Маховичный накопительдля запасания энергии рекуперации на электрифицированном транспорте

Русский сверхпроводник

- накапливать энергию торможения и использовать ее для разгона транспортного средства с эффективностью до 40 % от общего потребления энергии на тягу, - обеспечивать автономный ход и электропитание собственных нужд транспорта в случае пропадания напряжения в контактной сети,- снизить нагрузки на контактную сеть, стабилизировать ее напряжение, компенсируя провалы напряжения в момент разгона нескольких единиц ЭПС,- снизить тепловые потери в контактной сети за счет протекания больших токов при провалах напряжения.

Применение накопителей кинетической энергии позволяет:

Экономический эффект от применения НКЭ

Экономический эффект от применения НКЭ складывается из факторов:

- сокращение средств на применение оборудования высокой мощности и затрат на строительстве тяговых подстанций,

- экономия электроэнергии за счет использования энергии торможения,

- снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций, вызванных перегрузками в энергетическом обеспечении,

- экономия электроэнергии за счет снижения провалов напряжения и протекания больших токов по контактной сети,

- снижение затрат в случае непредвиденного перерыва электроснабжения контактной сети, приводящих к остановке ЭПС,

- снижение использования реостатов торможения,

- снижение тепловой нагрузки в туннелях и на станциях метро, уменьшение потребления энергии для систем вентиляции и охлаждения.

Конструкция и принцип работы НКЭЭлектрическая энергия подается на мотор-генератор, раскручивающий «высокоэнергетичный маховик», который накапливает до 24 МДж (до 6,5 кВт*час) энергии.

Каждый накопитель энергии комплектуется блоком управления.

Когда возникает необходимость, мотор-генератор преобразует накопленную кинетическую энергию обратно в электрический ток.

Электрическая энергия

Механическая энергия(вращение маховика)

Запасение (зарядка)

Отдача (разрядка)

Накопители Кинетической энергии (типоряд)

НКЭ-3В (12МДж)Масса – 2000 кг.

НКЭ-6В (24 МДж)Масса – 3000 кг.

НКЭ -В имеют энергоемкость от 4 до 24 МДж

0,4

м

НКЭ-1В (4МДж)Масса – 1000 кг.

Мощность НКЭ серии В масштабируется в диапазоне

10-200 кВт

Накопитель кинетической энергии НКЭ-1В (4 МДж) НКЭ-1В с двигателем (мощность 22 кВт)

Тормозные резисторы

(3 шт.)

Инвертор (22 кВт)

Блок управления

Накопитель кинетической энергии НКЭ-1 (4 МДж)

Параметр Значение

Напряжение питания ~ 3*380 В

Ток питания 40 А

Обороты маховика 4000 об/мин

Давление 2000 Па

Время разгона 420 с

Время торможения 360 с

Выходное напряжение = 730 В

Выходной ток 40 А

Тип мотор-генератора асинхронный

Мощность мотор - генератора

22 кВт

Энергоемкость 4 МДж

(1.1 кВт*часа)

КПД До 97%

Срок службы Более 25 лет

Масса 800 кг

Высота 1100 мм

Диаметр 1200 мм

Накопительные комплексы для

запасания энергии рекуперации ЭПС

Комплекс из двенадцати НКЭ-6 позволяет накопить

288 МДж (80 кВт*часов) энергии

Комплекс позволяет обеспечивать мощность на уровне 1,5-2,5 МВт для разгона ЭПС до 60 км/час. Комплекс с приведенными параметрами позволяет рекуперировать энергию одновременно двух составов.

Кол-во маховичных модулей

Масса Напряжение питания

Обороты маховика

Тип электромашины

Мощность электромашин

Энергоемкость Высота*длина*ширина

12 35 000 кг

~ 3*380 В 4000 об/мин асинхронный

1400 кВт 288 МДж80 кВт*часов

3600*12 000*5500 мм

Параметры накопительного комплекса

Режим рекуперации(транспортные системы)

Стационарная система рекуперации энергии

для электрифицированного железнодорожного

транспорта на основе накопителя кинетической энергии

Торможение

Запасение

Отдача

Возможности применения НКЭ с подвижным составом

Производитель вагона Метровагонмаш

Технические данныеНапряжение = 825 В

Выходная мощность 4*114 кВтУскорение 1,2 м/с2

Масса 8 вагонов 272 тоннТорможение 1,1 м/с2

Система тяги контакторно-реостатнаяТормозная система реостатная

Расчет числа накопителей на 1 платформуСостав (8 вагонов, тара) – 272 000 кг.

Кол-во пассажиров (2400 чел) –180 000 кг.

Общая масса – 452 000 кг.

А движ. = m (v2н – v2

к) / 2 = 65,3 МДж

Vн = 0 м/сVк = 17 м/с

Общее количество НКЭ-3В (рабочая энергоемкость 10 МДж)

65,3 МДж / 10 МДж ≈ 7НКЭ(для однопутного варианта)

Запасенной энергии рекуперации хватит для разгона полного состава

от 0 км/час до 60 км/час за 20-40 секунд

Энергия рекуперации метропоезда

Расчет экономических показателей на 1 платформу

За рабочий день через станцию проходит 1350 составов в обе стороны

Общий объем запасаемой энергии рекуперации метропоездов в сутки : 24 487,4

кВт*часов

Цена потребленной электроэнергиииз расчета 3 рубля за 1 кВт*час

составляет 73 462,5 рублей в сутки

Общая экономия в год с одной станции составляет 26 813 812,5 рублей.

Запасаемая энергия полного состава 65,3 МДж ≈ 18,1 кВт*часов

В Москве аналогичных платформ188

Экономия за год:5,041 млрд. рублей

Экспериментальные исследования динамического накопительного комплекса в

режиме рекуперации энергии подвижного состава (электрички).

Моделируемая системаБыла смоделирована система энергоснабжения электроподвижного состава: контактная сеть + НКЭ.

Режим движения ЭПС:

Этап Время этапа, с

Торможение ЭПС с выдачей энергии в сеть на НКЭ

40

Стоянка ЭПС (хранение энергии) 20

Разгон ЭПС (выдача энергии) 40

Блок-схема испытательного стенда

1. Вакуумметр

2. Форвакуумный насос

3. НКЭ

4. Энкодер

5. Инвертор

6. Амперметр

7. Вольтметр

8. Амперметр

9. Вольтметр

НКЭ на стенде в ходе испытаний

Испытание, моделирование режима рекуперации

Обороты маховикаТок в мотореНапряжение звена пост. тока

Этап Время этапа, с

Торможение ЭПС с выдачей энергии в сеть на НКЭ

40

Стоянка ЭПС (хранение энергии)

40

Разгон ЭПС (выдача энергии)

40

Рекуперация Стоянка

Разгон

1. Испытания показали успешную работу НКЭ в режиме рекуперации энергии подвижного состава.

2. Соединение НКЭ с контактной сетью осуществлялось через инвертор.

3. Экономия энергии при разгоне одного метропоезда составляет 18,1 кВт*часов. На станциях Филевской линии в сутки проходит 1350 поездов.

4. На территории Москвы 188 станций метро.5. Годовая экономия электроэнергии по Москве составит

~1,68 млрд. кВт*час или свыше 5 млрд. руб.6. Предварительный расчет показывает окупаемость

одного комплекса НКЭ в течение менее 1 года. 7. Срок службы НКЭ составляет 20 лет.

Выводы