В 2021 году Tompkins Consolidated Area Transit (TCAT) в Итаке получила грант на закупку семи полностью электрических автобусов и начала пилотную программу, которая пошла не так, как они надеялись. Помимо проблем с производителями, автобусы испытывали трудности в холмистой местности Итаки и были ненадежны, с уменьшенным запасом хода в холодную погоду.
TCAT уже связался с исследователями из Корнелла, чтобы получить информацию от пилота, и теперь исследователи из Корнелла проанализировали недостаточную эффективность автобусов в холодную погоду, что может иметь значение для городов, школ и других групп, рассматривающих возможность электрификации своих автопарков, а также для операторов, политиков и производителей.
В исследовании, опубликованном в журнале Transportation Research Part D , ученые проанализировали данные TCAT за два года и количественно оценили возросшее потребление энергии пилотным парком, обнаружив, что батареи электробусов потребляют на 48% больше энергии в холодную погоду (от -4 до 0 градусов по Цельсию или от 25 до 32 градусов по Фаренгейту) и почти на 27% больше в более широком диапазоне температур (от -12 до 10 градусов по Цельсию или от 10 до 50 градусов по Фаренгейту).
Исследователи также выявляют эксплуатационные причины повышенного потребления и предлагают рекомендации по улучшению работы автобусов.
Исследование является первым в своем роде, направленным на оценку и анализ производительности электробусов на северо-востоке США с использованием беспрецедентного набора данных, охватывающего значительное расстояние — более 80 000 километров (почти 50 000 миль) — при низких температурах.
«Мы выигрываем от того, что TCAT является лидером в этом регионе, и для нас большая честь иметь доступ к этим данным, чтобы мы могли видеть результаты в режиме реального времени », — сказал старший автор Макс Чжан, профессор инженерии в Корнеллском инженерном колледже имени Ирвинга Портера и научный сотрудник проректора по вопросам взаимодействия с общественностью.
«Один из уроков, который мы усвоили, заключается в том, что эти автобусы должны быть спроектированы для всей страны, включая штаты с более холодным климатом.
Мы также обнаружили, что они отличаются от обычных дизельных автобусов, у них другое поведение, которое требует других стратегий, чтобы воспользоваться этим преимуществом».
Исследователи, включая первого автора и аспиранта Цзиньтао Гу, смоделировали, как автобусы будут работать при оптимальных температурах, и сравнили результаты с фактическими показателями на более чем 40 сложных маршрутах и графиках.
Они обнаружили, что половина повышенного потребления в холодную погоду происходит из-за необходимости аккумуляторов нагреваться.
Это связано с тем, что аккумуляторы в электромобилях работают при оптимальной температуре около 75 градусов по Фаренгейту, и чем холоднее аккумулятор при запуске автобуса, тем больше энергии требуется для его нагрева.
Другим главным виновником является отопление салона автобуса.
При частых остановках, особенно на городских маршрутах, где двери открываются и закрываются каждые несколько минут, аккумуляторам приходится работать интенсивнее, чтобы обогреть салон.
«В полностью электрическом автомобиле аккумулятор — единственный бортовой источник энергии», — сказал Чжан, который также является старшим научным сотрудником Центра устойчивого развития Корнелла Аткинсона.
«Все должно исходить из него».
Исследователи также обнаружили, что рекуперативное торможение , при котором аккумулятор перезаряжается, улавливая энергию во время торможения, также было менее эффективным в холодную погоду.
Они сказали, что это, вероятно, потому, что аккумулятор, который примерно в восемь раз больше стандартного аккумулятора электромобиля, изо всех сил пытается поддерживать равномерную температуру во всех своих ячейках.
Краткосрочные стратегии по улучшению работы аккумуляторов включают хранение автобусов в помещении, когда они не используются, чтобы температура окружающей среды была выше; зарядку аккумуляторов, когда они еще теплые; и ограничение времени, в течение которого двери автобусов остаются открытыми на остановках.
По словам Гу, в более широком масштабе исследование указывает на необходимость более существенных корректировок или оценок инфраструктуры для размещения электробусов.
«Вы должны попытаться оптимизировать расписание всех автобусов и учесть возможности вашей инфраструктуры — сколько у вас зарядных станций, есть ли у вас собственный гараж», — сказал он.
«Вы должны обучить водителей, диспетчеров и работников сервиса.
Я думаю, что с точки зрения эксплуатации и инфраструктуры здесь есть много сообщений для будущего планирования транзитной системы».
Гу сказал, что разнообразные городские и сельские маршруты, а также холмистая местность Итаки позволили исследователям почерпнуть еще больше информации о производительности автобусов, обнаружив, что автобусы испытывали меньшее увеличение потребления энергии на сельских маршрутах в холодную погоду по сравнению с городскими маршрутами.
Эта информация может помочь планировщикам стратегически выбирать, какие маршруты назначать электрическим автобусам в смешанном парке.
Резкий рост потребления энергии был неожиданным, сказал Чжан. «Но любые уроки — это хорошие уроки.
Это помогает нам учиться как обществу и становиться лучше». Исследование также является примером взаимовыгодного сотрудничества между сообществом Итаки и исследователями Корнелла. Команда Чжана неоднократно встречалась с должностными лицами TCAT по мере продвижения исследования.
«Мы изучаем точку зрения друг друга и делимся своими идеями», — сказал он. «Это прекрасно, правда? Исследователи Корнелла и TCAT, мы учимся одновременно, мы учимся через данные, через сотрудничество».
Рубрика: Наука и Hi-Tech. Читать весь текст на android-robot.com.