Hoe een busdepot de pieklaadkosten met 28% verlaagt met een flexibele laadpaal van 240–720 kW DC

Achtergrond van de klant

Een gemeentelijk vervoersbedrijf in het Rijn-Ruhrgebied beheert een vloot van 42 batterij-elektrische bussen en legt maandelijks ongeveer 120.000 lijndienstkilometers af. De vloot is gebaseerd op één depot, gebouwd in 2019, waar dertig vaste gelijkstroomladers van 120 kW zijn geïnstalleerd ter ondersteuning van nachtelijk opladen en tussentijds opladen.

Kernopdracht van de vervoerder: de bussen minimaal 16 uur per dag op de weg houden, inclusief de ochtend- en middagspits. Dat betekende dat de laadtijden tussen serviceblokken slechts 45 minuten bedroegen. De bestaande lay-out met vaste laders bleek te rigide voor deze operationele beperkingen.

De uitdaging: vast vermogen, vaste tarieven en inactieve opladers

Elke vaste lader van 120 kW werd aan één bus toegewezen. Toen bussen na de ochtend- en avonddienst in golven terugkeerden, bleven veel laders stil staan, terwijl er zich een wachtrij vormde bij de actieve. Een bus met een laadstatus van 40% had nog steeds 1,5 uur nodig op een lader van 120 kW, te lang voor de tussenstop van 45 minuten.

Omdat de netaansluiting van het depot beperkt was tot 600 kW gelijktijdige belasting, zou het brengen van meer stroom naar de werf een nieuwe transformator en een langdurig vergunningsproces nodig hebben gehad, met een geschatte kostprijs van $ 180.000. In de tussentijd probeerde de operator twee oplossingen:

• Handmatig plannen van bussen om concurrentie om stroom te voorkomen, wat de vertrektijden vertraagde en de prestaties op tijd verminderde.
• Het programmeren van de bestaande laders om de output tijdens piekvraag te beperken, maar dat verlengde alleen de laadtijden en zorgde ervoor dat de bussen te weinig laadden voor het volgende blok.

Het directe gevolg was een groeiende stapel operationele wrijvingen: wachtrijen, gemiste vertrekken en maandelijkse kosten die consequent $ 24.000 bedroegen. Het team had een laadarchitectuur nodig die de stroomtoewijzing in realtime kon aanpassen aan waar het nodig was, en niet een reeks vaste outputs.

Waarom de flexibele laadpaal van 240–720 kW DC

De exploitant evalueerde twee alternatieven voordat hij besloot tot de Soutya 240–720 kW DC flexibele laadpaal.

Het eerste alternatief was het toevoegen van een tweede transformator en het inzetten van meer vaste 120 kW-laders. Die aanpak zou wachtrijen elimineren, maar zou nog steeds veel opladers midden op de dag inactief laten, en alleen al de upgrade van het elektriciteitsnet zou het hele jaarlijkse energiebudget opslokken.

Het tweede alternatief was een centrale hoogvermogenlader met een mechanische schakelmatrix die één bus tegelijk kon aansluiten. Het loste het probleem van de stroomverdeling op, maar creëerde een nieuw knelpunt: een enkele storing in het wisselsysteem zou het hele depot stilleggen.

De flexibele laadpaal van Soutya viel op om drie redenen:

• Dynamische vermogenstoewijzing:Eén enkele unit van 600 kW kan zijn vermogen verdelen over zes tot acht laadpunten, waardoor elke bus alleen het vermogen krijgt dat hij op dat moment nodig heeft. De toewijzing wordt in realtime bijgewerkt zonder handmatige tussenkomst.
• Modulaire schaalbaarheid:De stapel is opgebouwd uit verwisselbare voedingsmodules. Als de vloot groeit, kan de operator modules toevoegen zonder de hele unit te vervangen.
• Geen netwerkupgrade vereist:Omdat de paal een configureerbare maximale totale belasting kan afdwingen, past hij binnen de bestaande netaansluiting van 600 kW, waardoor het transformatorproject van $ 180.000 wordt vermeden.

Implementatie: gefaseerde implementatie en dynamisch belastingbeheer

Het project werd in zes weken voltooid, vanaf de ondertekening van het contract tot de volledige exploitatie. De implementatie kende vier stappen:

1. Locatieonderzoek en lay-out in kaart brengen.Het team bracht de parkeerposities voor bussen, kabelroutes en de bestaande schakelbordcapaciteit in kaart om het optimale aantal laadpunten per paal te bepalen.
2. Installatie van vier palen van 600 kW,elk geconfigureerd met acht connectoren voor in totaal 32 laadpunten. De palen zijn tussen de parkeerrijen geplaatst om kabellengtes en verliezen te minimaliseren.
3. Integratie met het depotbeheersysteem.De stroomtoewijzing van de stapel werd gekoppeld aan de voertuigplanningsdatabase, zodat bussen met eerdere vertrektijden voorrang kregen.
4. Opleiding van het personeel.Laadoperators werden getraind in het lezen van de stroomtoewijzingsgrafieken en in wat ze moesten doen in het zeldzame geval van een verbindingsfout.

Een belangrijke uitdaging kwam naar voren in week twee. De bestaande elektrische ruimte van het depot kon zonder een kleine herconfiguratie niet voorzien in de extra overspanningsbeveiliging en meetapparatuur die nodig is voor de nieuwe palen. Het probleem werd opgelost door een compact onderverdeelbord te installeren en de elektrische back-upbelastingen naar een andere fase te verplaatsen: een klein civiel werk dat vier dagen aan de planning toevoegde.

Kwantificeerbare resultaten: snellere doorlooptijden, lagere vraagkosten, minder wachtrijen

De operationele gegevens van de eerste drie maanden van het gebruik van de flexibele laadpalen van Soutya lieten over de hele linie meetbare verbeteringen zien.

• De laadtijd per bus daalde met 38%.Het gemiddelde voor een batterij van 200 kWh daalde van 4,5 uur naar 2,2 uur, omdat de stapel 240 kW op één bus kon concentreren als de parkeerplaats half leeg was.
• De piekvraagtarieven daalden met 28%,van $ 24.000 tot $ 17.300 per maand. Het lastbeperkende algoritme van de paal zorgde ervoor dat de totale trekkracht van het depot onder de drempel van 600 kW bleef, zelfs als twintig bussen tegelijkertijd aan het opladen waren.
• Het laadgebruik steeg van 47% naar 78%.Omdat de stroom flexibel wordt gerouteerd, kan een bus die om 14.00 uur arriveert, op volle kracht opladen, terwijl een bus die om 18.00 uur vertrekt, op zijn beurt wacht.
• De netupgrade van $ 180.000 werd vermeden.De projectkosten, inclusief de vier palen en de installatie, bedroegen ongeveer $ 96.000, wat betekent dat de terugverdientijd meer dan een jaar bedroeg, alleen al op basis van de besparingen op de vraagkosten.

De bredere impact was zichtbaar bij het naleven van de dienstregeling: het aantal bussen dat het depot verliet met een laadstatus van minder dan 90% daalde van 12 naar 2 per week, en het percentage bussen dat op tijd vertrok verbeterde van 92% naar 98%.

Klantgetuigenis

De operations manager van het depot verwoordde het eenvoudig:

"De flexibele stapel levert geen snellere lading op; het geeft ons weer controle over ons schema. Ik hoef niet langer te beslissen welke bus als eerste mag opladen. De stroom gaat daar waar het nodig is, en dat heeft de manier veranderd waarop onze hele ploegendienst plannen."

Een andere onderhoudssupervisor voegde hieraan toe: "Het modulaire ontwerp betekent dat we de capaciteit kunnen upgraden zonder de bestaande installatie eruit te halen. Dat was niet mogelijk met onze oude vaste units."

Lessen voor andere vloot- en laadoperatoren

Uit dit project kwamen drie repliceerbare lessen naar voren:

1. Zorg ervoor dat de paalconfiguratie overeenkomt met de daadwerkelijke busschema's, niet met het maximale vermogen.Het depot overwoog een 720 kW-model, maar de 600 kW-eenheden met 32 ​​stopcontacten passen beter in de busrotatie en kosten minder. Het begrijpen van de piekoverlap van retourtijden is waardevoller dan het kopen van de grootst mogelijke eenheid.
2. Gebruik vanaf dag één het algoritme voor vermogenstoewijzing.De fabrieksinstelling is ingesteld voor een algemeen scenario. De prestaties van het depot verbeterden pas nadat ze de toewijzingsprioriteiten hadden geconfigureerd zodat ze overeenkwamen met de vertrektijden en de laadstatus van de batterij.
3. Plan voor vlootgroei door een modulaire eenheid te kiezen.Als de exploitant nog eens tien bussen toevoegt, kan hij extra stroommodules in de bestaande stapels plaatsen. Voor een vaste lader is een geheel nieuwe installatie en een nieuwe netaansluiting nodig.

De grootste verrassing voor het team was hoe de verandering in het laadgedrag hun algehele activiteiten beïnvloedde. De verschuiving van een vast energiemodel naar een vraaggestuurd model bespaarde geld, verbeterde de prestaties op tijd en elimineerde een dagelijkse bron van stress voor het personeel.

Referenties

Voor operators die flexibele DC-laadpalen evalueren, bieden de volgende industrienormen nuttige context over veiligheid en prestaties:

• EN 50620:2017 – Elektrische kabels voor het opladen van elektrische voertuigen, waarin kabelflexibiliteit, weersbestendigheid en spanningsvereisten voor 0,6/1 kV DC-systemen worden gedefinieerd.
• IEC 62196-serie – Stekkers, stopcontacten en voertuigconnectoren voor het geleidend opladen van elektrische voertuigen, die zowel AC- als DC-interfacevereisten dekken (inclusief CCS en CHAdeMO).
• UL 1699B – Fotovoltaïsche (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection, een referentie voor DC-boogfoutdetectiemethoden die worden gebruikt in DC-laadsystemen met hoog vermogen.