Накопитель кинетической энергии

для нужд рекуперации энергии электрифицированного транспорта

Русский сверхпроводник

Отсутствие рекуперации энергии на электрифицированном транспорте

Нет возможности рекуперировать и в дальнейшем использовать

рекуперированную энергию в процессе торможения

и разгона состава

Основные проблемы с электроэнергией на железнодорожном транспорте

Накопитель кинетической энергии обеспечивает

Возможность использования рекуперированной энергии

Режим быстрого запасения энергии с последующей быстрой отдачей,

для применения на железнодорожном транспорте

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-3 (12МДж)Масса – 2000 кг.

Энергоемкость – 3,3 кВт*ч

НКЭ-6 (24 МДж)Масса – 3000 кг.

Энергоемкость – 6,5 кВт*ч

НКЭ-2 (20 МДж)

0,4

м

НКЭ-1 (4МДж)Масса – 1000 кг.

Энергоемкость – 1,2 кВт*ч

Накопитель кинетической энергии НКЭ-1 (4 МДж) НКЭ-1 с двигателем (мощность 22 кВт)

Блок управления двигателем

Тормозные резисторы

(3 шт.)

Инвертор (22 кВт)

Маховик в сборе

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

рекуперации энергии

подвижного состава

Комплекс из двенадцати НКЭ-6 позволяет накопить

288 МДж (80 кВт*часов) энергии

Комплекс позволяет обеспечивать мощность на уровне 2,5 МВт для разгона электрички 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 электромашины

Энергоемкость Высота*длина*ширина

12 35 000 кг

~ 3*380 В 4000 об/мин

асинхронный

22 *12 кВт 288 МДж40 кВт/часов

3600*12 000*5500 мм

Параметры накопительные комплексы

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 Метровагонмаш

Технические данныеРод тока и

напряжение = 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

А сопр. = F * l = m g k l = 8,1 МДж

Общая работа = 73,4 МДж

Vн = 0 м/сVк = 17 м/сl = 1000 м g = 9,8 м/сk = 0,002

Общее количество НКЭ

73,4 МДж / 10 МДж ≈ 8 НКЭдля разгона полного состава

от 0 км/час до 60 км/час за 40 секунд на участке 1 км.

Расчет экономических показателей на 1 платформу

За 20 часа через станцию проходит 1680 состава в обе стороны

Общие затраты электроэнергии на разгон электричек в сутки : 34 440 кВт*часов

Цена потребленной электроэнергиииз расчета 2 рубля за 1 кВт*час

составляет 68 880 рублей в сутки

Общая экономия в год с одной станции составляет 25 141 200 рублей.

Энергозатраты для разгона полного состава 73,4 МДж ≈ 20,5 кВт/часов

В Москве аналогичных платформ ~ 185

Экономия за год:4 651 млн. рублей

21.04.23 14

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

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) 40

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. Соединения НКЭ с контактной сетью осуществлялось через инвертор.

3. Экономия энергии при разгоне одного состава электрички составляет 28 кВт*часов. На оживленных платформах в сутки проходит до 200 электричек.

4. На территории Москвы ~200 активных платформ.5. Годовая экономия электроэнергии по Москве составит

~300 млн. кВт*часов.6. Предварительный расчет показывает окупаемость

одного комплекса НКЭ в течение 3 лет. 7. Срок службы НКЭ составляет 25 лет.

Выводы

Контактная информация

Корпорация "Русский сверхпроводник"E-mail: rhsc@rhsc.ru rhsc@rhsc .ruWeb: www.rhsc .ru