Заміна акумулятора вимагає менше акумуляторів, ніж ви думаєте

Привод Janus Electric, який використовується компанією OZ Minerals. Фото надано Qube.

Підтримайте роботу CleanTechnica через підписку на Substack, Patreon або Stripe. Допоможіть нам створювати якісний оригінальний контент щотижня, незважаючи на виклики у вигляді штучного інтелекту для збору контенту, антисоціальних мереж, інфляції та інших перешкод.

Коли деякий час тому я написав статтю про Janus Electric — австралійську компанію з виробництва електричних вантажівок, яка пропонує переобладнання на напівелектричні версії з дизельним двигуном та можливість заміни акумуляторів, — я залишив її у своїй пам’яті, поки не натрапив на інтерв’ю з генеральним директором Janus Беном Хаттом. Репортер запитав, наскільки зростають додаткові витрати на акумулятори під час експлуатації вантажівок у режимі заміни акумуляторів. Він відповів, що це приблизно на 30%. Janus добре знає це, адже вони створюють та керують коридорами для перевезень важких вантажівок. Виявилося, що я давно вже робив розрахунки, які пояснюють, як працює цей хитрий механізм.

Спочатку, коли я досліджував процеси обміну вантажівками, я використовував концепцію транзакції заряджання одиниці – найбазовішого елемента поповнення акумулятора. З часом я створював ілюстрації транзакцій одиниць, щоб показати, як вони функціонують та як розширюються ці одиниці. Якщо одна картинка варта тисячі слів, це також чудовий спосіб зрозуміти, як щось працює, та візуально показати математичні розрахунки. Коли я натрапив на цитату керівника Janus, я миттєво згадав концепцію, про яку писав у невеликій статті під назвою „Планування станцій та зарядних пристроїв для електромобілів“. Давайте проілюструємо це, порівнявши найпростішу транзакцію одиниці та способи її масштабування. Це аналіз без очікування; кожне розширення відбувається шляхом суперпозиції методів. Давайте зробимо це за допомогою ілюстрацій. Ось як виглядає транзакція одиниці:

Щоб розширити зону дії транзакцій на більші відстані, ми можемо використовувати метод, який я називаю ланцюговим розташуванням. Завдяки тому, що кожен вантажівка вирушає з належним інтервалом, усі вони розташовуються таким чином, що між станціями завжди є одна вантажівка у дорозі. Я називаю це ланцюговим розташуванням, тому що це нагадує ланцюг: між станціями заміни акумуляторів із пересувними акумуляторами є лише одна вантажівка, а на станції поступово заряджається ще один акумулятор. Цей механізм можна проілюструвати через поєднання транзакцій у ланцюг — див. рисунок 2.

Зверніть увагу, що ця концепція працює в обох напрямках. Ми можемо перевернути зображення, показавши вантажівки, які їдуть у зворотному напрямку. Легко зрозуміти, як можна створити систему станцій, що з’єднують дві кінцеві точки на будь-якій довжині. Співвідношення акумуляторів, вантажівок та станцій таке саме, як і для одиниці транзакції. Це можна назвати ланцюговим циклом. Це має сенс, адже вантажівки завжди їдуть від місця забору до пункту призначення та назад. Бачите, наскільки просто зрозуміти масштабування на рисунку 3?

Якщо початок подорожей транспортних засобів планується поетапно, тоді на дорозі може бути лише один вантажівка, а батарея заміни — на кожній станції. Таким чином ми можемо організувати послідовність виїздів так, щоб одна вантажівка завжди прямувала до наступної станції, і щоб для кожної вантажівки завжди була одна мобільна батарея та одна батарея заміни. Масштабування є простим.

Далі ми можемо використовувати метод наповнення маршруту. Замість однієї вантажівки між станціями ми визначаємо іншу кількість вантажівок на дорозі. Якщо ми оберемо три, то завжди буде три вантажівки з мобільними батареями та одна батарея заміни. У проміжку між вантажівками на дорозі батарея може заряджатися, після чого вантажівка отримує нову батарею та залишає іншу для заряджання. Це зменшує кількість використовуваних батарей та пікове навантаження на електроенергію. Саме тут видно, як у моделі Janus кількість додаткових батарей для заміни становить лише 33%, як показано на ілюстрації 4 з трьома вантажівками на маршруті завдяки методу наповнення маршруту.

У статті показано, як можливе збільшення обсягу вантажних перевезень шляхом одночасної відправки кількох вантажівок. Обсяг вантажів у флоті може зростати за програмованим планом завдяки цьому. Ефект від кількох одночасних відправлень показаний на рисунку 5.

Акумулятори можна замінити за 4 хвилини, і вантажівки будуть обслуговуватися відповідно. Насправді, наприклад, у випадку прибуття чотирьох вантажівок, усі вони будуть обслуговані протягом 16 хвилин, а будь-які подальші заміни акумуляторів не потребуватимуть очікування, оскільки вантажівки будуть прибувати кожні 4 хвилини. Часовий інтервал між партіями вантажівок може бути більшим за час заміни акумуляторів у кількох вантажівках.

Розмір мобільних акумуляторних блоків можна зменшити для підвищення їхньої ємності. Те, як це працює, показано на ілюстрації. Станції, розташовані через половину відстані, зменшують розмір акумулятора вдвічі. Загальна кількість акумуляторів у системі залишається незмінною, але розмір мобільного акумулятора скорочується вдвічі, що підвищує здатність вантажівки до транспортування, як показано на рисунку 6.

Нарешті, концепції одиниць обробки дозволяють легко показувати та порівнювати пікові потреби систем у потужності та енергії. Графічний аналіз демонструє, як працює система заміни акумуляторів, як вона розширюється залежно від потреб, а також як мінімізувати пікові навантаження на електромережу та операційні витрати станцій заміни акумуляторів у гнучкий та прогнозований спосіб.

Висновок

Ілюстрації операцій з акумуляторами є корисним способом візуалізації потреб у поповненні енергії акумуляторів електромобілів. Вантажівки можуть функціонувати з мінімальною інфраструктурою для заміни акумуляторів — лише третиною кількості акумуляторів, які є на вантажівках. Графічні ілюстрації легко демонструють, як операції вантажно-транспортної системи можуть зменшити пікові навантаження на електромережу, потреби в акумуляторах та капітальні витрати за допомогою таких підходів, як поетапне запускання рейсів, оптимізація маршрутів та багатократні виїзди. Ці ілюстрації полегшують планування початкових операцій та розширення, а також аналіз капітальних та операційних витрат. У електричних вантажно-транспортних системах доцільно організовувати та координувати перевезення у вигляді безперервної ланцюгової структури, що підходить для вантажних коридорів між портами та великими складами, копальнями та іншими точками призначення. Не потрібен акумулятор для заміни на кожну вантажівку. За допомогою оптимізації маршрутів інфраструктура акумуляторів системи...

Потреби в енергії можна звести до незначної частини вимог до акумуляторів мобільних пристроїв. Додаткове ілюстрування може показати, як інші стратегії відповідають потребам у транспортуванні з складу до точок розповсюдження в роздрібних центрах, а гранулярність системи — місцевим потребам у доставці на кожному рівні та при будь-якій довжині маршруту. Існують ще поняття, які варто дослідити для функціонування віддалених станцій.