Сегодня погрузчик отработал три часа.
Значит ли это, что литий-ионная батарея — технологический смокинг, надетый ради разгрузки одной паллеты?
Необязательно.
Вопрос о количестве часов звучит разумно, но легко приводит к неверному ответу.
Три часа спокойной езды между стеллажами — это совсем другой род работы, чем шесть получасовых всплесков, когда приезжает грузовик, производство ждёт материал, а оператору нужно разгрузить всё «прямо сейчас». На обоих предприятиях счётчик моточасов может показывать одно и то же время. Одному нужен прежде всего дешёвый источник энергии. Другому — уверенность, что погрузчик будет готов именно тогда, когда начнётся горячая пора.
Поэтому выбор батареи не должен начинаться с вопроса: сколько часов работает погрузчик?
Лучше спросить: как выглядят эти часы и что произойдёт, если погрузчик не поедет?
Только тогда технология перестаёт быть каталожной диковинкой и либо подходит – либо не подходит – реальному ритму предприятия.
Несколько часов работы могут означать совершенно разные миры
Представьте три погрузчика. Каждый работает в среднем 3 часа в день.
Первый утром забирает готовую продукцию с производства и три часа возит её в зону отгрузки. После 11:00 он паркуется и свободен до следующего дня.
Работа регулярная, оператор знает график, а зарядное устройство спокойно работает ночью.
Второй просыпается около десятка раз за смену. 10 минут на приёмке, полчаса в цехе, четверть часа во дворе, час тишины, а затем вдруг две машины у рампы. Всего три часа, но нарезанные, как пицца на корпоративном совещании – теоретически её было много, а на практике каждому досталось по кусочку.
Третий стоит на производстве как вспомогательная машина. Иногда он полдня ничего не делает, но когда линии нужно сырьё или готовое изделие надо немедленно вывезти, погрузчик должен ехать без обсуждений. Его ценность не в пробеге. Она в готовности.
Именно поэтому одно количество моточасов плохо описывает потребность в энергии.
Нужно видеть интенсивность работы, длину перерывов, глубину разряда, расстояние до зарядного устройства, температуру окружающей среды и последствия простоя. Только такое сочетание показывает, даёт ли доплата за Li-ion реальную выгоду или главным образом красивую строку в спецификации.
Когда литий-ионная батарея оправдана при коротком ежедневном использовании?
Самый сильный аргумент в пользу лития появляется, когда остановка может служить и возможностью подзарядки. Литий-ионную батарею можно подзаряжать во время коротких перерывов без классического полного цикла, характерного для свинцово-кислотных батарей.
Стоит ли погрузчик во время перерыва оператора, смены навесного оборудования, проверки поставки или ожидания грузовика? Эти десять-пятнадцать минут могут вернуться в график в виде дополнительного запаса энергии.
Toyota Material Handling заявляет для своих решений возможность восполнить около 50 % ёмкости за 30 минут и полную зарядку примерно за 80 минут. Jungheinrich указывает, в зависимости от решения, полную зарядку примерно за один час и около 50 % за 20 минут. Это данные конкретных систем производителей, а не универсальное обещание для любой батареи и любого зарядного устройства. Тем не менее они показывают масштаб разницы по сравнению с классической зарядкой свинцово-кислотных батарей, которая может занимать 8–12 часов.
При трёх часах работы в день быстрая зарядка может показаться ненужной.
Иногда так и есть.
Однако если эти три часа приходятся на непредсказуемые моменты, короткая остановка у зарядного устройства даёт нечто более ценное, чем сэкономленные киловатт-часы: она снимает назойливый вопрос, хватит ли энергии на следующую срочную задачу.
Литий может быть оправдан и тогда, когда компания не хочет организовывать обслуживание свинцово-кислотных батарей.
Классическая батарея требует правильной зарядки, контроля и доливки воды согласно инструкции производителя, а зона зарядки должна быть подготовлена соответствующим образом с учётом применяемой системы и требований безопасности.
Li-ion батарея с совместимой системой управления BMS не требует доливки воды и не выделяет водород при зарядке. Для небольшого предприятия с одним погрузчиком, не желающего организовывать для него отдельный спа-отдел, более простая эксплуатация может быть важным аргументом.
Другая ситуация касается готовности после простоя.
Если погрузчик используется эпизодически, операторы часто считают, что его почти не использовали.
Проблема возникает в пятницу в 14:40, когда нужно обработать последнюю поставку, а индикатор энергии придерживается другого мнения. Система BMS отслеживает параметры литий-ионной батареи и обменивается данными с системой погрузчика и зарядным устройством. Она не заменяет процедуру зарядки и здравый смысл, но помогает поддерживать предсказуемое состояние энергии и защищает батарею от неправильных условий эксплуатации.
Когда доплата за литий может не окупиться?
Возьмём простейший сценарий.
Один погрузчик работает с 7:00 до 10:00, выполняет лёгкие задачи, а затем весь остаток дня стоит.
У компании есть подходящая зона зарядки, персонал следит за батареей, потребление энергии ночью не создаёт проблем с присоединённой мощностью, а возможный простой погрузчика не останавливает всё производство. В такой схеме у свинцово-кислотной батареи есть роскошь, которая ей очень нужна: время.
Более высокая энергоэффективность и больший срок службы Li-ion по-прежнему остаются преимуществами, но при малом количестве часов экономия накапливается медленнее. Если ежедневно расходуется мало энергии, даже явное процентное улучшение КПД превращается в скромную сумму.
30 % от небольшого счёта — это всё равно небольшая сумма. Excel не начисляет баллы за современность.
Важен и горизонт использования.
Больший срок службы литий-ионной батареи может снизить совокупную стоимость владения при условии, что компания действительно использует погрузчик достаточно долго. Если машину планируется заменить через несколько лет, профиль бизнеса изменится или техника взята в лизинг на условиях, иначе распределяющих расходы, покупку более дорогого источника энергии нужно рассчитывать в рамках конкретного договора.
При спокойной работе в одну смену преимущество лития не исчезает.
Просто часть его сильных сторон остаётся неиспользованной. Это немного похоже на покупку профессиональной эспрессо-машины для кухни, где утром готовят всего два кофе. Кофе может быть превосходным, аппарат — работать безупречно, но у амортизации своё чувство юмора.
История склада, где (всего) три часа остановили полцеха
Следующий пример гипотетический, но основан на типичных соотношениях, встречающихся на складах и производственных предприятиях.
Компания, производящая металлические компоненты, использует один электрический вилочный погрузчик с противовесом.
В таблице использования парка он выглядит скромно: в среднем 3,2 моточаса в день. Поэтому руководитель производства считает, что литий не имеет смысла. Если погрузчик не отрабатывает даже полсмены, зачем платить больше за батарею?
В первый день наблюдения выясняется, что погрузчик выполняет три типа задач. Утром около часа он подвозит материал на рабочие места. В середине дня обрабатывает приезд поставщика, хотя точное время зависит от маршрута грузовика. После обеда забирает готовые конструкции и перевозит их в зону отгрузки. Между этими задачами он стоит.
(теоретически) у него полно времени.
На практике днём никто не ставит его на зарядку, потому что зарядное устройство находится на другом конце цеха. Ночная зарядка работает при условии, что кто-то помнит правильную процедуру. К тому же свинцово-кислотной батарее уже несколько лет, и её характеристики не те, что в день покупки.
В среду поставщик опаздывает на два часа. Погрузчик заканчивает разгрузку, но вскоре производству требуется срочная перевозка более тяжёлой партии. Уровень энергии низкий, производительность падает, и оператор уезжает на зарядку. Катастрофы не происходит. Происходит нечто гораздо более обычное: шесть человек ждут по десять с лишним минут, план смены рушится, а руководитель начинает заниматься логистикой по телефону.
На этом предприятии вопрос уже не в том, окупит ли экономия энергии более дорогую батарею?
Нужно добавить стоимость сбоев.
Сколько стоит четверть часа времени команды?
Какова цена задержки отгрузки?
Как часто приходится прерывать другие задачи, чтобы спасать внутренний транспорт?
Сколько времени уходит на обслуживание батареи и поездку к месту зарядки?
После изменения планировки зарядное устройство переносят ближе к естественной зоне стоянки. Перерывы между задачами становятся окнами зарядки — без снятия батареи и без планирования длинного цикла посреди смены.
В таком сценарии Li-ion может быть оправдан, несмотря на всего 3,2 моточаса. Не потому, что погрузчик работает долго, а потому, что его короткие периоды работы имеют высокую операционную ценность.
Если бы тот же погрузчик три часа возил пустые паллеты после производства, а затем всю ночь заряжался, результат мог бы оказаться обратным. Технология не изменилась. Изменилась цена одного часа доступности.
Как рассчитать окупаемость, не гадая по брошюре производителя?
Сравнение цены покупки батареи говорит немногое.
Более разумный анализ охватывает весь период использования и все затраты, которые действительно различаются между двумя вариантами. При этом не нужно строить финансовую модель, достойную электростанции. Достаточно в течение недели наблюдать один типичный рабочий день и ответить на конкретные вопросы.
Во сколько погрузчик начинает работу?
Как долго он работает без перерыва?
Где он стоит между задачами?
Есть ли у оператора реальная возможность подключить зарядное устройство или для этого нужно ехать через пол-предприятия?
Как часто задачи появляются внезапно?
Останавливает ли снижение доступности одного работника, рампу, линию или всю отгрузку?
Такая информация гораздо полезнее среднего значения в 3 часа в день.
Далее нужно сравнить инвестиционную стоимость батареи и совместимого зарядного устройства, ожидаемый срок службы в конкретном применении, потребление энергии, обслуживание, требования к зоне зарядки и риск простоя. Заявления производителей о ресурсе в циклах следует рассматривать как ориентир, а не как личную гарантию бессмертия. Срок службы зависит, среди прочего, от химии ячеек, температуры, способа зарядки, нагрузки, используемого диапазона заряда и настроек системы.
Toyota приблизительно сравнивает около 5000 циклов для своих литий-ионных решений с около 1500 циклов для свинцово-кислотных батарей. Разница большая, но у слабо загруженного погрузчика один рабочий день может расходовать лишь долю полного цикла. Поэтому стоит сравнивать энергию, фактически отданную и принятую батареей, а не механически умножать число дней на каталожное число циклов.
В расчёт следует включить и стоимость мощности.
Быстрое зарядное устройство может потреблять значительную мощность, а несколько одновременно запущенных устройств могут повысить пиковый спрос предприятия. На рынке есть интеллектуальные зарядные устройства с ограничением мощности и функцией распределения мощности между погрузчиками.
Это хороший признак: проектирование энергоснабжения не заканчивается выбором батареи.
Необходимо проверить электроустановку, имеющуюся защиту, места монтажа и профиль потребления энергии.
Вредит ли частая подзарядка литий-ионной батарее?
В системах, разработанных для работы на погрузчиках, подзарядка в перерывах — одно из главных преимуществ технологии Li-ion. Подзарядка в течение нескольких или десятка минут во время остановки может быть нормальной частью эксплуатации. Производители и дистрибьюторы электрических погрузчиков, по сути, поощряют использовать простой погрузчика для зарядки.
Они также указывают, что короткие зарядки допустимы и предпочтительны.
Это не означает полной свободы.
Батарею, зарядное устройство и погрузчик следует использовать как совместимую систему, следуя инструкциям производителя и требованиям к температуре и месту зарядки. BMS контролирует ячейки и процесс зарядки, но не превращает случайное зарядное устройство в правильное. Особую осторожность следует проявлять при модификации старых погрузчиков. Масса батареи, размеры, связь с машиной, защита и влияние на устойчивость должны быть проверены поставщиком решения.
Стоит также избегать рассуждений вроде: раз литий заряжается быстро, можно купить самую маленькую батарею и постоянно спасать её кабелем. Правильно подобранная система должна проходить напряжённые участки дня с разумным запасом.
Зарядка в перерывах должна поддерживать процесс, а не становиться его ежедневной реанимацией.
Меняет ли температура результат сравнения?
Действительно.
Погрузчику, работающему несколько часов в отапливаемом цеху, живётся легче, чем машине, запускаемой зимой во дворе или работающей в холодильной камере. Низкая температура влияет на доступную мощность и на возможность зарядки батарей, а точные пределы зависят от конструкции конкретной батареи. Поэтому не следует считать, что любая литий-ионная батарея поведёт себя одинаково только потому, что на корпусе знакомая аббревиатура.
Если погрузчик работает на открытом воздухе, с поставщиком нужно обсудить минимальную и максимальную рабочую температуру, допустимый диапазон зарядки и возможный подогрев батареи. Это особенно важно для машин, используемых эпизодически. Погрузчик может большую часть дня простоять на холоде, а затем получить одну короткую, но тяжёлую задачу. Средняя дневная температура в цеху в этом случае мало что объясняет.
Холодильная камера, напротив, может усилить аргументы в пользу литий-ионного решения, если система для неё предназначена и может ограничить падение доступности и время обслуживания. Анализ перемещений между зонами, конденсации влаги, расположения зарядного устройства и рекомендаций производителя всё равно необходим. Ярлык «Li-ion» — не плащ-невидимка, защищающий батарею от физики.
Нужно ли учитывать безопасность и организацию зарядки?
Да, хотя сравнение не должно сводиться к лозунгу, что одна технология безопасна, а другая опасна. Обе требуют правильного устройства, зарядного устройства, установки и процедур. Однако они различаются по типу риска и объёму ежедневного обслуживания.
Свинцово-кислотные батареи требуют учёта электролита и газов, образующихся при зарядке. Литий-ионные решения исключают доливку воды и выделение водорода при нормальной зарядке, но должны иметь соответствующие электрические, тепловые и механические защиты. Производители, такие как Linde и Jungheinrich, описывают многоуровневый контроль, реализуемый BMS, и интеграцию батареи с погрузчиком. Это важный аргумент в пользу полной, одобренной системы, а не случайного набора компонентов.
При нескольких часах работы организационная разница может весить больше, чем разница в счёте за энергию. Если у компании нет персонала или места для регулярного обслуживания батарей, более простой процесс может стоить доплаты. Если есть хорошо подготовленная зона зарядки, отлаженные процедуры и ответственный оператор, существующая инфраструктура говорит в пользу дальнейшего использования свинцово-кислотной технологии.
Какие окна для зарядки у вас реально есть?
Окно зарядки существует только при выполнении трёх условий:
погрузчик стоит, он находится у нужного зарядного устройства, и в это время он никому не нужен. Перерыв в работе, видимый в отчёте телематики, сам по себе ничего не гарантирует.
Если погрузчик 40 минут отдыхает у рампы, а зарядное устройство находится в 250 метрах, у компании нет 40-минутного окна. У неё есть идея дополнительного рейса, которого оператор будет избегать. Если во время обеденного перерыва погрузчик стоит рядом с зарядным устройством, окно реально. Расположение точки зарядки, таким образом, может изменить окупаемость технологии, не меняя ни батарею, ни время работы, ни количество паллет.
В небольшой компании часто лучше всего начать с простой временной шкалы дня. Отметьте периоды работы, простоя, пики поставок и моменты, когда погрузчик должен быть доступен. Через неделю обычно становится виден шаблон. Иногда оказывается, что ночная зарядка решает всё. Иногда выясняется, что машина работает недолго, но живёт в постоянной готовности.
А что со свинцово-кислотной батареей?
Свинцово-кислотная технология имеет более низкую стоимость входа и хорошо подходит для предсказуемых применений, где батарея может пройти полноценный цикл зарядки после работы, а компания обеспечивает надлежащее обслуживание. Для одного слабо загруженного погрузчика, используемого регулярно и без давления немедленной готовности, это может быть экономически разумный выбор.
Её ограничения становятся заметны, когда график уплотняется.
Долгая зарядка, необходимость охлаждения после цикла в зависимости от технологии и инструкций, обслуживание и риск ошибок при обращении начинают занимать место в процессе. При интенсивной работе в несколько смен требуется замена батареи или дополнительная батарея, но при нескольких часах в день это обычно не определяет результат.
Решить дело могут будничные реалии.
Действительно ли проверяется уровень электролита?
Регулярно ли батарея подключается после смены?
Проходит ли зарядка в должным образом подготовленной зоне?
Самое дешёвое решение, эксплуатируемое небрежно, может стать дорогим с впечатляющей эффективностью.
Где ещё встречаются погрузчики со свинцово-кислотными батареями?
Свинцово-кислотная батарея не означает, что у погрузчика двигатель внутреннего сгорания.
Это по-прежнему электрический погрузчик – отличается лишь технология накопления энергии.
Электрические погрузчики могут комплектоваться как современными литий-ионными батареями, так и традиционными тяговыми батареями с жидким электролитом.
Такие батареи по-прежнему работают во многих погрузчиках с противовесом, штабелёрах с высоким подъёмом, электрических тележках и комплектовщиках заказов. Чаще всего они встречаются в старых парках, подержанной технике и на предприятиях, которые годами используют подготовленную зону зарядки. Технология не исчезла и с рынка новой техники. В некоторых предлагаемых сейчас моделях клиент по-прежнему может выбрать между свинцово-кислотной и литий-ионной батареей.
Почему компании по-прежнему выбирают свинцово-кислотный вариант?
Решающими факторами чаще всего становятся более низкая стоимость покупки и существующая инфраструктура. Если погрузчик работает несколько предсказуемых часов, а затем всю ночь заряжается, быстрая зарядка Li-ion может не дать достаточной экономии, чтобы оправдать более высокую цену.
У компании уже есть зарядное устройство, выделенная зона зарядки и сотрудники, знающие процедуры обслуживания, поэтому смена технологии не всегда даёт немедленное экономическое преимущество.
Ограничения появляются, когда ритм работы становится менее предсказуемым.
Свинцово-кислотную батарею необходимо правильно заряжать, проверять уровень электролита и доливать воду согласно инструкции производителя. Она также требует правильно подготовленной зоны зарядки.
При многосменной работе может потребоваться вторая батарея и замена между сменами.
Чем чаще погрузчик должен быть готов без предупреждения, тем выше ценность литий-ионной батареи с возможностью быстрой зарядки.
Когда лучше выбрать дизельный погрузчик?
Дизельный погрузчик стоит рассмотреть, когда машина работает в основном на открытом воздухе, проезжает большие расстояния и много часов выполняет тяжёлые задачи без удобных перерывов на зарядку.
Складские площадки, склады стройматериалов, лесопильни, заводы сборного железобетона или перегрузка тяжёлых материалов предъявляют к погрузчику другие требования, чем спокойная работа между стеллажами. Важны высокий крутящий момент, устойчивость к интенсивной эксплуатации, способность работать на неровных поверхностях и быстрая заправка.
Дизельный погрузчик может быть разумным и там, где электроинфраструктура не позволяет установить достаточно мощное зарядное устройство или где погрузчик работает в нескольких удалённых частях большой территории. Заправка занимает мало времени, поэтому машина быстро возвращается к работе. При эпизодическом использовании, однако, нужно помнить о природе современных дизельных двигателей. Очень короткие поездки, долгие простои и частые холодные пуски могут затруднять правильную работу системы нейтрализации выхлопных газов, включая регенерацию DPF.
В закрытых цехах дизельный погрузчик требует особой осторожности и эффективной вентиляции из-за выхлопных газов, шума и тепла. Если большинство задач выполняется в помещении, электрический погрузчик обычно практичнее. Дизель проявляет свои сильные стороны на открытой площадке, под большой нагрузкой и там, где у графика работы нет терпения для кабеля зарядного устройства.