Электрическая генерация

Как не разориться на зарядке: оптимизация энергопотребления в крупном электродепо

19 июля 2021 г. в 15:23

С увеличением количества электромобилей, в том числе в коммерческой эксплуатации, инфраструктура ночной зарядки для сотен автомобилей станет обычным явлением в городах. Однако одного лишь размещения точек зарядки будет недостаточно. Ситуация намного сложнее: многие автомобили и электробусы въезжают в депо и выезжают из него в разное время суток, у них разные потребности в энергии. К тому же тарифы на электричество обычно зависят от времени суток. Возможны и ограничения по мощности из-за недостаточного подключения к сети — как следствие, придется рассмотреть различные типы зарядных устройств. Задача состоит в том, чтобы своевременно заряжать автопарк необходимым количеством энергии при минимальных затратах. Чтобы справиться с этим уровнем сложности, депо необходимо использовать возможности искусственного интеллекта (ИИ) и «Интернета вещей» (IoT). О том, как это эффективнее сделать, рассказывает Тимоти Хьюз, менеджер по продукту программного обеспечения для электротранспорта в управлении «Интеллектуальная инфраструктура» компании «Сименс».

Подключение зарядных устройств и применение ИИ

Первым делом необходимо подключить зарядные устройства в депо к системе мониторинга и управления. Наиболее эффективно это достигается путем их присоединения к облачной системе IoT, которая собирает данные (обычно более двадцати параметров, в том числе о используемой энергии, напряжении или температуре) и позволяет отслеживать и контролировать зарядные устройства. В идеале подключение для управления различными зарядными устройствами в пределах станции обеспечивается через открытый протокол, например, через Open charge point protocol (OCPP).

Это первый шаг и основа для оптимизации мощности и энергопотребления в депо. Для этого необходимо учитывать все аспекты, относящиеся к эффективной зарядке, например, параметры транспортного средства (тип аккумулятора, максимальная скорость зарядки), параметры зарядной станции (максимальная мощность зарядного устройства, количество разъемов и т. д.), особенности счетов за электроэнергию (сборы за потребление, ставки времени использования) и, наконец, расписание транспортных средств (время въезда и выезда каждого транспортного средства, а также энергия, необходимая для запланированного маршрута). Как только эта информация, поступающая из разных источников — из системы управления депо, от поставщика электроэнергии депо и т. д., собрана и подготовлена, можно начинать оптимизацию.

Цель оптимизации — управление комбинированными графиками зарядки для каждого транспортного средства, при этом в ее рамках могут ставиться конкретные рабочие цели — допустим, минимально возможный счет за электроэнергию для депо. С одним транспортным средством это просто: электричество обычно стоит дешевле после 22:00, поэтому автомобиль дешевле зарядить после этого времени. С пятью автомобилями все еще возможно найти приемлемую комбинацию времени зарядки, но с несколькими сотнями автомобилей оптимизация быстро выйдет из-под контроля.

И здесь в игру вступают определенные умные математические и вычислительные мощности, называемые интеллектуальной зарядкой на основе ИИ, которые будут искать множество возможных графиков зарядки для каждого зарядного устройства и транспортного средства, чтобы предложить решения, обеспечивающие наименьшую стоимость (или другой набор целей). Это достигается за счет снижения общего потребления энергии или мощности в депо в дорогостоящие периоды времени. Оптимальные индивидуальные графики зарядки для каждой зарядной станции затем загружаются из облачной системы управления с использованием встроенных возможностей IoT зарядных станций.

Снижение эксплуатационных затрат на 40-50 % для крупного депо

Приведём пример, демонстрирующий возможности ИИ и показывающий, как он может помочь снизить эксплуатационные расходы для большого парка электромобилей. Представьте себе депо, в котором находится 150 автобусов, каждый из которых требует около 160 кВт·ч электроэнергии каждый день. Депо строит свою работу, предполагая, что автобусы возвращаются в депо в конце дня в три потока. При неконтролируемой зарядке каждое зарядное устройство запускается, как только оно подключено к сети, и это дает профиль мощности с двумя основными пиками 4,6 и 3,9 МВт в 21:00 и 2:00 соответственно, а также меньший пик примерно в 9:00.

Чтобы понять, что это значит для эксплуатационных расходов депо, примите во внимание, что у большинства коммерческих клиентов в счетах есть два платежа:

  • Счета за электричество: это плата за электроэнергию, которую они используют (кВт·ч), умноженную на цену за электроэнергию (долл. США/кВт·ч).
  • Плата за потребляемую мощность: это плата за необходимый объём электроэнергии. Это максимальная мощность (кВт), используемая в течение 15-минутного интервала максимальной нагрузки, умноженная на плату за потребление локальной коммунальной службы (долл. США/кВт).

    В большинстве городов есть тариф по времени использования, согласно которому плата за энергопотребление в определенное время дня дешевле. Очевидно, что для снижения эксплуатационных расходов депо должно использовать большую часть энергии, когда она дешевле всего.

    Рисунок 1
    Рис. 1. Примерный расчет затрат на электроэнергию для большого депо со 150 электробусами с неконтролируемой зарядкой на основе коммерческих тарифов на электромобили (тарифы на время использования) от PG&E

    Пример использования № 1. Сокращение расходов на электроэнергию

    Приведём пример: ставки на коммерческий электротранспорт, предлагаемые американским коммунальным предприятием PG&E, применяются к приведенному выше профилю мощности депо. Приблизительно 11 000 кВт·ч электроэнергии потребляется при пиковой нагрузке, 14 000 кВт·ч — при внепиковой нагрузке, и практически никакой нагрузки при использовании сверхвысокой скорости непиковой нагрузки. Ежедневные затраты на электроэнергию составят почти 5 000 долларов США. Чтобы сократить расходы, необходимо перенести потребление электроэнергии с пиковой нагрузки на непиковую. Также контролируется общий уровень мощности депо, чтобы минимизировать затраты на электроэнергию. Алгоритмы ИИ будут искать оптимальное решение, которое одновременно изменит использование энергии (смещение нагрузки), а также снизит максимальную мощность (уменьшение нагрузки) для депо. Это, по сути, многомерная проблема.

    Оптимальный профиль мощности для той же станции, определенный алгоритмами ИИ, изображен на рисунке 2. В него включены 150 индивидуальных графиков зарядки (по одному для каждого из 150 автомобилей), которые в сочетании позволяют сократить потребление энергии вне дорогостоящего периода времени, а также снизить общий уровень энергопотребления. В результате новый счет за электроэнергию составляет менее 3000 долларов США в день. Это экономит около 40 % и достигается без каких-либо эксплуатационных ограничений — график выдерживается, автобусы по-прежнему въезжают и покидают депо в нужное время и получают необходимую энергию для выполнения своих задач.

    Рисунок 2
    Рис. 2. Расчет примерных сборов за потребление для большого депо с парком в 150 электробусов с контролируемой оплатой с помощью программного обеспечения «Сименс» для управления депо на основе повременных сборов за электроэнергию согласно классификации услуг PG&E

    Пример использования № 2. Сокращение платы за потребление электроэнергии

    Плата за потребление зависит от его максимальной мощности и, как правило, от времени суток. Для снижения этих расходов есть два рычага: во-первых, уменьшение пиков мощности, а во-вторых, переключение нагрузки из области первичного спроса (то есть после 22:00). Например, компания Con Edison использует две схемы оплаты: одну — летом и другую — все остальное время в течение года. Летнюю оплату можно увидеть на рисунке ниже, где также показан профиль мощности депо (рис. 3). Очевидно, что пики, вызванные неконтролируемой зарядкой, имеют сильное финансовое влияние, а максимальный пик приходится на период с 9 до 21:30. В этот период задается высокая плата за электроэнергию (с 8:00 до 22:00), во все остальные часы стоимость ниже. Ежемесячная плата за электроэнергию составляет почти 162 000 долларов США.

    Рисунок 3
    Рис. 3. Расчет примерных платежей за электроэнергию для крупного депо со 150 электробусами с неконтролируемой зарядкой на основе повременных сборов за электроэнергию согласно классификации услуг Con Edison № 9

    Оптимизированный для искусственного интеллекта профиль мощности для депо (рис. 4) показывает значительное снижение общих пиковых значений с 4,6 до примерно 2,5 МВт. Более того, энергопотребление смещено из наиболее дорогостоящих промежутков времени. Вместе эти два улучшения могут снизить ежемесячную плату за потребление примерно на 50 % по сравнению с неконтролируемыми процессами зарядки. Как и в первом случае, это может быть достигнуто без последствий с точки зрения эксплуатации: автомобили заряжены и готовы к использованию в случае необходимости.

    Рисунок 4
    Рис. 4. Расчет примерных платежей за потребление электроэнергии для крупного депо с парком в 150 электробусов с контролируемой зарядкой с помощью программного обеспечения «Сименс» для управления депо на основе повременных сборов за электроэнергию согласно классификации услуг Con Edison № 9

    Краткие сведения

    Управление зарядкой в депо — ключ к экономичной и эффективной эксплуатации электрифицированного автопарка. Оно может значительно повысить мобильность экологичного транспорта. Для небольших автопарков управление нагрузкой (его иногда также называют «умной зарядкой») — ключевой инструмент для снижения как капитальных, так и операционных затрат. Такие передовые технологии, как искусственный интеллект, необходимо применять по мере роста парка машин. Хотя точные цифры варьируют в зависимости от объекта, затраты на электроэнергию могут быть снижены до 40 %, а сборы по запросу — до 50 %. Такой масштаб экономии имеет под собой экономическое обоснование и обладает важным значением для долгосрочного успеха электротранспорта.

    Источник: «Сименс АГ»

    👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

    Читайте также
    Новости по теме
    Объявления по теме

    ПРОДАМ: Разрядный электрод для снятия статического электричества

    Заряжающий электрод (трезубец, одинарные электорды) Существуют различные зарядные электроды, в том числе трёх контактные с контактами в виде захвата клешневого типа для испускания точечного заряда на поверхности маленькой площади - подходят для заряда кромок полимерной пленки в процессе выливания ее на охлаждающий вал. Электрод для снятия статического электричества купить в России, от компании "ПроТехно" Применяемый материал электрода выдерживает высокие температуры. Чтобы исключить возможность возникновения искрового разряда, электроды защищены резистором
    Адаричев Максим · ПРОТЕХНО · 5 июня · Россия · г Санкт-Петербург
    Разрядный электрод для снятия статического электричества

    ПРОДАМ: Реши проблему сейчас: электростанции для электроснабжения

    Дизельные Генераторы, электростанции АД-12, АД-16, АД-20, АД-30, АД-60, АД-100, АД-150, АД-200, АД-250, АД-315, другие дизель генераторные установки до 3000 кВт, CUMMINS, SDMO, DENYO, FG Wilson, дизель и бензо генераторы , ММЗ, ЯМЗ. ТМЗ, VOLVO, DOOSAN, MTU и др., 1,2,3 степень автоматизации, стационарные и передвижные, кунг, шасси, контейнер Север, в наличии и под заказ. Новые, б/у, консервация Доставка авто и ж/д транспортом. Поставки в Атырау, Актобе, Костанай, Рудный, Петропавловск, Кокшетау, Павлодар , Астана, Караганда и др.
    Насонова Виктория · ООО ПК НАВИГАТОР · 29 мая · Россия · Челябинская обл
    Реши проблему сейчас: электростанции для электроснабжения

    ПРОДАМ: Зарядные, пуско-зарядные устройства

    Более 25 лет мы производим: — Зарядные и зарядно-разрядные устройства для стартерных и тяговых аккумуляторных батарей различного типа; — Многопостовые зарядные и зарядно-разрядные устройства; — Зарядно-разрядные шкафы; — Установки для запуска двигателей и пуско-зарядные устройства; — Устройства для проверки и обслуживания аккумуляторных батарей.
    Киш Андрей · КОМЕТА-С · 6 июня · Россия · Новгородская обл
    Зарядные, пуско-зарядные устройства

    ПРОДАМ: Автономное зарядное устройство для миниатюрных элементов питания

    Продам автономное зарядное устройство для миниатюрных элементов питания (например, типа СЦ и т. п., в т. ч. — импортных), которое позволяет подзаряжать севшие элементы и эффективно восстанавливать их утраченный заряд в любых условиях. Устройство собрано на базе миниатюрной солнечной батареи, в подключении к электросети не нуждается и требует для своей работы всего лишь любого освещения (солнечного или даже света настольной лампы). Габариты изделия 45×22×18мм (ударопрочный пластиковый корпус). Оптовая цена — 80р.
    Валентинович Виктор · "ERYDAN" · 25 мая · Россия · Краснодарский край
    Автономное зарядное устройство для миниатюрных элементов питания

    ПРОДАМ: Электростанции, дизель генераторы от 10 до 500 кВт

    Электростанции от 10 до 500 кВт, (АД-10, АД-12, АД-30, АД-60, АЛ-100, АД-200, АД-500) с госхранения, стационарные, передвижные, напряжение 230/400 В, частота 50 Гц, род тока -переменный трехфазный, система охлаждения -радиаторная. Производство Россия. Гарантия. ООО «Звезда Сибири» Ремонт, продажа. Заключаем договоры на ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ.
    Звездасибири Александр · Звезда-С · 10 июня · Россия · Новосибирская обл
    Электростанции, дизель генераторы от 10 до 500 кВт
    Autonics - международная компания из Южной Кореи, которая занимается производством компонентов промышленной автоматики. Компания производит датчики, контроллеры, устройства движения, измерительное оборудование, системы лазерной маркировки, соединительное оборудование и другое. Номенклатура продукции превышает 15000 наименований. Продукция отличается высоким качеством, надежностью и доступной ценой, что делает ее лидером продаж в Корее. На рынке автоматизации компания присутсвует больше 40 лет.