近年來(lái)，地鐵作為大容量、高效率的城市客運(yùn)系統(tǒng)，因其便捷準(zhǔn)時(shí)、安全可靠、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)發(fā)展十分迅速，那么問(wèn)題也隨之而來(lái)，巨大的電力消耗不容忽視。

地鐵再生制動(dòng)能量回收的意義

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

再生制動(dòng)能量吸收裝置類型

目前，再生制動(dòng)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(chǔ)能型。電阻耗能型通過(guò)制動(dòng)電阻來(lái)消耗列車減速或制動(dòng)時(shí)的再生能量，由于列車制動(dòng)能量仍以熱能形式消耗，并沒(méi)有做到回收利用，因此電阻耗能型不再是制動(dòng)能量回收的發(fā)展方向。逆變回饋型采用大功率三相逆變器，當(dāng)列車再生制動(dòng)導(dǎo)致直流母線電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)，通過(guò)逆變器將列車再生制動(dòng)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(wǎng)或者0.4 kV(低壓逆變)交流電網(wǎng)。儲(chǔ)能型主要是利用儲(chǔ)能裝置，當(dāng)列車制動(dòng)能量引起牽引網(wǎng)電壓升高超過(guò)閾值時(shí)，裝置采用IGBT將制動(dòng)能量吸收到儲(chǔ)能元件中，當(dāng)牽引網(wǎng)內(nèi)有列車啟動(dòng)、加速需要取電時(shí)，裝置將存儲(chǔ)在儲(chǔ)能元件中的能量通過(guò)IGBT釋放到牽引網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和穩(wěn)定牽引網(wǎng)電壓的作用。目前主要的儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量回收裝置包括超級(jí)電容及飛輪。其中飛輪儲(chǔ)能型制動(dòng)能量回收裝置憑借其高功率密度、高可靠性、使用壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，在提升地鐵再生制動(dòng)能量利用率、降低運(yùn)營(yíng)成本、改善直流供電系統(tǒng)質(zhì)量等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

飛輪儲(chǔ)能型制動(dòng)能量回收的工作原理

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是以飛輪本體高速旋轉(zhuǎn)的形式存儲(chǔ)動(dòng)能，并通過(guò)與飛輪本體同軸的電動(dòng)/發(fā)電機(jī)完成動(dòng)能與電能之間的轉(zhuǎn)換。

當(dāng)列車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的制動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)子由低速旋轉(zhuǎn)到高速旋轉(zhuǎn)，將列車制動(dòng)產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)列車啟動(dòng)或加速時(shí)，飛輪系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)模式，利用飛輪轉(zhuǎn)速下降的慣性將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能輸出，從而實(shí)現(xiàn)了再生制動(dòng)能量的回收再利用。

美國(guó)VYCON REGEN飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)

美國(guó)VYCON是全球領(lǐng)先的飛輪儲(chǔ)能型軌道交通制動(dòng)能量回收利用解決方案的提供商。VYCON REGEN系列產(chǎn)品專門針對(duì)軌道交通應(yīng)用場(chǎng)景而設(shè)計(jì)，通過(guò)磁懸浮飛輪及五軸主動(dòng)控制系統(tǒng)、高速永磁電動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等核心技術(shù)的使用，可以在18秒完成充電/放電過(guò)程，每天可進(jìn)行超過(guò)1000次循環(huán)充放電，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年。

VYCON REGEN飛輪儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)

1、降低運(yùn)營(yíng)成本，高投資回報(bào)率：通過(guò)再生制動(dòng)電能的回收利用可節(jié)省15%的牽引電力，系統(tǒng)的使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年，使其具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益;

2、系統(tǒng)部署簡(jiǎn)單，對(duì)交流電網(wǎng)無(wú)沖擊：系統(tǒng)部署在牽引站直流總線側(cè)實(shí)現(xiàn)能量回收利用，對(duì)交流電網(wǎng)無(wú)沖擊，不影響牽引系統(tǒng)的正常運(yùn)行;

3、改善直流供電系統(tǒng)質(zhì)量：在低電位時(shí)提供電壓支持，平衡負(fù)載的起伏、吸收沖擊，控制和降低因大范圍負(fù)載波動(dòng)而引起的供電母線電壓的變化;

4、系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便：設(shè)備占地面積小、噪音低，設(shè)備運(yùn)行對(duì)周圍環(huán)境溫度無(wú)要求;

5、設(shè)備安全可靠：設(shè)備通過(guò)美國(guó)UL安全認(rèn)證、OSHPD抗震認(rèn)證，在美國(guó)洛杉磯等地震多發(fā)地區(qū)實(shí)際穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)4年，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。

6、模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化：可根據(jù)地鐵的實(shí)際需求通過(guò)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)0.5-2MW靈活配置，可動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)閾值，根據(jù)不同運(yùn)營(yíng)條件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

成功應(yīng)用案例

VYCON REGEN在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)方面有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在美國(guó)洛杉磯、瑞士巴塞爾、巴西里約熱內(nèi)盧等地均有大規(guī)模部署。其中在美國(guó)洛杉磯紅線(Red Line)地鐵部署的2MW系統(tǒng)于2014年8月投入使用，至今已穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)2萬(wàn)小時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)充放電次數(shù)超過(guò)100萬(wàn)次，每天在可節(jié)約1.6-1.8兆瓦能量，節(jié)省了大量的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。