地铁节能从飞轮储能出发

　　——访盾石磁能科技有限责任公司总经理唐英伟

　　盾石磁能科技有限责任公司专注于为轨道交通的安全、高效、节能运营提供动力解决方案。该公司凭借其国际领先的GTR飞轮储能技术为城市轨道交通实现可持续发展提供电压平稳支持以及能量回收解决方案。为城市轨道交通牵引动力市场提供整体工程实施或改造、升级服务。

　　据悉，在上海绿地会议中心举办的中国城市轨道交通峰会上，盾石磁能科技有限责任公司将重点推出地铁再生制动飞轮储能系统。日前，本刊编辑采访了访盾石磁能科技有限责任公司总经理唐英伟.就目前国内外储能系统及其应用进行了重点分析。

　　《今日轨道交通》：首先，请您谈谈什么是地铁列车再生制动储能？地铁为什么需要再生制动回收？目前国内使用的再生制动储能有什么方式？

　　唐英伟总经理：在地铁列车减速的过程中，列车透过车载电机将刹车能量传送回直流电网、低压局网或是透过升压变压器回馈高压电网。再生制动储能的目的是将能量再利用，同时透过回收可以减少地铁系统内的废热，从而减少排风的耗电。地铁固定资本投资高、票价低，大多数城轨公司属于亏损运营，必须依赖地方政府的财政补贴。地铁公司已经在空调通风、照明、电梯上做了重要的节能投资，但是在最关键的牵引动力部分，一直没有安全有效的方法。地铁公司最大的运营变动成本是牵引动力用电，占供电系统用电的50%以上，而可被飞轮储能系统吸收的再生制动能量占牵引用电[u1]的30%左右。如何有效地回收刹车能量成为一个重要课题。

　　目前国内处理制动能量最普遍的方法是直接将制动能量透过电阻转成废热，一些新的制动能量吸收方法正在进行尝试，比如中压逆变器，它将再生能量实时反馈至10KV电网，还有超级电容储能系统也试图在制动领域有所作为。

　　《今日轨道交通》：请您分析下地铁公司使用储能系统的必要性。

　　唐英伟总经理：首先，地铁公司必须保障地铁运营的高度安全和可靠性。目前使用电阻箱吸收刹车能量，由于容易发生过热，在实际运行过程中有安全的顾虑。使用储能站可以避免电阻过热产生火灾的风险，同时储能站提供列车牵引动力的紧急后备电源。当列车的正常供电中断时，储能站可以提供足够的电源让列车驶抵下一个站点疏散乘客。

　　采用逆变器回馈，运营图规划等方法，在没有站边储能系统的配合下会伴随产生其他问题。例如，将刹车能量逆变送回直流电网时，必须在同一区段内加速与减速列车的准确的时间配合。然而，当乘客冲入，冲出造成车门重新打开和关闭常见的情形，使得加速和减速列车的实际配合率低于10%。

　　使用逆变器将刹车动能回送交流电网，基本上忽略了交流电网各式负载对稳定电压的需求.无法预测，不稳定的回馈造成类似风电间歇式发电的冲击，造成局部电网电压不平衡，电网质量下跌，同时无法真正利用回馈的电源。

　　因此，只有将动能转换为电能并储存在飞轮系统中，才是最有效的利用制动能量的方法.列车减速时，储能系统充电，列车加速时，储能系统提供放电，如此形成一个完整的刹车能量回收与再利用的循环。

　　此外，按照各个站点的不同特性，例如坡度，制动能量，电网电压质量，尖峰与谷底，电价时差等，可以智能化设计配合各站不同模式，各时段不同电压自动调整控制逻辑。

　　此外，根据国外的经验，设立储能站，由于利用储能站的能量，可以增加牵引变电站之间的距离，减少牵引变电站的数目达到三分之一，大幅降低地铁的固定投资。

　　《今日轨道交通》：当前使用在地铁再生制动储能的媒介有飞轮、超级电容和蓄电池，请您介绍下地铁飞轮储能站有什么优势？目前在国际上的实际应用案例有哪些？

　　唐英伟总经理：首先超级电容虽然响应时间快、充电时间短，由于单体电压低，必须大量的电容串联。任何少数单只的故障，都可能造成整个储能系统的故障。国内地铁公司在这方面已经有过实际的经验。因此，除了成本高、低可靠性是难以解决的问题。

　　使用蓄电池作为储能站有数个案例。例如美国洛杉矶、费城地铁和澳门轻轨。然而蓄电池的充放电次数直接影响使用寿命。例如，铅酸电池的寿命是在不超过容量20%的放电情形下，能实现500-700次放电。锂电池的放电次数低于2000次。因此，以地铁列车在尖峰时段，每2分的发车间隔的使用环境，锂电池的使用寿命是少于一年的。

　　飞轮是机械式储能，利用旋转的转子作为储能电机和发电机，可以在60秒周期内充放电，满足地铁列车10秒密集发车的运行。由最高的双向充放电效率，每天充放电次数可达1000次，使用寿命长达20年。

　　飞轮储能站具体的优势有：1）提升地铁系统的安全性，提供断电时列车紧急牵引动力，不发热，无失火危险，模块式冗余设计；2）节能，牵引动力用电直接节约15%-30%，减少车站和隧道废热；3）可靠性，飞轮储能系统性能可达到每日充放电超过1，000次，20年内免维护；4）弹性规划，智能化运行，飞轮储能站可以满足安全、节能，电压平衡用户依据不同目标的重要性，决定储能站容量的规划；配合各站不同模式，各时段不同电压自动调整控制阀值；5）节约资本投资，站边储能站可以减少三分之一牵引变电站数目。

　　《今日轨道交通》：请问地铁储能飞轮与UPS飞轮的差异？

　　唐英伟总经理：不同的飞轮是按照使用的目的设计的。地铁飞轮要求大功率储能、瞬间大功率充放电，承受大电流的冲击，满足每天超过1000次的充放电周期。这和风电调节频率的情形类似。因此，飞轮必须在储能、双向电力电子和散热系统上有特殊的要求。UPS配套的飞轮是属于少次发电.最顶级的数据中心UPS使用的飞轮连续放电次数的设计也不过每小时5次。某些老式的飞轮的设计甚至是90分一次，因此他们是无法满足大功率120秒连续充放电的要求。

　　《今日轨道交通》：盾石磁能科技有限责任公司是拥有国际先进专业地铁飞轮的公司技术，请谈谈贵公司目前在国外的项目进展情况以及在中国的发展策略。

　　唐英伟总经理：目前我们已经开始在洛杉矶地铁黄金线安装一套1兆瓦的飞轮储能站，在韩国也有地铁线计划安装飞轮储能站。在中国我们主要的地铁公司、轨道车辆制造厂、电气化设计单位、铁科院、牵引变电站集成商等展开技术交流。同时，我们正在和北京地铁主管单位进行沟通，寻求合作机会。