城市軌道交通再生制動能量利用技術研究

琚永剛

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

城市軌道交通再生制動能量利用技術研究

琚永剛1.2

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

隨著社會的不斷發展，科學技術的不斷進步，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變。隨著城市交通軌道的不斷的被廣泛的應用，軌道交通技術也在不斷地進步，車輛的制造技術，車站的建設自動化技術，車輛的制動系統等都有了很大的提高，隨著城市軌道交通被廣泛的建設，人們在追求舒適化和自動化的同時，也意識到城市軌道車輛的節能環保問題的重要性。本文將對城市軌道交通再生制動能量的回收、儲存，及其相關的技術裝備進行分析。

城市軌道交通 發展 再生制動能量 回收利用 趨勢

自從上個世紀八十年代開始，英國開創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達國家被廣泛的建設，在一些發展中國家也正在逐漸的興盛。與其他公共交通系統相比城市軌道交通運行速度快、準時、方便、舒適、安全無污染，具有良好的發展前景。城市軌道列車在運行過程中，由于車站直接距離較短，運行速度較快，車輛的制動比較頻繁，制動產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了，如果車輛制動再生能量能被回收再利用，將大大的減少地鐵的運行和維護成本。

1　城市軌道交通車輛再生制動能量

城市軌道交通由于車站之間距離短，列車運行速度快，在頻繁的啟動與制動間會產生巨大的制動能量，根據調查車輛制動產生的能量大概為車輛牽引所需的能量的30%左右，當車輛進行制動時，再生制動能量通過牽引機逐漸的轉化為電能并通過設備輸入到電網中，使傳輸網電壓升高，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產生巨大的電阻，以車輛發熱被消耗掉，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能量的回收

現在隨著城市軌道交通系統的不但發展，通常用的軌道交通車輛再生制動主要有兩種，一種是器件儲能型 一種是逆變供能型，這兩種方式都被廣泛的利用，都有不同的優勢和缺點，需要被逐漸的研究和改善。

2.1器件儲能型

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

（1）蓄電池儲能；現在蓄電池儲能主要是通過把蓄電池作為一個儲能原件，當車輛制動產生能量時儲存在蓄電池里，等到車輛需要啟動，照明等用電時在釋放出去，蓄電池儲能利用簡單方便，但是花費大，維護麻煩，使用壽命短，目前蓄電池儲能主要在汽車上面應用比較廣泛，在城市軌道交通應用較少，只有在一些小型的列車會有使用。（2）飛輪儲能；飛輪儲能主要是通過飛輪的運轉高低速來儲存能量，當列車發生制動時候，通過電動機轉到輪子進行能量儲存，當列車需要啟動運行時候在通過降低輪子轉速，釋放輪子中儲存的能量，之歌裝置不僅可以吸收制動產生能量，還可以穩定車輛電壓，當車輛電壓過高時飛輪轉動吸收能量，當電壓過低時，飛輪降低轉速，釋放電壓，飛輪裝置的節能效果比較好，但這類裝置比較復雜，設備很大占用面積大，維護復雜，飛輪不斷地運轉產生摩擦，這類裝置使用壽命通常較短。（3）電容儲能；電容儲能主要是通過電容器件將列車制動產生能量儲存起來，當列車運行在釋放出來，目前電容儲能原件主要分兩種，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，這兩種可以根據不同的需求應用在不同的地方，電容儲能原件節能效果較好，而且體積小占用面積小，方便使用，電容儲能原件成本較高，維護繁多，現在只在小規模的軌道交通系統中使用。

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，在通過逆變器轉化成電流，根據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，一類是逆變負載型。

（1）逆變回饋型；逆變回饋型裝置主要是通過車輛產生制動能量時，交流電網通過車輛運行的母線吸收電流并通過逆變器，變壓器等轉化為車輛車站運行可用的電流，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，容易造成電壓不穩，給電網造成短路，存在一定的安全隱患。（2）逆變負載型；逆變負載型這類裝置主要是通過車輛產生制動能量時，直接將吸收的電流轉化為可供車輛和車站內可以使用的電壓，這類裝置使用起來較為簡便，但由于車輛的制動是有間隔時間的，這類裝置吸收能量轉化電流時候容易不穩定，這類裝置目前使用較少。

3　城市軌道交通再生制動能量利用技術發展趨勢

隨著社會的不斷發展，大力推廣新能源的研發和技能環保新技術的發展，制動能量的回收再利用技術不僅僅可以用于城市軌道交通系統，還可以用于汽車，火車，電梯等等各個領域內。在未來我們可以改進列車運行方案，提高再生制動能量回收率，還可以和汽車等企業聯合研發再生能量的利用，還可以跟城市供電網系統聯合，將車輛制動能量回收的電流直接供給周邊設備用電，發展為一個統一的供電系統，更加有利于安全穩定。

4　結語

隨著城市軌道交通系統的不斷發展，車輛制動能量的回收利用越來越受到人們的重視。隨著各種新技術的被研發和各種新原件的被利用，車輛制動能量的回收可以結合車輛的運行路線，方案，和周邊列車的配合運行等，實現更好的再利用，降低運營成本，提高經濟效益。

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