Thiết kế trạm sạc cho đội xe: Mỗi xe thực sự cần bao nhiêu bộ sạc?

Khi một depot của đội xe bắt đầu điện khí hóa phương tiện ở quy mô lớn, một trong những câu hỏi mua sắm đầu tiên thường được đặt ra dưới dạng một tỷ lệ đơn giản: bạn nên mua một bộ sạc cho mỗi xe, một cho mỗi hai xe, hay một tỷ lệ nào đó ở giữa?

Điều đó nghe có vẻ như một lối tắt lập kế hoạch gọn gàng, nhưng việc sạc tại depot hiếm khi hoạt động như một bài toán số học bãi đỗ xe đơn giản. Câu trả lời thực sự phụ thuộc vào có bao nhiêu xe thực sự cần năng lượng trong cùng một khung thời gian sạc, chúng đỗ trong bao lâu, lượng năng lượng bổ sung hàng ngày chúng cần bao nhiêu, và mức độ rủi ro điều phối mà hoạt động có thể chấp nhận.

Ở một số depot, tỷ lệ gần 1:1 giữa đầu nối và xe là câu trả lời an toàn nhất. Ở những nơi khác, có thể sử dụng ít đầu nối hơn nếu chu kỳ làm việc nhẹ hơn hoặc nhu cầu sạc được dàn trải. Điều hầu như không bao giờ hợp lý là giả định mọi xe đều cần một thiết bị sạc công suất cao chuyên dụng riêng.

Tỷ lệ Nên Dựa Trên Các Đợt Sạc, Không Phải Tổng Quy Mô Đội Xe

Sai lầm đầu tiên trong thiết kế depot là tính toán dựa trên tổng số tài sản đội xe đã đăng ký thay vì những xe thực sự cần sạc trong cùng một khung thời gian trả về.

Nếu một depot có 80 xe nhưng chỉ có 50 xe được điều động hàng ngày, thì thiết kế sạc nên bắt đầu với 50 đơn vị hoạt động đó, chứ không phải toàn bộ danh sách tài sản. Nếu chỉ có 35 trong số những xe đó thường tiêu thụ đủ năng lượng để cần bổ sung qua đêm, thì vấn đề sạc thực tế lại càng nhỏ hơn.

Đây là lý do tại sao câu hỏi tốt hơn không phải là “Chúng ta có bao nhiêu bộ sạc cho mỗi xe?” mà là “Có bao nhiêu xe cần phục hồi năng lượng trước ca làm việc tiếp theo, trong điều kiện vận hành bình thường và cao điểm?”

Sự khác biệt đó rất quan trọng vì xe dự phòng, các đơn vị chạy ít km, các tuyến đường luân phiên và mô hình sử dụng theo mùa có thể thay đổi đáng kể tải sạc thực tế tại depot.

Xác Định “Bộ Sạc” Là Gì Trước Khi Đếm

Các đội xe cũng thường xây dựng quá mức khi họ sử dụng từ “bộ sạc” để chỉ ba thứ khác nhau cùng một lúc.

Ở cấp độ depot, bạn có thể đang đếm:

• Một đầu nối vật lý có sẵn tại vị trí đỗ xe
• Một tủ sạc hoặc hộp treo tường (wallbox)
• Một hệ thống điện DC dùng chung cấp nguồn cho nhiều bộ phân phối (dispenser)
• Tổng công suất lắp đặt của địa điểm tính bằng kilowatt

Đây không phải là những thứ giống nhau.

Một depot có thể cần một đầu nối ở hầu hết mọi vị trí đỗ xe hoạt động, trong khi vẫn quản lý tổng nhu cầu điện thông qua cân bằng tải. Một depot khác có thể sử dụng ít đầu nối hơn nhưng dựa vào việc luân chuyển xe, di chuyển có nhân viên, hoặc kiến trúc dùng chung nguồn điện. Một depot thứ ba có thể thêm một số lượng nhỏ bộ sạc nhanh DC cho các xe quan trọng cần quay đầu nhanh trong khi hầu hết đội xe sử dụng sạc AC.

Nói cách khác, tỷ lệ bạn chọn nên phân biệt giữa khả năng tiếp cận bãi đỗ, khả năng tiếp cận sạc và công suất lắp đặt.

Bốn Yếu Tố Đầu Vào Thực Sự Quyết Định Số Lượng Bộ Sạc

Trước khi chọn bất kỳ tỷ lệ nào, các nhà lập kế hoạch đội xe nên kiểm tra bốn yếu tố đầu vào.

1. Số xe cần sạc trong cùng một khung thời gian
2. Năng lượng trung bình hàng ngày cần cho mỗi xe
3. Thời gian đỗ xe có thể sử dụng tại depot
4. Dự phòng vận hành khi xe về muộn, thay đổi tuyến đường, hoặc bỏ lỡ cơ hội sạc

Một bước kiểm tra lập kế hoạch đơn giản như sau:

• Tổng số giờ sạc cần thiết = số xe cần sạc trong khung giờ nhân với số giờ sạc gần đúng cho mỗi xe
• Số lượng đầu nối gần đúng = tổng số giờ sạc cần thiết chia cho khung thời gian sạc có thể sử dụng cho mỗi đầu nối
• Sau đó thêm biên độ vận hành cho các trường hợp ngoại lệ, bảo trì và rủi ro điều phối

Đó là lý do tại sao tỷ lệ có thể thay đổi nhanh chóng từ đội xe này sang đội xe khác. Hai depot có cùng số lượng xe có thể cần bố trí sạc rất khác nhau nếu một đội xe trở về lúc 18h và đỗ cho đến 6h sáng hôm sau, trong khi đội kia chạy ca kíp xen kẽ với giờ xuất phát sớm và quay đầu giữa ngày.

Các Tỷ Lệ Khởi Điểm Thực Tế Cho Các Mẫu Depot Phổ Biến

Không có quy tắc chung về tỷ lệ sạc trên xe, nhưng có những giả định khởi điểm thực tế có thể hướng dẫn các thảo luận thiết kế ban đầu.

Mẫu Depot	Giả định Khởi điểm Thực tế	Khi Nào Nó Thường Hoạt động	Rủi ro Chính
Depot một ca nơi gần như mọi xe hoạt động cần sạc qua đêm	Bắt đầu gần với tỷ lệ 1 đầu nối trên mỗi xe hoạt động trong đợt sạc qua đêm đó	Các xe trở về vị trí cố định, đỗ không cần giám sát và phải sẵn sàng rời đi vào sáng hôm sau	Chi phí đầu tư (Capex) tăng nếu người lập kế hoạch nhầm lẫn số lượng đầu nối với phần cứng toàn phần tại mọi vị trí
Đội xe qua đêm nơi chỉ một phần đội xe hoạt động cần bổ sung hàng ngày	Có thể sử dụng tỷ lệ khoảng 1 đầu nối cho mỗi 1,5 đến 2 xe làm giả định khởi điểm	Quãng đường di chuyển hàng ngày thấp hơn, chu kỳ làm việc luân phiên, kỷ luật vị trí đỗ rõ ràng và nhu cầu sạc khác nhau giữa các ngày	Tỷ lệ trên giấy tờ có thể thất bại nếu nhiều xe hơn dự kiến cần sạc trong các hoạt động cao điểm hoặc theo mùa
Depot hỗn hợp với một nhóm nhỏ xe quan trọng cần quay đầu	Đội xe cơ bản được phục vụ chủ yếu bằng AC, chỉ thêm một lượng DC giới hạn cho các xe cần quay đầu thay vì cho toàn bộ đội xe	Hầu hết xe có thời gian đỗ dài, nhưng một nhóm xác định phải phục hồi nhanh giữa các ca/chuyến	DC bị phóng đại quá mức nếu được chỉ định cho toàn bộ đội xe thay vì các trường hợp ngoại lệ
Depot đang trong giai đoạn tăng trưởng chuẩn bị cho điện khí hóa trong tương lai	Định cỡ phần cứng trực tiếp ban đầu cho nhu cầu hoạt động hiện tại, nhưng chuẩn bị các đường ống dẫn điện và dân dụng cho việc mở rộng trong tương lai	Dự kiến sẽ mở rộng đội xe, nhưng nhu cầu sạc trong ngắn hạn không biện minh cho việc triển khai toàn bộ phần cứng ngay từ ngày đầu	Chi phí làm lại sẽ tăng sau này nếu địa điểm không sẵn sàng cho việc mở rộng mặc dù phần cứng hiện tại đã được định cỡ phù hợp

Đây không phải là các quy tắc mua sắm. Chúng là các điểm khởi đầu lập kế hoạch vẫn cần được kiểm tra dựa trên nhu cầu năng lượng hàng ngày, mô hình nhân công, các ràng buộc từ tiện ích và rủi ro vận hành có thể chấp nhận được.

Một sự thật vận hành đặc biệt quan trọng: nếu không ai di chuyển xe hoặc hoán đổi cáp trong khung thời gian sạc, thì việc chia sẻ đầu nối sẽ kém linh hoạt hơn nhiều so với chia sẻ nguồn điện.

Khi Tỷ Lệ Gần 1:1 Là Quyết Định Đúng Đắn

Tỷ lệ đầu nối gần 1:1 thường hợp lý khi độ tin cậy của depot quan trọng hơn việc giảm số lượng phần cứng.

Điều này thường xảy ra khi:

• Các xe trở về trong cùng khung giờ buổi tối
• Việc sạc chủ yếu diễn ra qua đêm mà không có sự can thiệp của nhân viên
• Hầu hết xe hoạt động cần được bổ sung trước khi khởi hành vào buổi sáng
• Việc bỏ lỡ sạc tạo ra sự gián đoạn tuyến đường hoặc kém hiệu quả về nhân công

Trong những điều kiện đó, câu trả lời đúng thường là một đầu nối cho mỗi xe hoạt động phải sẵn sàng trong đợt điều động tiếp theo. Điều đó không có nghĩa là mọi xe cần bộ sạc nhanh chuyên dụng riêng. Trong nhiều đội xe, nó có nghĩa là khả năng tiếp cận rộng rãi với sạc AC thông minh trên khắp depot, với nguồn điện được phân phối thông minh cho các xe đang đỗ.

Đây cũng là lúc người mua nên xem xét kỹ sự khác biệt giữa các tùy chọn AC thương mại công suất thấp và công suất cao. Sự lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào thời gian đỗ, khả năng sẵn có của mạch điện và lượng năng lượng hàng ngày mỗi xe thực sự cần, chứ không chỉ dựa vào mức công suất danh nghĩa. Hướng dẫn của PandaExo về bộ sạc AC thương mại 7kW so với 22kW phản ánh tốt sự đánh đổi này: công suất lớn hơn chỉ có giá trị khi chu kỳ hoạt động có thể sử dụng được nó.

Khi Ít Bộ Sạc Hơn Số Xe Có Thể Hoạt Động

Các tỷ lệ dưới 1:1 có thể khả thi, nhưng chỉ khi hoạt động thực sự được thiết kế cho điều đó.

Điều này thường đòi hỏi sự kết hợp của các yếu tố sau:

• Không phải mọi xe hoạt động đều cần sạc mỗi ngày
• Các xe có thời gian về và đi khác nhau
• Depot chấp nhận luân chuyển vị trí theo kế hoạch hoặc kỷ luật sạc có quản lý
• Xe dự phòng cung cấp vùng đệm vận hành
• Phần mềm ưu tiên các đơn vị có ca điều động tiếp theo sớm nhất

Mô hình này thường phù hợp hơn cho các đội xe làm việc nhẹ hơn, hoạt động với quãng đường hàng ngày thấp hơn, hoặc các depot nơi nhu cầu sạc không đồng đều trong tuần. Nó yếu hơn đối với các depot qua đêm, không có người giám sát, có lịch trình chặt chẽ, nơi hầu hết xe hoạt động phải được sạc đầy vào buổi sáng.

Điều mấu chốt là định cỡ tỷ lệ xoay quanh các sự kiện sạc cần thiết, chứ không phải dựa trên các giả định lạc quan rằng mọi xe sẽ luôn đến với quãng đường còn lại dồi dào. Một khi các đỉnh điểm theo mùa, mở rộng tuyến đường, hiệu ứng thời tiết hoặc việc chậm trả xe xuất hiện, một tỷ lệ hiệu quả trên lý thuyết có thể rất nhanh trở thành nút thắt cổ chai trong việc điều phối.

Tại Sao Sạc Nhanh DC Nên Được Định Cỡ Cho Các Trường Hợp Ngoại Lệ

Các depot của đội xe thường đầu tư quá mức vào DC khi họ cố gắng giải quyết mọi vấn đề sạc bằng tốc độ.

Đối với hầu hết các hoạt động, sạc nhanh DC nên bảo vệ thời gian hoạt động (uptime) khi thời gian đỗ ngắn hoặc mức độ sử dụng xe cao bất thường. Nó được coi như một công cụ phẫu thuật cho nhóm xe quan trọng không thể dựa vào việc sạc bổ sung chậm hơn qua đêm.

Điều đó thường có nghĩa là:

• Các xe chạy nhiều ca
• Các đơn vị cần phục hồi năng lượng giữa các tuyến đường vào giữa ngày
• Các tài sản chạy quãng đường cao thường xuyên vượt quá khung thời gian sạc AC qua đêm
• Phục hồi dự phòng khi một xe bỏ lỡ khung giờ sạc bình thường của nó

Trong những trường hợp đó, một số lượng hạn chế các thiết bị DC có thể bảo vệ một đội xe lớn hơn nhiều. Đó là một logic thiết kế tốt hơn là mua một bộ sạc DC cho mọi xe trông có vẻ cấp bách trên giấy tờ. Bài viết của PandaExo về nâng cấp depot sạc của đội xe với cơ sở hạ tầng DC công suất cao rất hữu ích ở đây vì nó xoay quanh áp lực thông lượng sạc (throughput) và hoạt động của depot hơn là xoay quanh các mức công suất uy tín.

Số Lượng Đầu Nối Và Công Suất Địa Điểm Không Phải Là Quyết Định Thiết Kế Giống Nhau

Một trong những hiểu biết quan trọng nhất về lập kế hoạch depot là bạn có thể cung cấp khả năng tiếp cận sạc rộng rãi mà không cần định cỡ toàn bộ địa điểm cho việc sạc đồng thời với công suất tối đa.

Đó là nơi quản lý năng lượng thông minh trở thành một công cụ lập kế hoạch vốn. Một depot có thể muốn có nhiều vị trí đỗ được kết nối để xe có thể cắm sạc khi trở về, nhưng có thể giới hạn tổng nhu cầu của địa điểm và phân phối điện theo mức độ ưu tiên khởi hành, trạng thái pin và mức độ quan trọng của tuyến đường.

Điều này quan trọng vì nâng cấp tiện ích, công suất máy biến áp và chi phí phí nhu cầu (demand charges) thường là những yếu tố thúc đẩy ngân sách thực sự. Các nhà vận hành bỏ qua những ràng buộc đó có thể kết thúc với một bố trí đầu nối trông có vẻ rộng rãi nhưng lại đắt đỏ để cấp điện và chậm được phê duyệt. Hướng dẫn về phía tiện ích của PandaExo về công suất lưới điện, kết nối và phí nhu cầu là một lời nhắc nhở mạnh mẽ rằng số lượng bộ sạc và sự sẵn sàng về điện phải được thiết kế cùng nhau.

Đối với các địa điểm lớn hơn, các nhà lập kế hoạch cũng có thể tách biệt số lượng bộ phân phối (dispenser) có thể nhìn thấy khỏi kiến trúc nguồn điện phía sau. Hệ thống dùng chung nguồn điện có thể hỗ trợ nhiều vị trí sạc mà không cần nhân bản một tủ nguồn hoàn chỉnh tại mọi vị trí đỗ. Trong loại thiết kế đó, một giải pháp như hệ thống sạc nhóm đa đầu nối 240-1080kW của PandaExo có thể phù hợp khi một depot cần phân phối nguồn điện linh hoạt cho nhiều xe thay vì bố trí một tủ một vị trí.

Một Trình Tự Mua Sắm Tốt Hơn Trước Khi Chốt Tỷ Lệ

Cách an toàn nhất để trả lời câu hỏi về số lượng sạc trên mỗi xe là đưa ra quyết định theo đúng thứ tự.

1. Đếm số xe hoạt động theo đợt điều động, không phải theo tổng tài sản sở hữu.
2. Xác định những xe nào thực sự cần sạc trong mỗi khung thời gian vận hành.
3. Tách biệt việc bổ sung trong thời gian đỗ dài (long-dwell) khỏi việc phục hồi trong thời gian đỗ ngắn (short-dwell).
4. Mặc định tải cơ bản là sạc AC khi khung thời gian đỗ hỗ trợ điều này.
5. Chỉ thêm DC cho nhóm xe có thời gian hoạt động (uptime) phụ thuộc vào phục hồi nhanh.
6. Kiểm tra thiết kế với giới hạn công suất địa điểm, thời gian chờ từ tiện ích và phí nhu cầu.
7. Chuẩn bị depot cho sự tăng trưởng trong tương lai ngay cả khi bạn không cấp điện ngay lập tức cho tất cả phần cứng trong tương lai.

Trình tự này nghe có vẻ đơn giản, nhưng nó ngăn ngừa một trong những lỗi phổ biến nhất trong việc điện khí hóa đội xe: so sánh các mẫu bộ sạc trước khi xác định công việc sạc mà mỗi bộ phận của depot phải thực hiện.

Nó cũng giúp các đội mua sắm bám sát thực tế của dự án. Các câu hỏi về đào rãnh, thiết bị đóng cắt (switchgear), khả năng hiển thị phần mềm, hỗn hợp bộ sạc và mở rộng quy mô trong tương lai nên được giải quyết trước khi các đơn đặt hàng được hoàn tất. Danh sách kiểm tra dự án sạc EV thương mại của PandaExo rất hữu ích vì lý do đó. Nó thúc đẩy cuộc trò chuyện vượt ra ngoài số lượng phần cứng và đi vào thực hiện tại địa điểm.

Tổng Kết Thực Tế

Không có một con số chính xác duy nhất nào cho số lượng bộ sạc trên mỗi xe cho một depot của đội xe.

Câu trả lời đúng phụ thuộc vào có bao nhiêu xe thực sự cần sạc trong cùng một khung thời gian, chúng cần bao nhiêu năng lượng, chúng đỗ trong bao lâu và đội xe có thể chấp nhận rủi ro vận hành ở mức độ nào.

Đối với nhiều depot qua đêm không có người giám sát, tỷ lệ đầu nối gần 1:1 cho đợt sạc hoạt động vẫn là câu trả lời đáng tin cậy nhất, đặc biệt khi hầu hết các xe phải sẵn sàng rời đi mỗi sáng. Đối với các hoạt động nhẹ hơn hoặc linh hoạt hơn, tỷ lệ thấp hơn có thể hoạt động, nhưng chỉ khi đội xe có dữ liệu, kỷ luật và vùng đệm để hỗ trợ việc truy cập dùng chung. Sạc nhanh DC thường nên được định cỡ cho các trường hợp ngoại lệ quan trọng, không phải cho toàn bộ đội xe.

Mục tiêu thiết kế thực tế không phải là tối đa hóa số lượng bộ sạc. Đó là tạo ra sự kết hợp phù hợp giữa khả năng tiếp cận đầu nối, nguồn điện của địa điểm, tốc độ sạc và khả năng phục hồi vận hành cho cách depot thực sự vận hành.