Elektrikli Otobüsleri Satın Aldınız: Ya Şimdi?

Elektrikli otobüs dönüşümünde çoğu tartışma aynı noktada başlıyor:

• Kaç adet elektrikli otobüs alınmalı?
• Batarya kapasitesi ne olmalı?
• Kaç şarj cihazı kurulmalı?

Ancak asıl problem satın alma kararıyla başlamıyor.

Asıl problem, elektrikli otobüsler filoya girdikten sonra ortaya çıkıyor:

Bu araçları her gün gerçekten nasıl işleteceksiniz?

Yakın zamanda yayımlanan bir bilimsel çalışma, elektrikli otobüs operasyonlarında çoğu zaman gözden kaçan kritik bir noktayı ortaya koyuyor: Elektrikli otobüs sisteminin başarısı yalnızca araç teknolojisine değil, araçların hatlar arasında nasıl döndürüldüğüne, nerede ve ne zaman şarj edildiğine ve tüm bu kararların birlikte optimize edilmesine bağlı.

Elektrikli otobüs satın almak bir teknoloji yatırımıdır. İşletmek ise bir optimizasyon problemidir.

Dizel Esneklik, Elektrikli Kısıtlar

Dizel bir otobüs filosunda araçlar genellikle operasyon boyunca farklı hatlara atanabilir.

Bir araç sabah bir hatta çalışabilir, gün içinde başka bir hatta geçebilir ve operasyonel ihtiyaçlara göre yeniden planlanabilir.

Elektrikli otobüslerde ise aynı esneklik her zaman mümkün değildir.

Çünkü artık her kararın arkasında yeni kısıtlar vardır:

• Bataryada yeterli enerji var mı?
• Araç bir sonraki görevi tamamlayabilir mi?
• Şarj istasyonu uygun mu?
• Aynı anda kaç araç şarj olabilir?
• Şarj için yeterli süre var mı?
• Elektrik fiyatı o saatte ne kadar?
• Bataryanın sürekli hızlı şarj edilmesi uzun vadede ne kadar maliyet yaratacak?
• Araç başka bir hatta geçirilirse toplam enerji dengesi nasıl değişecek?

Bu nedenle elektrikli otobüs operasyonu aslında tek bir problem değildir.

Birbirine bağlı birçok karar problemidir.

Ve bunlardan biri ayrı ayrı optimize edildiğinde, sistemin tamamı için kötü bir sonuç ortaya çıkabilir.

En Büyük Hata: Araç, Şarj ve Altyapıyı Ayrı Kararlar Olarak Görmek

Elektrikli otobüs projelerinde kararlar çoğu zaman şu sırayla veriliyor:

1. Otobüs satın alınır.
2. Batarya kapasitesi belirlenir.
3. Şarj altyapısı planlanır.
4. Araçlar mevcut hatlara atanır.
5. Operasyon sırasında ortaya çıkan sorunlar çözülmeye çalışılır.

Ancak bilimsel çalışmanın temel argümanı bunun tersine işaret ediyor.

Elektrikli otobüs sistemi şu kararların birlikte ele alınması gereken entegre bir optimizasyon problemidir:

• Otobüs-hat ataması
• Araçların farklı hatlar arasında rotasyonu
• Şarj istasyonlarının konumu
• Şarj istasyonlarının kapasitesi
• Şarj cihazı sayısı
• Batarya kapasitesi
• Şarj zamanları
• Elektrik fiyatları
• Emisyon maliyetleri
• Batarya yaşlanması

Çünkü bu değişkenlerden biri değiştiğinde diğerlerinin optimum değeri de değişiyor.

Örneğin daha büyük batarya satın almak ilk bakışta operasyonel güvenlik sağlayabilir.

Ancak daha büyük batarya:

• Daha yüksek yatırım maliyeti
• Daha fazla araç ağırlığı
• Daha yüksek enerji tüketimi

anlamına da gelebilir.

Alternatif olarak doğru noktada kurulmuş bir şarj istasyonu, daha küçük batarya ile aynı operasyonun yürütülmesini mümkün kılabilir.

Yani soru:

“En büyük bataryayı mı almalıyız?”

değil.

Asıl soru:

“Araç, hat, şarj ve enerji sistemini birlikte düşündüğümüzde en düşük toplam maliyetli yapı nedir?”

olmalıdır.

Araç Rotasyonu Neden Bu Kadar Önemli?

Çalışmanın en dikkat çekici noktalarından biri elektrikli otobüslerin farklı hatlar arasında rotasyonunun optimizasyon modeline dahil edilmesi.

Konvansiyonel filolarda bu oldukça doğal bir uygulamadır.

Araçlar farklı görevler arasında döndürülerek:

• Araç kilometresi dengelenir
• Aşınma dağıtılır
• Bakım planlaması kolaylaşır
• Filonun kullanım esnekliği artırılır

Ancak elektrikli otobüslerde araç rotasyonu batarya ve şarj kısıtları nedeniyle daha karmaşıktır.

Bir otobüsü başka bir hatta göndermek sadece “araç uygun mu?” sorusunu gerektirmez.

Aynı zamanda şunların da kontrol edilmesi gerekir:

Araç menzili → batarya doluluk seviyesi → hat enerji tüketimi → görev sonrası şarj imkânı → şarj istasyonu kapasitesi → diğer araçların şarj programı

Bu nedenle elektrikli araç rotasyonu manuel planlama ile hızla karmaşık hale gelir.

Bilimsel Çalışmanın Sonucu Oldukça Çarpıcı

Araştırmacılar gerçek bir toplu taşıma ağı üzerinde bir Mixed-Integer Linear Programming (MILP) modeli uyguladı.

Model:

• Elektrikli otobüslerin hatlara atanmasını
• Araçların farklı hatlar arasında rotasyonunu
• Şarj altyapısının yerini
• Şarj kapasitesini
• Batarya boyutlarını
• Şarj programlarını

aynı optimizasyon modeli içerisinde ele aldı.

Sonuçta araçların hatlar arasında rotasyonuna izin verilen senaryo ile rotasyona izin verilmeyen senaryo karşılaştırıldı.

Sonuç:

Toplam sistem maliyeti %37,88 azaldı.

Daha da önemlisi:

• Sermaye maliyetlerinde %12,18 düşüş
• Operasyonel maliyetlerde %59,42 düşüş

elde edildi.

Bu oldukça önemli bir bulgu.

Çünkü burada yeni bir batarya teknolojisi geliştirilmedi.

Yeni bir otobüs satın alınmadı.

Daha güçlü bir şarj cihazı eklenmedi.

Sistemin mevcut kaynakları daha iyi planlandı.

Daha Fazla Altyapı Her Zaman Daha İyi Sistem Anlamına Gelmiyor

Elektrifikasyon projelerinde yaygın refleks şudur:

Operasyonel risk varsa daha fazla şarj cihazı kuralım.

Ancak optimizasyon sonuçları bunun her zaman doğru olmadığını gösteriyor.

Araç rotasyonuna izin verilen optimize edilmiş senaryoda:

• Daha az en-route şarj noktası
• Daha az şarj cihazı
• Daha az şarj olayı
• Daha düşük toplam enerji talebi

gerekiyor.

Çalışmada rotasyonlu sistem 9 en-route şarj cihazı kullanırken, rotasyonsuz senaryoda 11 şarj cihazına ihtiyaç duyuldu. Aynı zamanda günlük şarj olaylarının ve enerji talebinin de önemli ölçüde düştüğü görüldü.

Bu bize önemli bir şey söylüyor:

Altyapı eksikliği her zaman daha fazla altyapı ile çözülmez. Bazen problem altyapının miktarı değil, sistemin nasıl planlandığıdır.

Şarj Problemi Aslında Bir Zamanlama Problemidir

Bir elektrikli otobüs için şarj kararı sadece “nerede şarj edilecek?” sorusu değildir.

Aynı zamanda:

• Ne zaman?
• Ne kadar süre?
• Ne kadar enerji?
• Hangi güçte?
• Hangi şarj cihazında?

sorularını da içerir.

Elektrik fiyatları gün boyunca değişebilir.

Şebekenin karbon yoğunluğu farklı saatlerde değişebilir.

Bataryanın sürekli yüksek güçte şarj edilmesi yaşlanma maliyetini artırabilir.

Bu nedenle optimum şarj planı basitçe:

“Batarya düşünce şarj et.”

yaklaşımı değildir.

Daha gelişmiş sistemlerde optimizasyon aynı anda şu değişkenleri dikkate alabilir:

Bu nedenle elektrikli otobüs şarjı, aslında klasik bir enerji yönetimi probleminden çok:

ulaşım operasyonu + enerji sistemi + matematiksel optimizasyon

problemidir.

Batarya Kapasitesi Neden Tek Başına Bir Satın Alma Kararı Olmamalı?

Elektrikli otobüs projelerinde en pahalı ve en kritik kararlardan biri batarya kapasitesidir.

Daha büyük batarya daha uzun menzil sağlar.

Ancak bu her zaman optimum çözüm değildir.

Çalışmanın optimizasyon modeli, piyasadaki farklı batarya kapasitesi seçenekleri arasından sistem için minimum uygulanabilir kapasiteyi seçebildiğini gösteriyor.

Çünkü gereğinden büyük batarya:

• Sermaye maliyetini artırıyor
• Araç ağırlığını artırabiliyor
• Enerji tüketimini etkileyebiliyor
• Operasyonel olarak kullanılmayan kapasite yaratabiliyor

Bazen daha küçük bir batarya + doğru şarj altyapısı kombinasyonu, daha büyük bataryalı bir sistemden daha ekonomik olabilir.

Bu nedenle:

Batarya kapasitesi bir araç spesifikasyonu değildir.

Aslında:

Batarya kapasitesi, tüm operasyonel sistemin optimizasyon sonucudur.

En Pahalı Karar Yanlış Araç Değil, Yanlış Sistem Tasarımı Olabilir

Elektrikli otobüs yatırımlarında CAPEX genellikle en çok konuşulan konu.

Ancak sistemin yaşam döngüsü boyunca önemli maliyetler operasyon sırasında ortaya çıkıyor.

Araştırmanın vaka çalışmasında operasyonel maliyetlerin büyük bölümü:

• Elektrik tüketimi
• Emisyon maliyetleri
• Batarya yaşlanması

ile ilişkili.

Bu da elektrikli filo dönüşümünün yalnızca satın alma aşamasında optimize edilmesinin yeterli olmadığını gösteriyor.

Bir şehir yanlış araç filosunu satın almış olsa bile bunu yıllar boyunca taşıyabilir.

Ancak yanlış operasyonel planlama:

• Her gün
• Her vardiyada
• Her şarj olayında

maliyet üretmeye devam eder.

Karbon nötr filo optimizasyonu yazımızda da vurguladığımız gibi, temiz araçlar ancak atama, enerji ve maliyet mantığı birlikte hareket ettiğinde tam değerini üretir.

Elektrikli Filolarda “Schedule” Artık Daha Karmaşık Bir Kavram

Geleneksel araç planlamasında temel soru şudur:

Hangi araç hangi görevi yapacak?

Elektrikli filolarda ise soru genişliyor:

Hangi araç hangi görevi, hangi enerji seviyesiyle, hangi şarj altyapısını kullanarak ve sonraki görevlerini riske atmadan yapacak?

Bu nedenle geleceğin elektrikli filo planlama sistemleri aşağıdaki katmanları birlikte yönetmek zorunda.

1. Vehicle Scheduling — Araçların hangi seferleri yapacağı
2. Vehicle Rotation — Araçların farklı hatlar ve görevler arasında hareketi
3. Energy Management — Her aracın enerji tüketimi ve State of Charge durumu
4. Charging Scheduling — Şarjın zamanı, süresi ve gücü
5. Charging Infrastructure Planning — Şarj cihazlarının konumu ve kapasitesi
6. Battery Lifecycle Management — Batarya kullanımının uzun vadeli maliyeti

Bu katmanlardan birini diğerlerinden bağımsız optimize etmek, sistemin tamamında optimum sonuç vermeyebilir.

Asıl Dönüşüm: Elektrikli Araçtan Elektrikli Operasyona

Toplu taşımada elektrifikasyon çoğu zaman araç dönüşümü olarak görülüyor.

Dizel otobüs çıkarılıyor.

Elektrikli otobüs geliyor.

Ancak gerçek dönüşüm bundan daha büyük.

Çünkü elektrikli araç, operasyonun karar mantığını değiştiriyor.

Dizel araçlarda enerji çoğunlukla arka plandaki bir kısıttır.

Elektrikli araçlarda ise enerji doğrudan planlama değişkenidir.

Artık:

• Hat planlaması enerji tüketimini etkiler.
• Araç ataması şarj ihtiyacını etkiler.
• Şarj altyapısı araç rotasyonunu etkiler.
• Elektrik fiyatları operasyon maliyetini etkiler.
• Batarya kullanımı uzun vadeli varlık maliyetini etkiler.

Her şey birbirine bağlıdır.

Bu nedenle elektrifikasyon:

Bir araç satın alma projesi değil,

aslında:

Çok değişkenli bir operasyon optimizasyon problemidir.

OW Açısından Bu Araştırmanın Söylediği Şey

Bu çalışma bizim uzun süredir savunduğumuz temel yaklaşımı da destekliyor:

Toplu taşıma sistemlerinde kararlar birbirinden bağımsız değildir.

Frekans planlamasını ayrı, araç atamasını ayrı, şoför planlamasını ayrı, enerji yönetimini ayrı, şarj planlamasını ayrı ele almak mümkündür.

Ancak her modül kendi içinde optimum olsa bile sistemin tamamı optimum olmayabilir.

Gerçek optimizasyon, kararları aynı sistem içerisinde görebilmeyi gerektirir.

OW Suite'in yaklaşımı da tam olarak bu problemden hareket ediyor:

Veri → Model → Optimizasyon → Senaryo → Karar

Elektrikli filo dönüşümünde gelecekte daha kritik hale gelecek bazı karar alanları şunlar olacak:

• Hangi araç hangi hatta çalışmalı?
• Araçlar hatlar arasında nasıl rotasyon yapmalı?
• Elektrikli ve konvansiyonel araçlar nasıl birlikte kullanılmalı?
• Hangi terminale kaç şarj cihazı kurulmalı?
• Şarj kapasitesi nasıl belirlenmeli?
• Şarj programı operasyonla nasıl entegre edilmeli?
• Enerji maliyetleri nasıl minimize edilmeli?
• Batarya ömrü nasıl korunmalı?

Bu soruların hiçbiri Excel tablosunda tek tek optimize edilerek sürdürülebilir şekilde çözülemez.

Çünkü bir karardaki değişiklik, diğer tüm kararları etkiler.

FleetOpt™ araç ataması ve rotasyonunu gerçek operasyonel kısıtlar altında test etmeye yardımcı olur.

CostLogic™ ise bu kararların enerji ve maliyet sonuçlarını görünür kılar.

Sonuç: Elektrikli Otobüs Almak Kolaylaşıyor. Elektrikli Filo İşletmek İse Yeni Zor Problem.

Elektrikli otobüs teknolojisi hızla olgunlaşıyor.

Araç seçenekleri artıyor.

Bataryalar gelişiyor.

Şarj teknolojileri güçleniyor.

Ancak toplu taşıma işletmeleri için asıl rekabet avantajı gelecekte hangi aracı satın aldıklarından çok, o araçları ne kadar akıllı işlettikleriyle belirlenecek.

Çünkü aynı sayıda araç, aynı hatlarda, aynı yolcu talebine hizmet verirken, iki farklı işletme modeli arasında milyonlarca liralık maliyet farkı oluşabilir.

Bilimsel araştırmaların giderek daha net gösterdiği şey şu:

Elektrifikasyonun ekonomik başarısı araç teknolojisinden çok, operasyonun ne kadar iyi optimize edildiğine bağlı olabilir.

Elektrikli otobüs satın almak giderek kolaylaşıyor.

Onları gerçekten optimum şekilde işletmek ise asıl mühendislik problemi olmaya devam ediyor.

Bir sonraki ihale turundan önce elektrikli filo planınızı senaryolarla stres testi etmek ister misiniz?

OW ile konuşmaya başlayın — atama, şarj ve enerji kararlarının birlikte nasıl değiştiğini görün.