作為“耗電大戶”的地鐵,如何實現(xiàn)節(jié)能降耗是行業(yè)內(nèi)一直關(guān)注的部分。隨著時代發(fā)展與技術(shù)的日益成熟,車輛剎車時會變成“發(fā)電機”,產(chǎn)生再生制動能量,無論是地鐵車輛還是汽車,均已普遍適用。面對再生制動能量這個意外的能量來源,車輛一般會有四個利用方案:直接變成電阻熱耗散掉、給其他的車輛加速用、把能量送回去和把能量儲存起來。相較于前幾種再生能量的利用方式,儲能的技術(shù)方案更具有一般性和在各個行業(yè)領(lǐng)域的推廣價值,儲能的思想也很早便應(yīng)用在軌道交通領(lǐng)域,例如通過把站臺部位修高,使得車輛進站時的動能轉(zhuǎn)化為一部分重力勢能實現(xiàn)儲能,出站時再轉(zhuǎn)回為動能,就對列車系統(tǒng)的節(jié)能具有顯著效果。
以成都地鐵為例,大多車站都采用了進站上坡、出站下坡的設(shè)計,但是坡度為千分之36,一般乘客是難以感受到的。
事實上,目前使用的儲能技術(shù)方案,比起單純地把站臺修高則要復(fù)雜和有效得多,為地鐵系統(tǒng)節(jié)能降耗提供了更多的調(diào)度和使用的靈活性,其能量流轉(zhuǎn)過程如下圖所示,儲能的代表技術(shù)主要有蓄電池儲能、電容儲能、飛輪儲能3種。
就支出和壽命周期的運營成本而言,基于電池的系統(tǒng)是最貴的,此外,現(xiàn)在的鋰電池技術(shù)還不能重復(fù)產(chǎn)生滿足地鐵2分鐘及以下典型工作循環(huán)的充放電時間,因此,對于應(yīng)用而言,基于電池的系統(tǒng)通常過于龐大,而且電池也需要更多的空間,必須定期替換和控制環(huán)境。
超級電容器(雙電層電容器)可以進行更快的重復(fù)充放電循環(huán),而且比電池便宜,且不需要過大尺寸即可滿足鐵路再生能量應(yīng)用需要,但其也有局限性。
超級電容器壽命較短,而且效率隨時間衰減,因此每隔幾年就得更換一次。目前國內(nèi)技術(shù)剛剛起步,依舊處于實驗階段,并沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化,而且電容器組成本較高,國內(nèi)僅有少量應(yīng)用,如北京5號線地鐵就安裝有超級電容儲能設(shè)備。
而第三種——飛輪儲能屬于一種物理儲能方式,它利用的是旋轉(zhuǎn)體高速旋轉(zhuǎn)時所具備的動能來存儲能量,通過實時監(jiān)測直流牽引網(wǎng)上的電壓與母線電壓,判斷飛輪是進行加速儲能或者減速反饋能量。
當(dāng)對裝置發(fā)出儲能指令時,飛輪加速轉(zhuǎn)動,進行儲能工作,隨著制動過程減弱,制動產(chǎn)生的能量在逐漸下降,飛輪系統(tǒng)停止儲能,當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)直流網(wǎng)網(wǎng)壓降低時,發(fā)出指令,飛輪減速,向直流牽引網(wǎng)回饋能量。
用飛輪儲能,除了可以吸收過剩的再生能量,還能減小牽引網(wǎng)電壓的波動?;陲w輪的能量存儲技術(shù)是經(jīng)過驗證的成熟技術(shù),提供了一種低風(fēng)險、低成本的解決方案。飛輪具有高可靠性、高耐久性和高可用性,可以以2分鐘的間隔時間持續(xù)工作而不危害產(chǎn)品壽命。
國產(chǎn)兆瓦級飛輪儲能裝置,一臺一年省電50萬元
2019年7月9日,中國能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃中的兆瓦級飛輪儲能技術(shù)研究實現(xiàn)突破,國產(chǎn)GTR飛輪儲能裝置于8日在北京地鐵房山線廣陽城站正式實現(xiàn)商用,填補了國內(nèi)應(yīng)用飛輪儲能裝置解決城市軌道交通再生制動能量回收方式的空白。
這樣的兆瓦級設(shè)備,每天可以實現(xiàn)節(jié)省電能約1500千瓦時,一年下來可以節(jié)省用電成本50萬元。
飛輪儲能型裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,并且對裝置的轉(zhuǎn)動軸的技術(shù)要求很高。
原標題:軌道交通節(jié)能降耗之——飛輪儲能