Замена аккумулятора требует меньше аккумуляторов, чем вы думаете.

Привод Janus Electric, используемый компанией OZ Minerals. Фото предоставлено Qube.

Поддержите работу CleanTechnica, подписавшись на Substack, Patreon или Stripe. Помогите нам создавать качественный оригинальный контент каждую неделю, несмотря на трудности, связанные с ИИ для извлечения контента, антисоциальными соцсетями, инфляцией и другими препятствиями.

Некоторое время назад, когда я писал статью о Janus Electric — австралийской компании, производящей электрические грузовики с возможностью дизельно-полуэлектрической трансформации и замены аккумуляторов, — я отложил её в стороне, пока не наткнулся на интервью с генеральным директором Janus Беном Хаттом. Ведущий спросил, насколько увеличивается расходы на аккумуляторы при эксплуатации грузовиков в режиме смены батарей. Он ответил, что это примерно на 30%. Janus хорошо знает этот вопрос, поскольку они создают и управляют коридорами для транспортировки тяжелых грузов. Оказывается, я давно уже проводил расчёты, показывающие, как работает этот умный приём.

Вначале, когда я изучал процессы замены аккумуляторов в грузовиках, я использовал концепцию транзакции зарядки единицы — самого базового элемента пополнения заряда батареи. Со временем я рисовал иллюстрации таких транзакций, чтобы показать, как они функционируют и как расширяются отдельные элементы аккумулятора. Если одна картинка стоит тысячи слов, это также отличный способ понять принцип работы чего-либо и визуально представить математические расчеты. Когда я наткнулся на цитату генерального директора Janus, я сразу вспомнил концепцию, о которой писал в небольшой статье под названием «Планирование электрозарядных станций и зарядных устройств». Давайте проиллюстрируем это, сравнив самую простую транзакцию единицы и способы её масштабирования. Это анализ без ожиданий; каждое расширение осуществляется путем наложения различных методов. Давайте сделаем это с помощью иллюстраций. Вот как выглядит транзакция единицы:

Чтобы расширить диапазон передвижения транспортных средств, мы можем использовать метод, который я называю цепочечной организацией. Запуская каждый грузовик с определенным интервалом, мы обеспечиваем такую последовательность, при которой между станциями всегда находится один грузовик. Я называю это цепочечной организацией, потому что это напоминает цепь: между станциями для замены аккумуляторов находится лишь один грузовик с подвижным аккумулятором, а на станции медленно заряжается еще один аккумулятор. Этот принцип можно проиллюстрировать через последовательное выполнение операций — см. рисунок 2.

Обратите внимание, что этот принцип работает в обоих направлениях. Мы можем перевернуть изображение, показав грузовики, движущиеся в обратном направлении. Легко понять, как можно создать систему станций, соединяющих две точки на любом произвольном расстоянии. Соотношение аккумуляторов, грузовиков и станций совпадает со значением одной транзакции. Это можно назвать цепочкой с замыканием. Всё имеет смысл, ведь грузовики постоянно перемещаются от места забора к пункту назначения, затем снова возвращаются. Видите, насколько просто определить масштабирование на рисунке 3?

Если запуск поездок транспортных средств происходит поэтапно, то на маршруте может находиться только один грузовик, при этом аккумулятор меняется на каждой станции. Таким образом можно организовать последовательность выездов так, чтобы один грузовик постоянно двигался к следующей станции, и всегда имелось по одному мобильному аккумулятору и одному запасному на каждый грузовик. Масштабирование в таком случае происходит легко.

Далее можно использовать метод заполнения маршрута. Вместо одного грузовика между станциями на маршруте задаётся другое количество грузовиков. Если выбрать три, то всегда будет три грузовика с мобильными аккумуляторами и один запасной. В промежутке между грузовиками на маршруте аккумулятор может заряжаться, после чего грузовик получает новый аккумулятор и оставляет старый для зарядки. Это снижает количество используемых аккумуляторов и пиковую нагрузку на электроэнергию. Именно здесь видно, как при использовании метода заполнения маршрута тремя грузовиками на маршруте, как показано на рисунке 4, доля аккумуляторов, предназначенных для замены, составляет всего 33%.

В статье показано, как грузоперевозки грузовиками могут осуществляться пакетами, при этом одновременно отправляется более одного грузовика. С помощью этого способа объем грузоперевозок флотом может увеличиваться по заранее запрограммированному графику. Эффект от нескольких одновременных отправлений показан на рисунке 5.

Замена батарей может занять 4 минуты, и грузовики, прибывающие на место, будут обслуживаться соответственно. На практике, например, при прибытии четырех грузовиков, все они будут обслужены в течение 16 минут, а любые последующие замены батарей не потребуют ожидания, поскольку грузовики будут прибывать с интервалом в 4 минуты. Интервал между пакетами грузовиков может быть больше, чем время замены батареи у нескольких грузовиков.

Размер мобильных аккумуляторных блоков можно уменьшить для повышения их грузоподъемности. Принцип действия показан на иллюстрации: станции, расположенные через равные интервалы, сокращают размер аккумулятора вдвое. Общий объем аккумуляторов системы остается прежним, но размер мобильного аккумулятора уменьшается вдвое, а грузоподъемность грузовика повышается, как показано на рисунке 6.

Наконец, концепции единичных операций позволяют легко отображать и сравнивать пиковые потребности систем в мощности и энергии. Графический анализ показывает, как функционирует система обмена аккумуляторами, как она расширяется в зависимости от потребностей, а также как гибким и предсказуемым образом минимизировать пиковые нагрузки на сеть и расходы на аккумуляторы на станциях обмена.

Заключение

Иллюстрации операций с отдельными единицами являются полезным способом визуализации потребностей в пополнении аккумуляторов электромобилей. Грузовики могут функционировать с минимальной инфраструктурой для замены аккумуляторов — всего в одну треть от количества аккумуляторов, установленных на них. Графические представления наглядно показывают, как операции грузовой системы могут снизить пиковые нагрузки на электросеть, потребности в аккумуляторах и капитальные затраты с помощью таких подходов, как поэтапный старт поездок, оптимизация маршрутов и несколько отправлений за раз. Эти иллюстрации облегчают планирование первоначальных операций и расширения, а также анализ капитальных и операционных затрат. В электрических грузовых системах выгодно организовывать и координировать грузоперевозки в виде непрерывной цепочки, что соответствует грузовым коридорам между портами и крупными складами, шахтами и другими точками назначения с высокой концентрацией грузоперевозок. Не требуется один аккумулятор для замены на каждый грузовик. Благодаря использованию метода оптимизации маршрутов инфраструктура аккумуляторов системы

Потребности в энергии могут быть снижены до доли от требований к аккумуляторам мобильных устройств. Дополнительные примеры показывают, как другие стратегии соответствуют потребностям в логистике от склада до точек розничной продаж, а уровень детализации системы соответствует местным потребностям в доставке на каждом уровне и при любой длине маршрута. Существуют ещё концепции, которые стоит исследовать для работы удаленных станций.