Upload
andrey-pakhunov
View
747
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Citation preview
Маховичный накопительдля запасания энергии рекуперации на электрифицированном транспорте
Русский сверхпроводник
- 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:
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.
Конструкция и принцип работы НКЭЭлектрическая 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)
Запасение (зарядка)
Отдача (разрядка)
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
0,4
м
НКЭ-1В (4МДж)Масса – 1000 кг.
Мощность НКЭ серии В масштабируется в диапазоне
10-200 кВт
Накопитель кинетической энергии НКЭ-1В (4 МДж) НКЭ-1В с двигателем (мощность 22 кВт)
Тормозные резисторы
(3 шт.)
Инвертор (22 кВт)
Блок управления
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
Накопительные комплексы для
запасания энергии рекуперации ЭПС
Комплекс из двенадцати НКЭ-6 позволяет накопить
288 МДж (80 кВт*часов) энергии
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 Напряжение питания
Обороты маховика
Тип электромашины
Мощность электромашин
Энергоемкость Высота*длина*ширина
12 35 000 кг
~ 3*380 В 4000 об/мин асинхронный
1400 кВт 288 МДж80 кВт*часов
3600*12 000*5500 мм
Параметры накопительного комплекса
Режим рекуперации(транспортные системы)
Стационарная система рекуперации энергии
для электрифицированного железнодорожного
транспорта на основе накопителя кинетической энергии
Торможение
Запасение
Отдача
Возможности применения НКЭ с подвижным составом
Производитель вагона Метровагонмаш
Технические данныеНапряжение = 825 В
Выходная мощность 4*114 кВтУскорение 1,2 м/с2
Масса 8 вагонов 272 тоннТорможение 1,1 м/с2
Система тяги контакторно-реостатнаяТормозная система реостатная
Расчет числа накопителей на 1 платформуСостав (8 вагонов, тара) – 272 000 кг.
Кол-во пассажиров (2400 чел) –180 000 кг.
Общая масса – 452 000 кг.
А движ. = m (v2н – v2
к) / 2 = 65,3 МДж
Vн = 0 м/сVк = 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
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 электроэнергиииз 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 платформ188
Экономия за год:5,041 млрд. рублей
Экспериментальные исследования динамического накопительного комплекса в
режиме рекуперации энергии подвижного состава (электрички).
Моделируемая системаБыла 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
Блок-схема испытательного стенда
1. Вакуумметр
2. Форвакуумный насос
3. НКЭ
4. Энкодер
5. Инвертор
6. Амперметр
7. Вольтметр
8. Амперметр
9. Вольтметр
НКЭ на стенде в ходе испытаний
Испытание, моделирование режима рекуперации
Обороты маховикаТок в мотореНапряжение 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
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