Практическое руководство по зарядке электрических судов в суровых прибрежных условиях

Как операторы портов, поставщики морских услуг и прибрежные подрядчики могут планировать гибкую зарядку с учетом реального спроса на энергию, суровых условий окружающей среды и ограничений инфраструктуры

Электрификация охватывает порты, паромные маршруты, марины, верфи и строительные площадки на побережье, но энергетическая проблема здесь сильно отличается от зарядки легкового автомобиля в городе. Судно может иметь очень короткое окно для возвращения на базу. Временный причал может не иметь подключения к сети высокой мощности. Соленые брызги могут ускорить коррозию разъемов и открытых компонентов. В то же время, на той же площадке может потребоваться энергия для электрических грузовиков, экскаваторов, насосов, освещения и аварийных нагрузок. В таких ситуациях главный вопрос не просто: «Где мы можем установить еще одно зарядное устройство?». Вопрос в том: «Как мы можем доставить полезную энергию к точке потребления, не создавая нового инфраструктурного узкого места?»

Именно здесь становится актуальным мобильное зарядное устройство для электромобилей. Вместо того чтобы рассматривать мобильную зарядку как замену каждой стационарной системе берегового питания, данное руководство рассматривает ее как гибкий энергетический слой для мест, где стационарная инфраструктура недоступна, временно недостаточна, находится на обслуживании или экономически труднооправдана.

Для зарубежных B2B покупателей, Door Energy разрабатывает и производит мобильные зарядные устройства и системы зарядки с накоплением энергии для коммерческого и промышленного использования. Решения Door Energy могут поддерживать высокомощную зарядку постоянным током, мобильное развертывание и подачу переменного тока для соответствующих проектов. Однако зарядка судов требует проверки совместимости для каждого конкретного проекта: разъем CCS1/CCS2 или возможность работы по OCPP не делают зарядное устройство автоматически совместимым с каждым электрическим судном. Напряжение, ток, связь с системой управления батареями, заземление, блокировка, местные портовые правила и требования к морской электротехнике должны быть рассмотрены перед развертыванием.

I. Электрификация побережья создает операционную проблему зарядки

Электрификация судоходства и портов стимулируется как регулированием, так и экономической эффективностью эксплуатации. Стратегия Международной морской организации по сокращению выбросов парниковых газов на 2023 год предусматривает сокращение общегодового объема выбросов парниковых газов от международного судоходства как минимум на 20% к 2030 году, стремясь к 30% по сравнению с 2008 годом. Стратегия также призывает к тому, чтобы технологии, виды топлива и источники энергии с нулевыми или почти нулевыми выбросами парниковых газов составляли не менее 5% энергии, используемой международным судоходством к 2030 году, стремясь к 10%. Эти цели не означают, что каждое судно станет полностью электрическим, но они усиливают давление на порты и операторов с целью создания более гибких низкоуглеродных энергетических систем.

Источник отраслевых данных: Международная морская организация, Стратегия ИМО 2023 года по сокращению выбросов парниковых газов от судов. Официальный источник ИМО

Европа также движется к более широкому использованию берегового электричества. В соответствии с Регламентом ЕС об инфраструктуре для альтернативных видов топлива, соответствующие морские порты TEN-T должны обеспечивать береговое электроснабжение как минимум для 90% соответствующих судозаходов в определенных категориях судов после достижения применимых пороговых значений. Это подкрепляет более широкую рыночную тенденцию: электрическая инфраструктура в портах становится операционной возможностью, а не просто экологическим дополнением.

Ссылка на политику: Регламент (ЕС) 2023/1804, консолидированный текст. Источник EUR-Lex

Проблемы клиентов обычно более практичны, чем заголовки политики

Прибрежный оператор редко начинает проект закупки с запроса конкретной модели зарядного устройства. Проект обычно начинается с проблемы: судно не может завершить следующий рейс без дополнительной энергии; островной объект имеет ограниченную мощность сети; причал используется сезонно; строительство постоянного подключения займет месяцы; или подрядчику нужен один энергетический актив, который может перемещаться между несколькими рабочими зонами.

Простой часто дороже самой электроэнергии

Для коммерческого оператора решение о зарядке должно оцениваться с точки зрения доступности судна, времени экипажа, пропущенных рейсов, задержки груза или пассажиров, требований к буксирам или буксировке, а также стоимости экстренного реагирования. Зарядное устройство с более низкой стоимостью, которое не может быть развернуто там, где нужна энергия, может оказаться более дорогим в эксплуатации, чем система с более высокой производительностью. Поэтому стратегия зарядки должна быть привязана к стоимости прерывания, а не только к покупной цене зарядного оборудования.

II. Пять показателей, которые должен рассчитать каждый оператор перед выбором решения для зарядки

Прежде чем сравнивать оборудование, покупатель должен построить простую энергетическую модель. Пять показателей обычно определяют, требуется ли проекту стационарное береговое питание, мобильная зарядка с поддержкой накопителей или их гибрид.

1. Емкость батареи и фактически требуемая энергия за цикл

Емкость батареи — это отправная точка, но операторы не должны предполагать, что каждое событие зарядки требует полной перезарядки от 0 до 100%. В коммерческой эксплуатации более полезным показателем является энергия, которую необходимо восстановить между двумя рабочими циклами. Судно емкостью 600 кВтч, которое возвращается с уровнем заряда 35% и должно отправиться при 75%, нуждается примерно в 240 кВтч до учета потерь при зарядке.

2. Доступное окно зарядки

Те же 240 кВтч требуют совершенно разной инфраструктуры в зависимости от того, есть ли у оператора 30 минут, один час или четыре часа. Основное уравнение планирования: Требуемая средняя мощность зарядки = Требуемая энергия / Доступное время зарядки. Это расчет для планирования, а не гарантия фактической скорости зарядки, поскольку система управления батареями судна может снижать мощность при высоком уровне заряда, низкой температуре или других рабочих ограничениях.

3. Максимальная приемная способность зарядки судна

Номинальная мощность зарядного устройства — это только одна сторона уравнения. Если зарядное устройство может выдавать 420 кВт, а судно может принимать только 220 кВт, практическая скорость зарядки будет ограничена судном. Именно поэтому серьезные закупки должны начинаться с диапазона напряжения аккумуляторной батареи, максимального тока постоянного тока, максимальной мощности зарядки, связи BMS и кривой зарядки, а не с самого большого числа зарядных устройств в брошюре.

4. Мощность сети у причала или рабочей площадки

На объекте может быть электричество, но все равно недостаточно мощности для быстрой зарядки. Например, марина с резервной мощностью сети всего 100 кВт не может непрерывно питать нагрузку 300 кВт без модернизации, управления нагрузкой, буферного накопителя или другой операционной стратегии. В такой ситуации накопленная энергия может отделить событие зарядки от мгновенного ограничения сети: система хранения может пополняться, когда доступна мощность, и разряжаться с большей мощностью, когда это необходимо судну или транспортному средству.

5. Другие нагрузки, требующие энергии на том же объекте

Прибрежные объекты часто имеют смешанные нагрузки. Подрядчики могут нуждаться в зарядке электрического грузовика, питании насоса, работе освещения после наступления темноты или подаче питания на электрический экскаватор. Решение о закупке, которое учитывает только судно, может привести к дублированию оборудования и недоиспользованию активов. Подход Door Energy к промышленному использованию актуален, поскольку подходящие конфигурации могут поддерживать зарядку электромобилей постоянным током, а также подачу переменного тока для таких применений, как электрические экскаваторы, насосы и освещение.

III. Суровые прибрежные условия меняют стратегию зарядки

Прибрежный проект зарядки не может использовать те же допущения по техническому обслуживанию, что и защищенный городской объект зарядки. Морская вода в среднем содержит около 35 промилле растворенных солей, по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США. Ветер и волны могут переносить влагу с солью на близлежащее оборудование. Как только солевые остатки остаются на металлических поверхностях и электрических интерфейсах, высокая влажность может сделать коррозию и загрязнение постоянной проблемой технического обслуживания, а не разовым погодным явлением.

Ссылка на экологию: Национальный океанический и атмосферный департамент США. Ссылка на соленость NOAA

Соленые брызги, влажность и конденсация влияют на различные части системы

Не снижайте «пригодность для морских условий» до одного рейтинга IP

Рейтинг защиты от проникновения важен, но он не отвечает на все прибрежные вопросы. Покупатели также должны спрашивать о материалах корпуса, системах покрытия, открытых крепежных элементах, хранении разъемов, кабельных вводах, архитектуре охлаждения, проверке на воздействие соленых брызг, интервалах проверки и доступе для обслуживания. Если оборудование предназначено для работы в непосредственной близости от морской воды, поставщику следует предоставить точную информацию об окружающей среде вместо общего запроса на «уличное зарядное устройство».

Положение установки может быть столь же важным, как и спецификация зарядного устройства

Даже хорошо защищенное оборудование не следует размещать там, где волны, приливное затопление или обычная промывка могут напрямую попадать на электрические интерфейсы. Прокладка кабелей должна избегать полос движения транспортных средств, острых краев, зон скопления воды и мест, где движение экипажа может повредить соединение. Кроме того, операторы должны определить процедуру проверки разъемов, кабелей, клемм и видимой коррозии до и после использования. Прибрежная надежность создается за счет конструкции оборудования и дисциплины эксплуатации.

Морская электрическая совместимость должна подтверждаться для каждого проекта

Международные стандарты берегового питания различают различные архитектуры берегового питания. Например, IEC/IEEE 80005-1 охватывает системы берегового питания высокого напряжения и включает требования к распределению на берегу, интерфейсам судно-берег, трансформаторам, преобразователям, управлению, мониторингу и блокировке. Это иллюстрирует, почему разъем для дорожных электромобилей сам по себе не определяет полную морскую зарядную систему. Для проекта электрического судна производитель судна, системный интегратор и поставщик зарядного оборудования должны подтвердить полный электрический интерфейс и концепцию безопасности перед эксплуатацией.

Техническая ссылка: IEC/IEEE 80005-1, Системы берегового питания высокого напряжения. Обзор IEC

IV. Где мобильное зарядное устройство для электромобилей решает проблемы, которые не может решить стационарное береговое питание

мобильное зарядное устройство для электромобилей наиболее ценно, когда спрос на энергию перемещается, появляется быстрее, чем может быть построена инфраструктура, или должно поддерживаться во время перебоя. Это делает его особенно актуальным в «пробелах» вокруг стационарного берегового питания, а не как универсальную замену ему.

Временные причалы и сезонные маршруты

Причал, используемый только во время этапа строительства, туристического сезона или пробного маршрута, может не оправдывать полные строительные работы и стационарную электрическую инфраструктуру высокой мощности. Мобильная энергетическая система может быть передислоцирована после завершения проекта, улучшая использование активов. Для операторов, тестирующих новый маршрут электрического судна, это также создает менее рискованный способ проверки спроса на энергию перед принятием решения о постоянном строительстве.

Удаленные марины, острова и объекты со слабыми сетями

Удаленный прибрежный объект может иметь подключение к сети, достаточное для зданий, но недостаточное для кратковременной зарядки высокой мощности. Мобильная система с поддержкой накопителей может пополняться в течение более длительного периода, а затем подавать энергию во время короткого оборота судна. Это не устраняет необходимость в проектировании объекта, но меняет проблему с «немедленного обеспечения пиковой мощности сети» на «управление энергией во времени».

Аварийная поддержка и обеспечение устойчивости

Стационарное береговое питание может выйти из строя из-за сбоев в сети, технического обслуживания, повреждения оборудования или изменения причалов. Портовые операторы, зависящие от одной стационарной точки зарядки, таким образом, могут создать единую точку операционного сбоя. Мобильное устройство может обеспечить резервную мощность для совместимых электромобилей или других нагрузок, помогая оператору поддерживать основные транспортные и рабочие функции, пока основная система недоступна.

Смешанные портовые и строительные нагрузки

В одном прибрежном проекте могут участвовать электрические грузовики, служебные автомобили, экскаваторы, насосы и освещение. Системы Door Energy разработаны для коммерческого и промышленного использования энергии, а не только для зарядки легковых автомобилей. В подходящих конфигурациях зарядка постоянным током может поддерживать экстренную помощь электромобилям или парковые приложения, в то время как выход переменного тока может поддерживать такие нагрузки, как электрические экскаваторы, водяные насосы и освещение. Эта многофункциональность может увеличить использование актива на протяжении всего жизненного цикла проекта.

Что означает до 420 кВт в рабочем окне

Door Energy предлагает высокомощные конфигурации в своем ассортименте мобильных зарядных устройств для электромобилей. Для подходящих совместимых нагрузок выходная мощность до 420 кВт меняет разговор с номера в спецификации на операционный вопрос: сколько энергии может быть передано в течение доступного окна?

*Теоретический расчет = мощность × время. Фактическая переданная энергия может быть ниже из-за ограничений BMS, снижения мощности в зависимости от SOC, температуры, потерь при преобразовании, ограничений кабеля/разъема и специфических для проекта управляющих элементов.

В качестве конкретного примера высокопроизводительной мобильной архитектуры Door Energy см. мобильную систему зарядки и накопления энергии мощностью 420 кВтч / 420 кВт. Она объединяет накопление энергии с многопортовой зарядкой постоянным током и промышленной выходной мощностью. Для прибрежного проекта судна тот же принцип может быть оценен только после подтверждения интерфейса со стороны судна и требований к морской электротехнике.

V. Door Energy: Превращение мобильной энергии в операционный инструмент

Door Energy разрабатывает мобильные зарядные устройства для электромобилей, системы зарядки с накоплением энергии, быструю зарядку постоянным током и оборудование для зарядки переменным током для коммерческих и промышленных применений. Для прибрежных операторов важен не только бренд; важно, как возможности системы соответствуют конкретной операционной проблеме.

От функции продукта к результату для клиента

CCS1, CCS2 и OCPP полезны — но их следует описывать точно

Мобильные продукты Door Energy поддерживают конфигурации CCS1/CCS2, а OCPP доступен для интеграции с системами управления зарядкой. Это явные преимущества для экстренной помощи на дорогах, электрических грузовиков, парковых автомобилей и совместимых промышленных электромобилей в порту. Для электрических судов, однако, интерфейс должен быть проверен отдельно. Это различие имеет значение, потому что профессиональные покупатели хотят технически достоверный ответ, а не чрезмерно широкое заявление о совместимости.

Пополнение мобильного энергетического актива является частью модели развертывания

Мобильное зарядное устройство с поддержкой накопителя не является бесконечным источником энергии. Его собственный цикл пополнения должен быть запланирован. Для соответствующей конфигурации Door Energy, описанной для этого приложения, пополнение постоянным током может восстановить систему с низкого уровня заряда до полного примерно за один час, в то время как соответствующий источник переменного тока может потребовать около двух часов. Фактическое время зависит от входной мощности, начального уровня заряда, температуры батареи и конфигурации. Это создает практический ритм развертывания: развернуть, подать энергию, вернуть или переместить к точке пополнения, перезарядить и снова развернуть.

Модульное обслуживание имеет большее значение в удаленных местах с высокой стоимостью простоя

В городе неисправное зарядное устройство может быть окружено альтернативами. На острове, в удаленном терминале или на прибрежной строительной площадке это может быть единственный доступный высокомощный энергетический актив. Door Energy использует модульную конструкцию для более удобного обслуживания и ремонта на уровне компонентов. Покупатели по-прежнему должны иметь план запасных частей, график проверок и процесс удаленной технической поддержки, но модульность может снизить сложность диагностики и замены отдельных подсистем.

Операторы, сравнивающие более широкую инфраструктуру объекта, также могут ознакомиться с ассортиментом зарядных устройств Door Energy постоянного тока и в полным портфелем продуктов Door Energy. Это полезно, когда проект может в конечном итоге перейти от мобильной поддержки к гибридному объекту с фиксированной и мобильной зарядкой.

Стационарное береговое питание, мобильная зарядка или гибридная система?

Хорошая стратегия зарядки не строится на принудительном применении одной технологии в каждом сценарии. Стационарное береговое питание обычно более эффективно там, где причал фиксирован, использование высокое, а ежедневный спрос на энергию предсказуем. Мобильная зарядка более эффективна там, где меняется местоположение, время или инфраструктура. Гибридная модель может быть наиболее устойчивым вариантом, когда порт имеет основную фиксированную сеть, но все еще нуждается во временном расширении, аварийной поддержке или энергии для зон за пределами фиксированной сети.

Пять распространенных ошибок планирования, которых следует избегать

• Выбор только по максимальной мощности кВт. Приемная батарея, диапазон напряжения, ограничение тока и кривая зарядки определяют фактическую скорость зарядки.
• Игнорирование собственного цикла пополнения зарядного устройства. Модель развертывания терпит неудачу, если мобильное устройство не может перезарядиться до следующего вызова.
• Предположение, что CCS2 означает универсальную совместимость с судами. Интерфейсы для дорожных электромобилей не заменяют проверку электрической безопасности и безопасности, специфичную для судов.
• Использование обычных городских интервалов обслуживания на побережье. Соль, влажность и конденсация обычно оправдывают более частые проверки и чистку.
• Строительство постоянной инфраструктуры до подтверждения профиля спроса. Временные или неопределенные проекты могут выиграть от мобильной мощности на этапе проверки.

Что отправить в Door Energy перед запросом предложения по прибрежной зарядке

Самый быстрый способ получить полезную техническую рекомендацию — предоставить операционные данные, а не просто спросить «зарядное устройство для лодки». Door Energy должна получить информацию о напряжении судна или нагрузки, емкости батареи, целевом диапазоне SOC, максимальной принимаемой мощности зарядки, информации о разъеме и связи, количестве зарядных событий в день, ожидаемом времени оборота, доступной мощности сети, условиях окружающей среды, ограничениях по установке или транспортировке, а также любых нагрузках переменного тока, которые должны поддерживаться. Если требуется морской интерфейс или сертификация, это должно быть указано в начале проекта.

Door Energy также предоставляет информацию о проектах и продуктах на своей странице часто задаваемых вопросов и в статьях о решениях для зарядки. Эти ресурсы могут помочь покупателям подготовить первоначальные вопросы перед техническим подтверждением.

FAQ: Практические вопросы о прибрежной зарядке электрических судов

В1: Может ли мобильное зарядное устройство для электромобилей заряжать электрическое судно напрямую?

О1: Возможно, но не по умолчанию. Прямая зарядка зависит от напряжения судна, тока, мощности зарядки, разъема, связи BMS, заземления, защиты и требований морской безопасности. Door Energy поддерживает CCS1/CCS2 и OCPP в соответствующих продуктах, но проект электрического судна по-прежнему требует подтверждения инженерной совместимости.

В2: Как узнать, достаточно ли 420 кВт для моей операции?

О2: Рассчитайте энергию, которую необходимо добавить, и разделите ее на доступное время зарядки. Например, 180 кВтч за 30 минут требует в среднем 360 кВт до учета потерь или снижения мощности зарядки. Затем проверьте, действительно ли батарея может принять такую мощность. Если судно принимает только 200 кВт, источник мощностью 420 кВт не заставит его заряжаться на 420 кВт.

В3: Какова разница между кВт и кВтч?

О3: кВт — это мощность, скорость, с которой доставляется энергия. кВтч — это энергия, количество, которое хранится или передается. Выходная мощность 420 кВт, работающая в течение 30 минут, имеет теоретическую передачу энергии 210 кВтч. Оба показателя необходимы при определении размера зарядной системы.

В4: Когда мобильная зарядка экономичнее стационарного берегового питания?

О4: Она наиболее привлекательна, когда причал временный, использование неопределенное, местная сеть слабая, скорость развертывания имеет значение, или один и тот же актив может обслуживать несколько мест и нагрузок. Стационарный причал с высокой частотой использования может по-прежнему предпочитать стационарное береговое питание.

В5: Может ли одна система Door Energy обслуживать суда, грузовики и строительную технику?

О5: Подходящая конфигурация Door Energy может поддерживать зарядку электромобилей постоянным током и подачу переменного тока, поэтому один и тот же мобильный энергетический актив может использоваться для портовых электромобилей, электрических грузовиков и промышленных нагрузок, таких как экскаваторы, насосы или освещение. Зарядка судов остается предметом совместимости интерфейса и морской безопасности.

В6: Какие спецификации прибрежной среды следует подтвердить перед покупкой?

О6: Спросите о степени защиты от проникновения, защите от коррозии, материалах корпуса, защите разъемов, диапазоне рабочих температур, терморегулировании, проверке на воздействие соленых брызг, управлении кабелем, дренаже, интервалах обслуживания и любых требованиях к морской сертификации для конкретного проекта.

В7: Можно ли использовать систему при сбое местной сети?

О7: Заряженное устройство с поддержкой накопителя может временно подавать энергию независимо от сети для совместимых нагрузок, что делает его полезным как часть плана аварийной устойчивости. Доступное время работы зависит от накопленной энергии, мощности нагрузки и требований к резерву.

В8: Как быстро можно пополнить мобильный блок Door Energy?

О8: Для соответствующей конфигурации, обсуждаемой в данном руководстве, пополнение постоянным током может занять примерно один час, а соответствующий источник переменного тока — примерно два часа от низкого уровня заряда до полного. Фактическое время пополнения зависит от входной мощности, уровня заряда батареи, температуры и конфигурации системы.

В9: Делает ли OCPP зарядку судов совместимой?

О9: Нет. OCPP — это протокол связи между зарядным устройством и платформой управления. Он может помочь с удаленной работой, мониторингом и записями о зарядке, но он не определяет физический или электрический интерфейс между зарядным устройством и системой батарей судна.

В10: Почему модульная конструкция полезна на прибрежном объекте?

О10: Удаленные объекты часто имеют меньше альтернатив обслуживания, поэтому время обслуживания имеет значение. Модульная архитектура может сделать доступ к подсистемам, диагностику и замену более управляемыми, помогая операторам снизить операционное воздействие неисправности на уровне компонентов.

В11: Какую информацию следует отправить в Door Energy для получения предложения?

О11: Пре