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制动能量回收

飞轮储能系统接入直流母线或接触网(轨),列车制动时飞轮充电,吸收再生能量,抑制牵引网压抬升;列车启动出站时,飞轮储能放电,将能量返还直流电网,为列车启动提供动力。 接入飞轮储能系统后,可实现节约变电所输出总牵引电能20-30%,降低机械制动时造成的列车轮轨和闸瓦磨损,减少地铁散热系统的工作压力。

一、 国内地铁发展现状

根据的中国城市轨道交通协会发布《2021年上半年中国内地城轨交通线路概况》可知,截至2021年6月30日,中国内地累计有40个城市开通地铁线路,累计运营线路长度6641.73公里。

其中,19个城市地铁运营线路长度超100公里,11个城市地铁运营线路长度超200公里,上海、北京、成都、广州地铁运营线路长度超500公里。


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二、 地铁再生制动能量回收的意义

根据目前国内一些城市轨道交通车辆的统计数据,车辆平均每2min制动一次,车辆每天运行时间平均为16h,则每天制动次数为480次,全年运行天数按340天计算,每年制动次数为163200次。

列车制动过程中产生的能量会使牵引网电压升高,若不采取任何吸收或消耗措施,将导致牵引网压超过规定值,造成其他供电设备的损坏。

地铁车辆运行需要依靠电力牵引,列车牵引动力占地铁总电力成本的45-60%,其中17%为可回收的再生制动能量,如果将这部分能量回收利用,可节省地铁总运营成本的3%,具有很大的节能空间。采用在牵引变电所的直流母线上设置再生能量吸收装置以提升再生制动能量利用率,符合城市轨道交通发展的方向,对节能减排、提高能量利用率和可持续发展具有重要的意义。


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轨道交通运营成本结构

三、常见再生制动能量处理技术路线

制动电阻:制动时根据母线电压变化,利用斩波器+制动电阻将制动能量以热能形式耗散。

逆变回馈:母线电压超出阈值时,启动逆变回馈装置吸收母线电流,把制动能量回馈到交流电网。

储能装置:母线电压升高超出阈值时,启动储能装置吸收母线电流,存储制动能量;母线电压跌落超出阈值时,储能装置释放能量。


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技术路线对比

四、坎德拉轨道交通解决方案介绍

4.1 飞轮储能应用原理

飞轮储能系统接入直流母线或接触网(轨),列车制动时飞轮充电,吸收再生能量,抑制牵引网压抬升;列车启动出站时,飞轮储能放电,将能量返还直流电网,为列车启动提供动力。接入飞轮储能系统后,可实现节约5-10%变电所输出牵引电能,降低机械制动时造成的列车轮轨和闸瓦磨损,减少地铁空调系统的工作压力。


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4.2 坎德拉轨道交通解决方案

针对轨道交通制动能量回收应用需求,结合业主的不同需求和实际列车运行情况,从制动能量回收、稳定牵引网电压等多个需求并行出发,开发了单个/多个供电区间飞轮储能解决方案和全线飞轮储能解决方案,规避了常规轨道交通制动能量解决方案中谐波污染、可靠性低等痛点问题。

4.2.1 单供电区间解决方案

单个供电区间解决方案是针对列车在某个/某几个供电区间启动制动情况,在该供电区间配置适当飞轮储能系统,以实现制动能量回收、牵引网电压稳定。

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4.2.2 全线解决方案

全线解决方案是针对列车全线启动制动情况,在每个供电区间配置适当飞轮储能系统,以实现制动能量回收、牵引网电压稳定。

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4.3 推荐产品


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4.4 收益测算

4.4.1 单个供电区间解决方案10年和20年项目投资内部收益率

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4.4.2 全线解决方案10年和20年项目投资内部收益率

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4.5 应用效果

4.5.1 规避牵引网压抬升

工况:正常运行(周期时长265s), 动作阈值1750V


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4.5.2 牵引网压支撑

工况:两牵引变同时故障,动作阈值1580V

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应用优势

制动能量回收利用

列车进站时飞轮储能系统充电吸收再生能量,出站时飞轮放电为列车启动提供动力,可有效节约总牵引电能


应急电源

地铁牵引供电系统因故障造成牵引网断电时,飞轮储能系统可自动将电能向牵引网补充,实现紧急支持电源功能





提升供电可靠性

飞轮储能系统吸收列车制动时产生的可再生能量,可有效抑制牵引网电压抬升,降低电网波动,提升输出电能质量,提升供电可靠性


节约通风系统散热能耗

通过飞轮储能系统吸收列车制动能量,可降低列车闸瓦磨损,同时避免疏散能量产生大量热量,有效降低站台通风系统散热所需能耗


解决方案

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