城市軌道交通再生制動(dòng)能量利用技術(shù)研究

琚永剛

（1. 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 200092；2.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315010）

城市軌道交通再生制動(dòng)能量利用技術(shù)研究

琚永剛1.2

（1. 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 200092；2.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波 315010）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，城市的公共交通工具正在由以前的公交車逐漸的向城市軌道交通轉(zhuǎn)變。隨著城市交通軌道的不斷的被廣泛的應(yīng)用，軌道交通技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，車輛的制造技術(shù)，車站的建設(shè)自動(dòng)化技術(shù)，車輛的制動(dòng)系統(tǒng)等都有了很大的提高，隨著城市軌道交通被廣泛的建設(shè)，人們?cè)谧非笫孢m化和自動(dòng)化的同時(shí)，也意識(shí)到城市軌道車輛的節(jié)能環(huán)保問題的重要性。本文將對(duì)城市軌道交通再生制動(dòng)能量的回收、儲(chǔ)存，及其相關(guān)的技術(shù)裝備進(jìn)行分析。

城市軌道交通 發(fā)展 再生制動(dòng)能量 回收利用 趨勢(shì)

自從上個(gè)世紀(jì)八十年代開始，英國開創(chuàng)了第一條地下城市軌道，徹底的改變了人們的出行方式，城市軌道不但在一些發(fā)達(dá)國家被廣泛的建設(shè)，在一些發(fā)展中國家也正在逐漸的興盛。與其他公共交通系統(tǒng)相比城市軌道交通運(yùn)行速度快、準(zhǔn)時(shí)、方便、舒適、安全無污染，具有良好的發(fā)展前景。城市軌道列車在運(yùn)行過程中，由于車站直接距離較短，運(yùn)行速度較快，車輛的制動(dòng)比較頻繁，制動(dòng)產(chǎn)生的能量很少的一部分被回收利用，大部分被車輛自身消耗浪費(fèi)了，如果車輛制動(dòng)再生能量能被回收再利用，將大大的減少地鐵的運(yùn)行和維護(hù)成本。

1　城市軌道交通車輛再生制動(dòng)能量

城市軌道交通由于車站之間距離短，列車運(yùn)行速度快，在頻繁的啟動(dòng)與制動(dòng)間會(huì)產(chǎn)生巨大的制動(dòng)能量，根據(jù)調(diào)查車輛制動(dòng)產(chǎn)生的能量大概為車輛牽引所需的能量的30%左右，當(dāng)車輛進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)能量通過牽引機(jī)逐漸的轉(zhuǎn)化為電能并通過設(shè)備輸入到電網(wǎng)中，使傳輸網(wǎng)電壓升高，其中很少的一部分被其余的一些在附近的列車吸收利用，其中的大部分被車輛制動(dòng)產(chǎn)生巨大的電阻，以車輛發(fā)熱被消耗掉，這些能量不能被充分的回收利用。

2　城市軌道交通再生制動(dòng)能量的回收

現(xiàn)在隨著城市軌道交通系統(tǒng)的不但發(fā)展，通常用的軌道交通車輛再生制動(dòng)主要有兩種，一種是器件儲(chǔ)能型 一種是逆變供能型，這兩種方式都被廣泛的利用，都有不同的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，需要被逐漸的研究和改善。

2.1器件儲(chǔ)能型

器件儲(chǔ)能型裝置主要是采用一個(gè)備用系統(tǒng)，現(xiàn)在一般是用電阻耗能型裝置作為備用系統(tǒng)，然后再用一個(gè)雙向的變換器將車輛制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能力吸收到儲(chǔ)能器件中去，當(dāng)車站車輛在有供電需求時(shí)，在把電能釋放出去，這就需要儲(chǔ)能器件必須具有強(qiáng)大的電能吸收和儲(chǔ)存能力，由于地下城市軌道交通特殊的地理環(huán)境，儲(chǔ)能器件不能太大，還需耐用，近年來儲(chǔ)能原件正在向小型化和多元化不斷地發(fā)展，為車輛制動(dòng)能量的回收提高了保障?，F(xiàn)在主要的器件儲(chǔ)能主要有蓄電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、電容儲(chǔ)能三種。

（1）蓄電池儲(chǔ)能；現(xiàn)在蓄電池儲(chǔ)能主要是通過把蓄電池作為一個(gè)儲(chǔ)能原件，當(dāng)車輛制動(dòng)產(chǎn)生能量時(shí)儲(chǔ)存在蓄電池里，等到車輛需要啟動(dòng)，照明等用電時(shí)在釋放出去，蓄電池儲(chǔ)能利用簡單方便，但是花費(fèi)大，維護(hù)麻煩，使用壽命短，目前蓄電池儲(chǔ)能主要在汽車上面應(yīng)用比較廣泛，在城市軌道交通應(yīng)用較少，只有在一些小型的列車會(huì)有使用。（2）飛輪儲(chǔ)能；飛輪儲(chǔ)能主要是通過飛輪的運(yùn)轉(zhuǎn)高低速來儲(chǔ)存能量，當(dāng)列車發(fā)生制動(dòng)時(shí)候，通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到輪子進(jìn)行能量儲(chǔ)存，當(dāng)列車需要啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)候在通過降低輪子轉(zhuǎn)速，釋放輪子中儲(chǔ)存的能量，之歌裝置不僅可以吸收制動(dòng)產(chǎn)生能量，還可以穩(wěn)定車輛電壓，當(dāng)車輛電壓過高時(shí)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)吸收能量，當(dāng)電壓過低時(shí)，飛輪降低轉(zhuǎn)速，釋放電壓，飛輪裝置的節(jié)能效果比較好，但這類裝置比較復(fù)雜，設(shè)備很大占用面積大，維護(hù)復(fù)雜，飛輪不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦，這類裝置使用壽命通常較短。（3）電容儲(chǔ)能；電容儲(chǔ)能主要是通過電容器件將列車制動(dòng)產(chǎn)生能量儲(chǔ)存起來，當(dāng)列車運(yùn)行在釋放出來，目前電容儲(chǔ)能原件主要分兩種，一種是電壓小，電容量大的電容，一種是電壓大，電容量小的電容，這兩種可以根據(jù)不同的需求應(yīng)用在不同的地方，電容儲(chǔ)能原件節(jié)能效果較好，而且體積小占用面積小，方便使用，電容儲(chǔ)能原件成本較高，維護(hù)繁多，現(xiàn)在只在小規(guī)模的軌道交通系統(tǒng)中使用。

2.2逆變供能型

逆變功能型主要是通過晶閘管等電子器件形成大功率的三相逆變器，在通過逆變器轉(zhuǎn)化成電流，根據(jù)形成的電流用途和走向主要可以分為兩類，一類是逆變回饋型，一類是逆變負(fù)載型。

（1）逆變回饋型；逆變回饋型裝置主要是通過車輛產(chǎn)生制動(dòng)能量時(shí)，交流電網(wǎng)通過車輛運(yùn)行的母線吸收電流并通過逆變器，變壓器等轉(zhuǎn)化為車輛車站運(yùn)行可用的電流，這種裝置成本低廉，利用比較方便，但是這類裝置是通過電流逆變回電網(wǎng)，容易造成電壓不穩(wěn)，給電網(wǎng)造成短路，存在一定的安全隱患。（2）逆變負(fù)載型；逆變負(fù)載型這類裝置主要是通過車輛產(chǎn)生制動(dòng)能量時(shí)，直接將吸收的電流轉(zhuǎn)化為可供車輛和車站內(nèi)可以使用的電壓，這類裝置使用起來較為簡便，但由于車輛的制動(dòng)是有間隔時(shí)間的，這類裝置吸收能量轉(zhuǎn)化電流時(shí)候容易不穩(wěn)定，這類裝置目前使用較少。

3　城市軌道交通再生制動(dòng)能量利用技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，大力推廣新能源的研發(fā)和技能環(huán)保新技術(shù)的發(fā)展，制動(dòng)能量的回收再利用技術(shù)不僅僅可以用于城市軌道交通系統(tǒng)，還可以用于汽車，火車，電梯等等各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)。在未來我們可以改進(jìn)列車運(yùn)行方案，提高再生制動(dòng)能量回收率，還可以和汽車等企業(yè)聯(lián)合研發(fā)再生能量的利用，還可以跟城市供電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合，將車輛制動(dòng)能量回收的電流直接供給周邊設(shè)備用電，發(fā)展為一個(gè)統(tǒng)一的供電系統(tǒng)，更加有利于安全穩(wěn)定。

4　結(jié)語

隨著城市軌道交通系統(tǒng)的不斷發(fā)展，車輛制動(dòng)能量的回收利用越來越受到人們的重視。隨著各種新技術(shù)的被研發(fā)和各種新原件的被利用，車輛制動(dòng)能量的回收可以結(jié)合車輛的運(yùn)行路線，方案，和周邊列車的配合運(yùn)行等，實(shí)現(xiàn)更好的再利用，降低運(yùn)營成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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［2］陳勇，羅銳鑫.城市軌道交通再生制動(dòng)能量吸收方式的研究［J］.城市軌道交通研究，2012（8）：157-159.

［3］王軍，江平，楊海英.城市軌道交通制動(dòng)能量逆變回饋系統(tǒng)研究［J］.城市軌道交通研究，2007（12）：23-27.

［4］何治新.城市軌道交通車輛再生制動(dòng)能量的回收利用［J］.城市軌道交通研究，2013（8）：49-53+58.

琚永剛（1983—），男，浙江衢州人，本科，同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院在職研究生，研究方向：低壓電氣與控制工程。