KK.01.2.1.02.0228. Istraživanje i razvoj smart-grid punionice za električna vozila unutar konstrukcije rotacionog parking sustava

Autor: Porilook Solution
event 15.02.2022.

Realizacija ovog projekta omogućiti će razvoj smart-grid punionice za električna vozila unutar konstrukcije rotacionog parking sustava čiji je osnovni cilj optimiziranja prometa u mirovanju i prometa u kretanju.

Sažetak projekta

Sustav pod nazivom Markoja Smart EV (Smart Electric Vehicle) – MsEVP podrazumijeva razvoj hardverskih i softverskih komponenti; stanice za punjenje električnih vozila (nastale spajanjem pametnih parkirnih sustava i sustava za električno napajanje vozila) i aplikacije za potpuno upravljanje sustavom MsEVP (sa strane vlasnika i korisnika). Svrha je projekta ulaganje u istraživanje i razvoj unutar prioritetnog tematskog područja „Promet i mobilnost“ i „Energija i održivi okoliš“.

Opis projekta

Razvijena prometna infrastruktura smatra se izuzetno važnim čimbenikom održivog i uravnoteženog razvoja svake države. Ona jača njezinu konkurentnost i smanjuje prometnu izoliranost, a kvalitetno postavljena prometna infrastruktura ima za cilj optimizaciju prometa u kretanju i osiguranje kapaciteta za promet u mirovanju. Trendovi koji se javljaju u prometu, odnosno u industriji automobila prate tehnološki razvoj i zahtjeve koji se odnose na očuvanje okoliša i smanjenje emisije stakleničkih plinova, pa se kao rezultat toga sve češće umjesto vozila na motorni pogon koriste automobili na električni pogon. Napredak u razvoju baterija, energetske učinkovitosti, materijala za izradu vozila, sam dizajn i bolja aerodinamičnost dovode električna vozila gotovo u svakodnevnu primjenu. Razvoj novih tehnologija, posebno u području baterija, omogućuje vrlo kratko vrijeme punjenja vozila, no glavne prepreke masovnog korištenja električnih vozila u cestovnom prometu su još uvijek visoka cijena i nedovoljno razvijena mreža punionica u nekim zemljama. Kao i kod motornih vozila, osnovni problem proizlazi iz činjenice da se zagušenje prometa u mirovanju neće riješiti porastom prometa u kretanju, nego su nužne promjene u infrastrukturi koje će osigurati optimizaciju i prometa u mirovanju i prometa u kretanju.
Rezultat provedenog istraživanja i razvoja bit će smart-grid punionica za električna vozila unutar konstrukcije rotacionog parking sustava čiji je osnovni cilj optimiziranja prometa u mirovanju i prometa u kretanju. Sustav pod nazivom Markoja Smart EV (Smart Electric Vehicle) – MsEVP podrazumijeva razvoj hardverskih i softverskih komponenti:

  1. Stanica za punjenje električnih vozila (nastaje spajanjem pametnih parkirnih sustava i sustava za električno napajanje vozila)
  2. Aplikacija za potpuno upravljanje sustavom MsEVP (sa strane vlasnika i korisnika)

Rješenje Prijavitelja, stanica za punjenje električnih vozila će se integrirati u rotirajuće parkirne sustave. Cijela konstrukcija rotacionog parkinga visinom može ići i do 20 metara, ovisno o nosivosti cijele konstrukcije, a zauzima tek dva parkirna mjesta, oko 35 kvadratnih metara, može primiti i do 16 osobnih automobila ili kombi vozila do 2,5 tone. To znači da rotacioni parking na jedno parkirno mjesto stvara još dodatnih sedam. Funkcionira tako što rotacijski sustav automobile drži u zraku, složene jedan iznad drugog na platformama i okreće ih u krug kako bi na dno spustio prazno parkirno mjesto za novi automobil sve dok se posve ne popuni kapacitet parkinga. Cijela je konstrukcija modularna, što osigurava jednostavnu montažu i demontažu.

Za funkcioniranje rješenja nužno je osigurati povezivanje logičkih elemenata sustava parkirne platforme sa sustavom za napajanje vozila što će omogućiti ostvarivanje stabilnog i čvrstog kontakta između punjača i električnog razdjelnika na platformi za sporo i brzo punjenje. Sustav za električno napajanje vozila koristi struju javne elektroenergetske mreže koju pretvara u istosmjernu struju za punjenje baterija. Načini punjenja električnih vozila i vanjska oprema stanica za njihovo napajanje električnom energijom (punionica) određeni su normama niza HRN EN 61 851. Distribuciju električne energije po parkirnim mjestima na rotacionom parkingu osigurat će se upravljivim mehaničkim rastavljačem. Sustav bi omogućio ostvarivanje stabilnog i čvrstog električnog kontakta između punjača i električnog razdjelnika na samoj platformi za smještaj vozila.

Funkcionalna aplikacija za potpuno upravljanje sustavom MsEVP (sa strane vlasnika i korisnika) koristila bi infrastrukturu u oblaku, imala bi poslužiteljsku i klijentsku aplikaciju (računalnu i mobilnu verziju), a radila bi na platformama Windows, OS X, Linux, Android i IOS. Sa strane upravitelja putem aplikacije bit će dostupni svi parametri potrebni za optimalno iskorištavanje platforme, kao što su trenutno stanje i buduće stanje rezervacija, stanje svih punjača i utrošene energije, korisnička podrška, naplata po grupama korisnika. Klijentska aplikacija će omogućavati sve potrebne parametre oko parkinga i električnog napajanja kao što su lokacija, vrijeme, cijena parkinga i punjenja, rezervacija, obavijesti.

Cilj i svrha projekta

Cilj projekta je razvoj smart-grid punionice za električna vozila unutar konstrukcije rotacijskog parkinga, kojom se upravlja od strane vlasnika platforme i krajnjeg korisnika putem aplikacije. Rotirajući parking zauzima prostor kao dva parkirna mjesta za vozila, a postavljanjem vozila vertikalno u više razina prihvaćaju i do 16 vozila, ovisno o dimenziji garaže. Integriranjem tehnologije za napajanje EV do svakog parkiranog vozila – dobije se rješenje koje omogućava da se vozila pune dok parkirana stoje na garažnom mjestu pri čemu je prostor koji vozila zauzimaju znatno manji od prostora potrebnog za horizontalno parkiranje jednakog broja vozila. Cilj je projekta stjecanje znanja i praktičnih iskustava suradnjom sa znanstveno-istraživačkom ustanovom u istraživanju i razvoju inovativnog proizvoda. Kroz projekt će se istražiti mogućnosti primjene inovativnih tehničkih rješenja i koncept distribucijskog elementa.

Svrha je projekta ulaganjem u istraživanje i razvoj – unutar prioritetnog tematskog područja „Promet i mobilnost“, koji je temeljem statističkih pokazatelja i analize prepoznat kao važan sektor za budući razvoj hrvatskog gospodarstva – razviti prvi finalni proizvod, smart-grid punionice za električna vozila unutar konstrukcije rotacionog parkinga. Kao takav će osigurati pametnu mobilnost prometa (SmartCity pristup) koja je preduvjet za prosperitet svake urbane sredine.

Rezultat koji se očekuje nakon istraživanja i razvoja je uspostaviti smart-grid punionicu za električna vozila unutar rotacionih parkirnih sustava koja omogućuje optimizaciju prometa u mirovanju i smanjuje opterećenje prometa u kretanju što značajno utječe na razvoj urbanih središta i jačanja infrastrukture, nudeći pri tome razinu tehnologije i nova znanja koja predstavljaju iskorak i značajno doprinose razvoju prometa u cjelini. Razvijeni sustav će biti novi za globalno tržište. Izvršena su detaljna istraživanja povezana s razvojem proizvoda, izvršen je pregled dobivenih patentnih prijava za slična rješenja, te je temeljem navedenog zaključeno kako niti jedno dostupno rješenje nema integrirani pristup u razvoju rješenja za promet koji primjenom umjetne inteligencije pruža aplikacijsku podršku i punionice za električne automobile koje osiguravaju sporo i brzo punjenje i siguran i dovoljan dotok struje a unutar parkirnog sustava.

Svrha i opravdanost

Globalni trend urbanizacije koji se očituje u sve većem broju svjetske populacije koja živi u gradovima, povećanja broja stanovnika, te presudnog utjecaja na klimu i okoliš, nameće sve zahtjevnije zadaće u rješavanju mobilnosti urbanih sredina. Kada govorimo o problemima mobilnosti urbanih sredina, a koji imaju negativne implikacije na razvoj pametnih gradova, evidentni su sljedeći problem:

  1. Nedovoljna razvijena infrastruktura za punjenje električnih vozila
  2. Nedovoljno razvijena parkirna infrastruktura.

Posljednjih nekoliko godina događa se zaokret u korištenju pogonskog goriva za pokretanje automobila. Zbog smanjenja zagađenja, prelaska na alternativna goriva, smanjenja zaliha fosilnih goriva na svim razinama i napretka u proizvodnji baterija, velikom brzinom razvijaju se električni automobili (EV). Glavna prednost električnog automobila pred konvencionalnim je nulta emisija plinova. Elektromotori imaju znatno veću iskoristivost od benzinskih i dizelskih, znatno su jednostavnije konstrukcije što drastično smanjuje mogućnost kvara te potrebe zbrinjavanja zamijenjenih dijelova. Na električnom automobilu nema potrebe za promjenom motornog ulja koje predstavlja veliku potencijalnu opasnost za onečišćenje okoliša. Tih je pa ne doprinosi zvučnom zagađenju što je u današnje vrijeme veliki problem, osobito u gradovima. Osim toga, korištenjem električnih automobila smanjuje se potreba za naftom i njenim derivatima, a sam proces eksploatacije nafte i njen transport (najčešće morskim putem) zagađuju okoliš i predstavljaju potencijalnu ekološku katastrofu. Istraživanje i razvoj (R&D) te izgledi za masovnu proizvodnju dovode do brzog smanjenja troškova akumulatora i povećanja gustoće energije. Znakovi neprestanog napretka tehnologije potvrđuju da će se taj trend i dalje nastaviti, smanjujući jaz između konkurentnih troškova i EV motora s unutarnjim izgaranjem. Uzimajući u obzir navedeno, očekuje se da će broj električnih automobila biti između 40 milijuna i 70 milijuna do 2025. godine.

Širenjem upotrebe EV, sve izraženiji problem postaje njihovo punjenje. Trenutna prodaja električnih automobila višestruko nadmašuje mogućnosti njihovog punjenja. U Norveškoj (Oslo) se prodaje 40% novoregistriranih automobila s električnim motorom te ih je trenutno više od 80.000 komada, dok je punionica samo 1300. Procjene banke Morgan Stanley pokazuju da će do 2030. u Europi biti potrebno 1-3 milijuna javnih stanica za punjenje. Prema podacima Međunarodne agencije za energiju (IEA), danas u Europi postoji manje od 100 tisuća javno dostupnih punionica, od čega ih je samo oko 6% namijenjeno za brzo punjenje. Na svjetskoj razini, u 2016. punionice su dosegnule brojku od 322 tisuće. Prema podacima te agencije, broj novih registriranih električnih automobila na globalnoj razini u 2016. dosegnuo je novi rekord od više od 750 tisuća.

Kao rezultat povećanja standarda građana i dinamičnog života u gradovima, promet producira negativne efekte smanjenja brzine prometnog toka, prometnih zagušenja, zakašnjenja, povećanja prometnih nezgoda i njenih posljedica. Također, širenjem masovne proizvodnje cestovnih vozila, motornih ili električnih, najprije u Europu, a potom diljem svijeta, započinje i problem uzrokovan korištenjem vozila, najprije kretanja pa potom i mirovanja – parkiranja. Istraživanja pokazuju da se vozila 95% vremena tijekom dana nalaze u stanju mirovanja, što implicira potražnju za parkiranjem na sve većoj razini.

U nastavku se navode tipični problemi parkiranja u gradovima:

  • Korisnici ponude parkiranja često su oni koji su došli prvi dok još mjesto nije zaposjednuto (primjerice, zaposlenici koji parkiraju tijekom radnog vremena)
  • Ulično parkiranje uzrokuje smanjenje sigurnosti u prometu i probleme povećanja zagušenja (preopterećenja) prometnica. Parkiranje na ulici, uzdužno, koso ili okomito uzrokuje prekid prometnog toka te ugrožava pješake koji nemaju dobru preglednost za kretanje uzduž ili preko prometnice
  • Manjak informacija o raspoloživosti mjesta za parkiranje uzrokuje nepotrebno cirkuliranje prometa u traženju slobodnog mjesta za parkiranje, što dodatno opterećuje prometni tok i povećava stres vozača, čime se utječe na smanjenje ukupnog stupnja sigurnosti u prometu.

Rješenje problema

Stabilnost prometnog sustava ovisi o nizu čimbenika, navikama sudionika prometa, dostupnoj infrastrukturi, osiguranju održive mobilnosti u gradovima i racionalnom korištenju prostora, ali i primjeni suvremenih tehnologija kojima će se osigurati gore navedeno. Obzirom na navedeno, postavlja se imperativ rješavanja prometnih problema u urbanim područjima određivanjem prometne politike i razvijanjem rješenja koje će svojim ciljevima omogućiti skladan, konkurentan I stabilan razvoj urbane cjeline. Do sada se problem nedostatka parkinga i punionica za električne automobile rješavao parcijalno, a barem kada govorimo o punionicama za električne automobile, isti nema toliko velike trenutne implikacije na promet u cjelini, koliko se to očekuje u budućnosti zbog trendova korištenja električnih automobila. MsEVP parking je prvo rješenje koje međusobno integrira komponente rotacijskog parkinga i punionice za električna vozila uz korištenje aplikacijske podrške za upravljanje parkirnim mjestima i punionicom. Umjetnom inteligencijom pametnog rotirajućeg parkinga, na osnovi povratno dobivenih podataka, optimizirat će se promet u mirovanju i povećati tehnološka iskoristivost sustava u zajednicama. Pametni rotirajući parking sa funkcijom punionice djeluje ekonomično jer ne zauzima parkirne površine u širinu nego u visinu, a dodatno omogućuje punjenje tijekom cijelog vremena parkiranja vozila pa na taj način djeluje učinkovito i na vrijeme krajnjih korisnika što je posebno važno u ubrzanim gradovima. Kada govorimo o lokaciji pametnog rješenja, upravo modularnost rješenja i jednostavna primjena će omogućiti pozicioniranje punionice u samom centru grada, u blizini važnih prometnih središta. Primjenom umjetne inteligencije omogućit će se prikupljanje podataka o navikama korisnika ali i automatsko slanje podataka krajnjem korisniku o vremenu punjenja električnog automobila i cijeni koštanja. Sustav će primanjem podataka od krajnjeg korisnika o primjerice vremenu preuzimanja vozila, omogućiti optimalno korištenje energije i isporuku usluge u traženom vremenu.