隨著我國(guó)軌道交通運(yùn)營(yíng)總里程的快速增長(zhǎng)，城市軌道交通系統(tǒng)用電量也逐年上升，2019年已占到全國(guó)總用電量的2.1‰。如何降低地鐵的供電能耗?

近日，北京交通大學(xué)自主研發(fā)的地面式超級(jí)電容/電池混合儲(chǔ)能裝置在北京地鐵八通線梨園站進(jìn)行掛網(wǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，這套裝置不但可以回收利用列車再生制動(dòng)能量，還可以在供電系統(tǒng)突發(fā)故障時(shí)，利用儲(chǔ)能裝置將列車緊急牽引至地鐵站。夜間單車試驗(yàn)時(shí)，每趟節(jié)能率均能達(dá)到20%;在地鐵正常運(yùn)行期間，工作日日均節(jié)能1500度電，節(jié)能率達(dá)13%;而周末日均節(jié)能900度電，節(jié)能率超過(guò)17%。北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司技術(shù)部副部長(zhǎng)李宇杰表示，目前，北京市地鐵系統(tǒng)一年的耗電量超過(guò)12億度。如果全面使用該技術(shù)，即使按照節(jié)能率10%計(jì)算，一年也能節(jié)約用電超過(guò)1億度，節(jié)省電費(fèi)幾千萬(wàn)元。

“這次試驗(yàn)成功的混合儲(chǔ)能裝置，是繼2016年研發(fā)的超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的第二代產(chǎn)品，相較第一代純超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)，平均每天可多節(jié)電150度。”北京交大實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人楊中平教授一直專注于研究軌道交通超級(jí)電容儲(chǔ)能和再生制動(dòng)能量的吸收和利用。他介紹，這次團(tuán)隊(duì)利用超級(jí)電容和鈦酸鋰電池的儲(chǔ)能特性，將列車制動(dòng)能再生的電能，同時(shí)儲(chǔ)存在超級(jí)電容和鈦酸鋰電池中。當(dāng)列車牽引時(shí)，再將儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)，使再生能量被充分利用起來(lái)。

“這是關(guān)系整個(gè)地鐵系統(tǒng)節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)之一。”楊中平解釋，列車牽引用電和其他如車站電梯、扶梯、空調(diào)等附屬設(shè)備的用電量各占50%左右，地鐵運(yùn)營(yíng)電費(fèi)的一半花在了牽引用電上。“地鐵節(jié)能的方式有很多，比如減輕車體總重量、合理安排地鐵發(fā)車時(shí)間等，還有一種更加重要的節(jié)能手段，即回收、利用列車在制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的能量。”楊中平說(shuō)，采用此方法，在一節(jié)列車從時(shí)速70公里減速至靜止的過(guò)程中，可以產(chǎn)生大約14度的電能。楊中平預(yù)測(cè)，高效利用軌道交通車輛的再生能，將成為城市軌道交通節(jié)能的主要手段。

交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院專家?guī)炱溉螌＜摇⒈本┦械罔F運(yùn)營(yíng)有限公司原副總工程師兼設(shè)備部副部長(zhǎng)黃旭虹表示，國(guó)外雖然也有軌道交通的節(jié)能技術(shù)，但對(duì)中國(guó)引進(jìn)有所限制。之前，北京地鐵運(yùn)營(yíng)方曾考慮過(guò)用國(guó)外產(chǎn)品，但光一個(gè)站的超級(jí)電容設(shè)備就要600萬(wàn)元。“我們的項(xiàng)目從立項(xiàng)開始就受到了國(guó)內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)和高校的關(guān)注，接連收到了許多合作意向，他們認(rèn)為此次試驗(yàn)的成功，將推動(dòng)我國(guó)軌道交通領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)的進(jìn)一步提高，推動(dòng)我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展。”楊中平說(shuō)。

從科研立項(xiàng)、理論研究、系統(tǒng)建模與仿真、軟硬件設(shè)計(jì)、樣機(jī)的研發(fā)，再到設(shè)備的安裝、掛網(wǎng)試驗(yàn)，都有團(tuán)隊(duì)學(xué)生深度參與的身影，從立項(xiàng)開始，他們就放棄了寒暑假、國(guó)慶等節(jié)假日，積極投入其中。“通過(guò)親身參與、實(shí)踐，使我各方面的能力都得到了提升。這個(gè)項(xiàng)目給我們提供了一個(gè)踐行‘知行’校訓(xùn)、不斷思考解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)。”博士研究生劉宇嫣表示。

伴隨項(xiàng)目進(jìn)行，同學(xué)們也經(jīng)歷了嚴(yán)冬和盛夏的考驗(yàn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝正處在北京的隆冬時(shí)節(jié)，為了不影響八通線白天的正常運(yùn)營(yíng)，所有安裝和使用工作都必須在深夜12點(diǎn)至3點(diǎn)半進(jìn)行。而行車和掛網(wǎng)試驗(yàn)又趕上盛夏，地鐵站配電室內(nèi)沒有空調(diào)和電扇，老師和同學(xué)們身上的衣服往往濕透多次。碩士研究生楊浩豐參與了該項(xiàng)目的全過(guò)程。在北京地鐵梨園站掛網(wǎng)試驗(yàn)期間，需要一直在變壓器室觀察、記錄儲(chǔ)能裝置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。變壓器室內(nèi)設(shè)備較多，并且噪音很大，他和同學(xué)們?cè)谠O(shè)備前一蹲就是一天。

老師們也是如此，項(xiàng)目組林飛、孫湖、方曉春老師一直駐守在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。掛網(wǎng)試驗(yàn)要在每天地鐵運(yùn)行的早中晚高峰進(jìn)行，于是他每天凌晨3點(diǎn)從家出發(fā)，開車近1個(gè)小時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，就投入到緊張的籌備工作中，準(zhǔn)備迎接地鐵運(yùn)營(yíng)早高峰的試驗(yàn)。再利用早中晚高峰中間的間隙，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，整個(gè)暑假都沒有休息。課堂上，楊中平經(jīng)常這樣告訴學(xué)生：作為一名交通領(lǐng)域的科研人，一定要熱愛軌道交通事業(yè)，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并將研究做深入，解決更多實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，這樣的研究也才有意義。

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