عندما تم شحن 20 حافلة في وقت واحد.
• وارتفعت نسبة استخدام الشحن من 47% إلى 78%.نظرًا لتوجيه الطاقة بشكل مرن، يمكن للحافلة التي تصل الساعة 2:00 مساءً أن تشحن بكامل طاقتها بينما تنتظر الحافلة المقرر أن تغادر الساعة 6:00 مساءً دورها.
• تم تجنب ترقية الشبكة بقيمة 180 ألف دولار.بلغت تكلفة المشروع، بما في ذلك الركائز الأربعة والتركيب، حوالي 96000 دولار أمريكي، مما يعني أن فترة الاسترداد كانت أكثر من عام واحد بناءً على وفورات رسوم الطلب وحدها.

وكان التأثير الأوسع واضحًا في الالتزام بالجدول الزمني: انخفض عدد الحافلات التي تغادر المستودع بحالة شحن أقل من 90% من 12 إلى 2 أسبوعيًا، وتحسن معدل مغادرة الأسطول في الوقت المحدد من 92% إلى 98%.

شهادة العميل

قال مدير عمليات المستودع الأمر بعبارات بسيطة:

"لا توفر الكومة المرنة شحنًا أسرع؛ فهي تمنحنا السيطرة مرة أخرى على جدول أعمالنا. لم يعد علي أن أقرر أي حافلة يجب أن يتم شحنها أولاً. تذهب الطاقة إلى حيث تكون هناك حاجة إليها، وقد أدى ذلك إلى تغيير الطريقة التي تخطط بها نوبة العمل لدينا بأكملها."

وأضاف مشرف صيانة آخر: "التصميم المعياري يعني أنه يمكننا ترقية السعة دون إزالة التركيبات الحالية. ولم يكن ذلك ممكنًا مع وحداتنا الثابتة القديمة."

دروس لمشغلي الأسطول والشحن الآخرين

انبثقت ثلاثة دروس قابلة للتكرار من هذا المشروع:

1. قم بمطابقة تكوين الكومة مع جداول الحافلات الفعلية، وليس الطاقة القصوى.تم اعتبار المستودع نموذجًا بقدرة 720 كيلووات، لكن الوحدات التي تبلغ قدرتها 600 كيلووات والمزودة بـ 32 منفذًا تناسب دوران الحافلة بشكل أفضل وبتكلفة أقل. يعد فهم ذروة التداخل في أوقات الإرجاع أكثر قيمة من شراء أكبر وحدة ممكنة.
2. استخدم خوارزمية تخصيص الطاقة من اليوم الأول.يتم تعيين الإعداد الافتراضي للمصنع لسيناريو عام. لم يتحسن أداء المستودع إلا بعد تكوين أولويات التخصيص لتتناسب مع أوقات المغادرة وحالة شحن البطارية.
3. خطط لنمو الأسطول عن طريق اختيار وحدة معيارية.إذا أضاف المشغل 10 حافلات أخرى، فيمكنه إدخال وحدات طاقة إضافية في الأكوام الموجودة. سيتطلب الشاحن الثابت تركيبًا جديدًا بالكامل واتصالًا آخر بالشبكة.

وكانت المفاجأة الكبرى للفريق هي كيف أثر التغيير في سلوك الشحن على عملياتهم الشاملة. لقد أدى التحول من نموذج الطاقة الثابتة إلى نموذج قائم على الطلب إلى توفير المال، وتحسين الأداء في الوقت المحدد، والقضاء على المصدر اليومي لضغوط الموظفين.

مراجع

بالنسبة للمشغلين الذين يقومون بتقييم أكوام الشحن المرنة التي تعمل بالتيار المستمر، توفر معايير الصناعة التالية سياقًا مفيدًا بشأن السلامة والأداء:

• EN 50620:2017 - الكابلات الكهربائية لشحن السيارات الكهربائية، تحدد مرونة الكابلات، ومقاومة الطقس، ومتطلبات الجهد لأنظمة التيار المستمر بقدرة 0.6/1 كيلو فولت.
• سلسلة IEC 62196 - المقابس، ومآخذ التوصيل، وموصلات المركبات للشحن الموصلي للسيارات الكهربائية، والتي تغطي متطلبات واجهة التيار المتردد والتيار المستمر (بما في ذلك CCS وCHAdeMO).
• UL 1699B - حماية دائرة خطأ قوس التيار المستمر الكهروضوئية (PV)، مرجع لطرق اكتشاف خطأ قوس التيار المستمر المستخدمة في أنظمة الشحن ذات الطاقة العالية التي تعمل بالتيار المستمر.