近年來，地鐵作為大容量、高效率的城市客運系統，因其便捷準時、安全可靠、節能環保的優勢，在我國發展十分迅速，那么問題也隨之而來，巨大的電力消耗不容忽視。

地鐵再生制動能量回收的意義

地鐵車輛運行需要依靠電力牽引，列車牽引動力占地鐵總電力成本的45-60%，其中17%為可回收的再生制動能量，如果將這部分能量回收利用，可節省地鐵總運營成本的3%，具有很大的節能空間。通過采用在牽引變電所的直流母線上設置再生能量吸收裝置以提升再生制動能量利用率，符合城市軌道交通發展的方向，對節能減排、提高能量利用率和可持續發展具有重要的意義。

再生制動能量吸收裝置類型

目前，再生制動能量吸收裝置主要分為電阻耗能型、逆變回饋型(能饋型)和儲能型。電阻耗能型通過制動電阻來消耗列車減速或制動時的再生能量，由于列車制動能量仍以熱能形式消耗，并沒有做到回收利用，因此電阻耗能型不再是制動能量回收的發展方向。逆變回饋型采用大功率三相逆變器，當列車再生制動導致直流母線電壓超過規定值時，通過逆變器將列車再生制動能量從直流母線逆變成工頻交流電，回饋至10 kV(中壓逆變)中壓電網或者0.4 kV(低壓逆變)交流電網。儲能型主要是利用儲能裝置，當列車制動能量引起牽引網電壓升高超過閾值時，裝置采用IGBT將制動能量吸收到儲能元件中，當牽引網內有列車啟動、加速需要取電時，裝置將存儲在儲能元件中的能量通過IGBT釋放到牽引網中，實現節能和穩定牽引網電壓的作用。目前主要的儲能型再生制動能量回收裝置包括超級電容及飛輪。其中飛輪儲能型制動能量回收裝置憑借其高功率密度、高可靠性、使用壽命長、綠色環保等特點，在提升地鐵再生制動能量利用率、降低運營成本、改善直流供電系統質量等方面具有獨特的優勢。

飛輪儲能型制動能量回收的工作原理

飛輪儲能系統是以飛輪本體高速旋轉的形式存儲動能，并通過與飛輪本體同軸的電動/發電機完成動能與電能之間的轉換。

當列車制動時，制動過程中產生的制動電流驅動飛輪轉子由低速旋轉到高速旋轉，將列車制動產生的電能轉化為飛輪轉動的動能存儲起來，當列車啟動或加速時，飛輪系統的電動機轉變為發電機模式，利用飛輪轉速下降的慣性將動能轉化為電能輸出，從而實現了再生制動能量的回收再利用。

美國VYCON REGEN飛輪儲能系統

美國VYCON是全球領先的飛輪儲能型軌道交通制動能量回收利用解決方案的提供商。VYCON REGEN系列產品專門針對軌道交通應用場景而設計，通過磁懸浮飛輪及五軸主動控制系統、高速永磁電動發電機系統等核心技術的使用，可以在18秒完成充電/放電過程，每天可進行超過1000次循環充放電，使用壽命長達20年。

VYCON REGEN飛輪儲能的優勢

1、降低運營成本，高投資回報率：通過再生制動電能的回收利用可節省15%的牽引電力，系統的使用壽命長達20年，使其具有顯著的經濟效益;

2、系統部署簡單，對交流電網無沖擊：系統部署在牽引站直流總線側實現能量回收利用，對交流電網無沖擊，不影響牽引系統的正常運行;

3、改善直流供電系統質量：在低電位時提供電壓支持，平衡負載的起伏、吸收沖擊，控制和降低因大范圍負載波動而引起的供電母線電壓的變化;

4、系統安裝簡便：設備占地面積小、噪音低，設備運行對周圍環境溫度無要求;

5、設備安全可靠：設備通過美國UL安全認證、OSHPD抗震認證，在美國洛杉磯等地震多發地區實際穩定運行超過4年，系統運行安全可靠。

6、模塊化設計，可根據實際運行數據優化：可根據地鐵的實際需求通過并聯實現0.5-2MW靈活配置，可動態調整系統閾值，根據不同運營條件對系統進行優化。

成功應用案例

VYCON REGEN在飛輪儲能系統方面有豐富的實際經驗，在美國洛杉磯、瑞士巴塞爾、巴西里約熱內盧等地均有大規模部署。其中在美國洛杉磯紅線(Red Line)地鐵部署的2MW系統于2014年8月投入使用，至今已穩定運行超過2萬小時，系統循環充放電次數超過100萬次，每天在可節約1.6-1.8兆瓦能量，節省了大量的運營費用。