Elektromobilita pre projektantov: Ako navrhnúť infraštruktúru, ktorá šetrí energiu aj peniaze

Elektromobilita pre projektantov

Vetvy navrhujme ako jednoduchú slučkovanú „chrbticu“ s odbočkami, ktorá je trvalo limitovaná energetickým manažmentom (EMS). EMS drží súčet prúdov na vetve pod nastavenou hranicou. Projektant tak využije existujúce prípojky a rozvádzače bez posilňovania a bez zbytočného navyšovania rezervovanej kapacity, takže praktická súčasnosť nabíjačiek na prípojke môže byť na začiatku nulová. Normy tento prístup poznajú: súčasťou požiadaviek je, že distribučný obvod môže mať zníženú súčasnosť, ak je prítomné riadenie zaťaženia (STN 33 2000-7-722 / IEC 60364-7-722), a pre zostavy určené pre nabíjanie je dovolené uplatniť znížený faktor diverzity vetvy, ak je k dispozícii riadenie (IEC 61439-7). Ochranné a meracie funkcie, ktoré vie zabezpečiť samotná nabíjačka podľa produktových noriem, sa nezdvojujú v pevnej inštalácii; v technickej správe sa len uvedie, že stanice ich musia spĺňať. Výsledkom je normové, lacné a škálovateľné riešenie vetiev bez „obetovania“ bezpečnosti.

Prečo nepotrebujeme riešiť súčasnosť ani na vetve, ani na prípojke
Bežná administratívna budova typicky nevyužíva v čase viac než približne 25 % výkonu prípojky, takže zostávajúcich 75 % pokryje potreby nabíjania na všetkých parkovacích miestach pri riadení s EMS. Rovnako ako rodinný dom s ističom 25 A zvládne cez noc nabiť aj desať vozidiel na ich bežný denný dojazd, dokáže aj celé Slovensko pri navýšení spotreby o zhruba 12 % pokryť potreby plnej elektromobility naprieč osobnými, nákladnými aj vlakovými vozidlami. Ak by sme zajtra nenatankovali ani liter fosílneho paliva a všetko prešlo na elektrinu, ide o rádovo 12 % celkovej spotreby krajiny, čo je len o málo viac ako spotreba Slovalca. EMS s reakciami pod 100 ms udrží vetvy aj prípojku v povolených limitoch bez škodlivých vplyvov na batérie, zníži fixné platby za rezervovanú kapacitu tým, že zvýši využitie budovy z 25 % na 50 % a viac, a tým zníži jednotkovú cenu kWh aj pre ostatné spotrebiče. Takto navrhnuté vetvy sú “as easy as it can be” a pritom v súlade s normami, ktoré explicitne umožňujú znižovať súčasnosť distribučných obvodov pri riadenom zaťažení (STN 33 2000-7-722 / IEC 60364-7-722; IEC 61439-7).

Normy a ochrany

Princíp: všetko, čo vie a má plniť samotná nabíjačka (EVSE), požadujme od EVSE. Do pevnej inštalácie v rozvádzači neduplikujme ochrany ani merania, ktoré môžu byť súčasťou stanice. V rozvádzači nech ostane najmä hlavné nadprúdové istenie vetvy. Tým sa zníži CAPEX, zlepší selektivita a zjednoduší servis, pričom návrh je revízne priechodný a v súlade s normami. (STN 33 2000-7-722 / IEC 60364-7-722, STN EN IEC 61851-1).

AC aj DC ochrany v EVSE: pre AC režim požadujme, aby EVSE obsahovalo kombinovaný istič s prúdovým chráničom (RCBO) typu A 30 mA a zároveň detekciu hladkej DC zložky ≥ 6 mA podľa IEC 62955. Vďaka tomu nie je potrebné inštalovať v rozvádzači špeciálne chrániče typu B ani ďalšie „pre istotu“ moduly. Pri DC staniciach zabezpečujú požadované ochrany (izoláciu, monitorovanie porúch, interné odpojenie) produktové normy pre systém nabíjania.

Prepäťová a podpätová ochrana: koordináciu prepäťových ochrán riešme centrálne na úrovni objektu podľa STN 33 2000-4-443 a STN 33 2000-5-534. Pri krátkych a chránených vnútorných trasách nezdvojujme SPD v predpríprave stanovišťa. Podpätové či nadpätové dohľady, merania a ochrany ak sú potrebné nech sú súčasťou EVSE, nie samostatne v rozvádzači pre každý bod.

Dátová infraštruktúra pre EMS: namiesto hviezdovej topológie projektujme jednu slučkovanú dátovú vetvu medzi stanicami. V exteriéri aj interiéri stačí jeden kábel Cat 5e (OUT alebo INT podľa prostredia) vedený spolu s napájacou trasou, pri dodržaní požadovaných odstupov alebo deliacich prvkov podľa STN 33 2000-5-52. Wi-Fi v rovnakej trase doplní redundanciu a pokrytie. Nevytvárajme rozsiahle dátové rozvádzače ani hviezdové rozbočenia pre každé miesto – zvyšujú cenu aj poruchovosť bez prínosu.

Výsledok: bezpečný, normový a nákladovo efektívny projekt bez zbytočných prvkov v rozvádzači, pripravený na škálovanie a dlhodobú prevádzku s riadením cez EMS.

 Začať dátami, nie hardvérom

Pri každej nabíjacej stanici sa nepozeráme na štítkový výkon, ale na spôsob jej používania. Inak vyzerá vetva pre celodenné státie zamestnancov v administratíve, inak pre nočné státie rezidentov a inak pre retail, kde je pobyt 20 minút až 2 hodiny. Stanica je fyzicky rovnaká, no dimenzovanie vetiev, káblov a nastavenie výkonu musí vychádzať z očakávanej potreby nabíjania, nie z maxima. Správny postup je urobiť audit potrieb a siete, navrhnúť pravidlá energetického manažmentu (EMS) a až potom zvoliť káblovú koncepciu. EMS drží súčet prúdov na vetve aj na prípojke pod limitom.

Investorovi vždy ukážeme aspoň dva scenáre. Prvý je „maximálny výkon“ s vyššími vstupnými a mesačnými nákladmi(kabeláž a platba za RK). Druhý je „optimálny výkon“, kde sa vďaka EMS výkon rozdelí v čase tak, aby sa potreba pokryla počas reálneho státia vozidiel. V administratíve sa auto do práce pripája na 8 hodín: pri plnom výkone sa nabije za približne 2 hodiny, pri riadenom výkone za 6 hodín, výsledok pre vodiča je rovnaký, no elektroinštalácia je rádovo lacnejšia. Namiesto porovnávania kilowattov preto komunikujeme „dobité kilometre za hodinu“ alebo „dobité kilometre za deň“. Tento parameter vie schváliť vlastník prípojky, nájomca aj rezident a dá sa transparentne previesť na CAPEX prípravy a OPEX za rezervovanú kapacitu.

Cieľom je navrhnúť vetvy tak, aby boli návratné pre majiteľa parkovacích miest a zároveň nedali používateľom platiť zbytočne veľa len preto, aby mali auto nabité za dve hodiny, keď na mieste stoja osem. Takto postavená infraštruktúra je škálovateľná, ekonomická a v súlade s normami, pričom sa dá bezbolestne rozširovať podľa rastu dopytu.

Kabeláž a stavebná pripravenosť, ktorá šetrí peniaze

Najväčšiu investičnú úsporu neprináša najlacnejšia nabíjačka, ale dobrá kabeláž. Namiesto toho, aby sa ku každej budúcej pozícii ťahal samostatný kábel z rozvádzača, oplatí sa pripraviť „chrbticu“ s odbočkami v miestach plánovaných stojísk. Pre exteriér funguje zápustná šachta SmartBase, ktorá ukryje kabeláž a umožní neskoršiu inštaláciu stanice bez búracích prác. Na spevnených či betónových plochách, kde sa kopať nedá, sa osvedčila oceľová podstava SolidBase s chráneným prívodom. V garážach je zas praktické riešenie GarageBase. Takáto „slučkovaná“ koncepcia znižuje stavebné zásahy dnes a uľahčuje rozširovanie zajtra. Vyhneme sa aj atypickým betónovým základom pod každý budúci port, ktoré komplikujú následné úpravy.

Rezervovaná kapacita a prevádzkové náklady

Cieľom dobrého návrhu nie je „prenabíjať čo najviac kilowattov“, ale nenavyšovať rezervovanú kapacitu a vyhladzovať špičky. Dynamika výkonu vie ušetriť investičné náklady na nové prípojky, znížiť fixné poplatky za rezervovaný výkon a minimalizovať riziko výpadkov pri preťažení. Ak sa k tomu pridá prepojenie na spotové ceny, dá sa nabíjanie posúvať tak, aby vychádzalo lacnejšie – bez dopadu na komfort používateľov.

Príklady z praxe a podklady pre projekciu

V sieťach retailu a HORECA pomohla škálovacia koncepcia bez nových prípojok zvýšiť vyťaženosť parkovísk a zjednodušiť vyúčtovanie. Vo flotilách (napr. SPS) stačí na veľkú lokalitu jedno riadiace jadro, ktoré pokryje desiatky až stovky portov v etapách. A vo verejnom sektore, napríklad na ministerských rezortoch, dokázal energetický manažment ušetriť desiatky tisíc eur na posilňovaní prípojok, pri zachovaní centrálnej správy, RFID a reportingu. Pre projektantov máme pripravenú aj CAD knižnicu značiek – stanice, podstavy, merače a riadiace prvky – aby sa dali komponenty jednoducho vložiť do dokumentácie bez zdĺhavého kreslenia od nuly.

Ak chceme, aby elektromobilita nebola drahá a krehká, prestaňme navrhovať podľa hypotetickej „súčasnosti = 1“. Oveľa lepšie výsledky dosiahneme infraštruktúrou riadenou dátami, ktorá chráni prípojku, šetrí medené kilometre aj rozpočty. Slučkované káblové trasy (SmartBase/SolidBase/GarageBase), integrované ochrany v EVSE a inteligentné rozdeľovanie výkonu cez SmartSystem tvoria základ, na ktorom sa dá dlhodobo a bez bolesti stavať. Výsledkom je škálovateľný, normový a ekonomicky udržateľný projekt – presne taký, aký dnes prevádzky potrebujú.

Máte záujem o viac informácií k návrhu nabíjacej infraštruktúry pre elektromobily? Dohodnite si s nami online hovor alebo osobné stretnutie.

Samuel Sprušanský
samuel.sprusansky@agevolt.com
+421 948 364 084