2. - 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:
3. 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.
4. Конструкция и принцип работы НКЭ
Электрическая 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)
Отдача (разрядка)
5. 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
0,4м
НКЭ-1В (4МДж)
Масса – 1000 кг.
Мощность НКЭ серии В
масштабируется в диапазоне
10-200 кВт
6. Накопитель кинетической энергии НКЭ-1В (4 МДж)
НКЭ-1В с двигателем (мощность 22 кВт)
Тормозные
резисторы
(3 шт.)
Инвертор
(22 кВт)
Блок управления
7. 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
9. 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 Напряжен
ие
питания
Обороты
маховика
Тип
электром
ашины
Мощность
электромаши
н
Энергоемкость Высота*длина*ш
ирина
12 35 000
кг
~ 3*380 В 4000 об/мин асинхрон
ный
1400 кВт 288 МДж
80 кВт*часов
3600*12
000*5500 мм
Параметры накопительного комплекса
11. Возможности применения НКЭ с подвижным
составом
Производитель вагона Метровагонмаш
Технические данные
Напряжение = 825 В
Выходная мощность 4*114 кВт
Ускорение 1,2 м/с
2
Масса 8 вагонов 272 тонн
Торможение 1,1 м/с
2
Система тяги контакторно-реостатная
Тормозная система реостатная
12. Расчет числа накопителей на 1 платформу
Состав (8 вагонов, тара) – 272 000 кг.
Кол-во пассажиров (2400 чел) –180 000 кг.
Общая масса – 452 000 кг.
А движ. = m (v2
н – v2
к) / 2 = 65,3 МДж
Vн = 0 м/с
Vк = 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
13. 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 электроэнергии
из 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 платформ
188
Экономия за год:
5,041 млрд. рублей
15. Моделируемая система
Была 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
18. Испытание, моделирование
режима рекуперации
Обороты маховика
Ток в моторе
Напряжение 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
19. 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
