Накопитель кинетической энергии для эффективного использования рекуперированной энергии электрифицированного транспорта

Малое использование рекуперированной энергии на городском транспорте Троллейбус может рекуперировать энергию. Но практически вся рекуперированная энергия электрифицированного транспорта «сжигается» на тормозных резисторах и повторно не используется Проблема экономии энергии на городском транспорте и её решение Применение маховичных накопителей позволит эффективно использовать рекуперированную энергию Режим быстрого запасения энергии с последующей быстрой отдачей, для применения на городском электрифицированном транспорте (трамвай, троллейбус) ПРОБЛЕМА РЕШЕНИЕ

Конструкция и принцип работы НКЭ Электрическая энергия подается на мотор-генератор, раскручивающий «высокоэнергетичный маховик», каждый из которых накапливает 4,1 МДж (1,2 кВт*час) энергии. Накопитель энергии комплектуется блоком управления. Когда возникает необходимость, мотор-генератор преобразует накопленную кинетическую энергию обратно в электрический ток и выдает потребителю. Электрическая энергия Механическая энергия (вращение маховика) Запасение (зарядка) Отдача (разрядка)

Накопитель кинетической энергии НКЭ-1В ПараметрЗначение Обороты маховика4000 об/мин Давление в корпусе2000 Па Тип мотор-генератораасинхронный Мощность мотор - генератора кВт Энергоемкость4 (8) МДж (1.1 кВт*часа) КПДДо 97% Срок службыБолее 25 лет Масса маховичного блока 700 кг Высота с мотором1100 мм Диаметр1200 мм Продукт сертифицирован по ГОСТ Р

Режим рекуперации (городской электротранспорт) Стационарная система рекуперации энергии для электрифицированного городского транспорта на основе накопителя кинетической энергии Торможение Запасение Отдача

Подключение стационарного НКЭ к контактной сети Связь напрямую с участком контактной сети. Не требуется подключения к подстанции.

Троллейбус Миасса Троллейбусная система в Миассе включает 27 остановок, депо, 54 троллейбуса Средний интервал движения на одной остановке 5 мин. Потенциал рекуперации энергии в сутки по всем линиям ~ кВт*час; в год ~ 4 млн. кВт*час Экономия может составить 8 млн. руб. или более 530 тысяч поездок пассажиров!

Применения НКЭ для рекуперации энергии троллейбуса Марка ЗиУ-682 Технические данные Род тока и напряжение = 550 ( ) В Выходная мощность115 кВт Ускорение1,3 м/с2 Масса 1 вагона17,985 тонн Торможение1,1 м/с2 Система тягиконтакторно-реостатная Тормозная системаЭлектро-пневматическая Сейчас рекуперированная энергия торможения повторно в сети практически не используется. С применением НКЭ она может полностью направляться на разгон вагона.

Расчет числа накопителей на 1 остановку Троллейбус (1 вагон, тара) – кг. Кол-во пассажиров (122 чел) –9 760 кг. Общая масса – кг. А движ. = m (v 2 н – v 2 к ) / 2 = 2,3 МДж А сопр. = F * l = m g k l = 0,4 МДж Общая работа = 2,7 МДж V н = 0 м/с V к = 15 м/с l = 500 м g = 9,8 м/с k = 0,002 Общее количество накопителей - 1 НКЭ (с расчетом на одновременное торможение 2-х троллейбусов) Накопленная энергия разгоняет вагон от 0 км/час до км/час.

Расчет экономических показателей на 1 остановку За 20 часов через остановку проходит 400 троллейбусов в обе стороны Общий объем рекуперированной электроэнергии выданной на разгон троллейбусов в сутки : 280 кВт*часов Цена потребленной электроэнергии из расчета 2 рубля за 1 кВт*час составляет 560 рублей в сутки Общая экономия в год с одной остановки составляет рублей (без учета торможений на светофорах и др.) Выдача запасенной в НКЭ энергии для разгона 1 троллейбуса >2,3 МДж 0,8 кВт*часов Если НКЭ установить на 25 остановкахЭкономия за год: рублей Срок окупаемости НКЭ ~3,5 года Срок службы НКЭ – 25 лет.

Европейский экспериментальный аналог – стационарный НКЭ для использования рекуперированной энергии трамваев. Экономия на участке контактной сети - до 30% годового энергопотребления. Примеры использования рекуперативной системы на городском транспорте

Макет НКЭ на совместном стенде с ОАО «ВНИИЖТ» Выставка «EXPO – 1520», сентябрь 2011г.

Экспериментальные исследования динамического накопительного комплекса в режиме рекуперации энергии подвижного состава

Моделируемая система Была смоделирована система энергоснабжения электроподвижного состава: контактная сеть + НКЭ. Режим движения ЭПС : ЭтапВремя этапа, с Торможение ЭПС с выдачей энергии в сеть на НКЭ 40 Стоянка ЭПС (хранение энергии)40 Разгон ЭПС (выдача энергии)40

НКЭ на стенде в ходе испытаний

Моделирование режима рекуперации Обороты маховика Ток в моторе Напряжение звена пост. тока ЭтапВремя 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

1.Испытания показали успешную работу стационарного НКЭ в режиме рекуперации энергии подвижного состава. 2.Экономия энергии при разгоне одного вагона трамвая или троллейбуса составляет ~0,7 кВт*часов. Через оживленные платформы в сутки проходит до 400 трамваев/троллейбусов. 3.На территории Москвы порядка 800 трамвайных остановок. Помимо этого вагоны тормозят на светофорах и в пробках. 4.Годовая экономия электроэнергии на 1 НКЭ по Москве составит ~ кВт*часов (только на одном участке с остановкой, без учета торможения на светофорах). 5.Предварительный расчет показывает окупаемость НКЭ в течение 4 лет (только по остановкам, без учета светофоров). 6.Стационарный НКЭ может работать с трамваями и с троллейбусами. 7.Срок службы НКЭ составляет 25 лет. 8.Для выполнения проекта может быть реализован энергосервисный контракт. Выводы

Выгоды от использования НКЭ Применение стационарных маховичных накопителей позволит обеспечить: существенную экономию потребления энергии, затрачиваемой на разгон троллейбуса/трамвая, за счет рекуперации существенное снижение бюджетных затрат на содержание предприятия городского транспорта более плавное, без рывков, движение вагонов при разгоне и торможении стабилизацию напряжения в контактной сети увеличение ресурса оборудования тяговых подстанций снижение затрат на модернизацию действующих и строительство новых подстанций создание новых рабочих мест снижение тепловой нагрузки на окружающую среду Задействование потенциала Миасского филиала ЮУрГУ. Применение НКЭ также положительно скажется на качестве работы городской энергосистемы в целом.

Рынок городской рекуперации Всего в РФ городов с троллейбусным движением – 86. Также имеются 80 троллейбусных систем в городах стран СНГ. При условии размещения в каждом таком городе порядка 50 накопителей для обеспечения использования рекуперированной энергии на разгон троллейбусов, объем экономии энергии только по России составит не менее 400 млн. кВт*часов в год или в денежном выражении порядка 1 млрд. руб.

Предложения администрации г. Миасса 1.Провести опытную эксплуатацию стационарного накопителя энергии на одном из участков движения городского троллейбуса Миасса. 2.Разработать и реализовать для этого проекта энергосервисный контракт при поддержке областной и муниципальной администраций.