車輛制動(dòng)能量回收

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1、車輛制動(dòng)能量回收第5頁(yè)共5頁(yè)低碳世博，能源再利用——基于超級(jí)電容的城市軌道車輛制動(dòng)能量回收1概述由于城市軌道車輛具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)，世界各國(guó)普遍認(rèn)識(shí)到，解決城市交通問題的根本出路在于優(yōu)先發(fā)展以軌道交通為骨干的城市公共交通系統(tǒng)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城市化進(jìn)程的不斷加快，城市軌道交通將在我國(guó)城市公共交通運(yùn)輸中占有越來(lái)越越重要的地位。到目前為止我國(guó)已有北京、上海、廣州、深圳、武漢等城市已經(jīng)運(yùn)行，截至2009年9月，我國(guó)有27個(gè)城市正在籌備建設(shè)城市軌道交通，其中22個(gè)城市的軌道交通建設(shè)規(guī)劃已經(jīng)

2、獲得國(guó)務(wù)院批復(fù)。至2015年，北京、上海、廣州、深圳等22個(gè)城市將建設(shè)79條軌道交通線路，總長(zhǎng)度為2259.84公里，計(jì)劃總投資8820.03億元。城市軌道交通列車的特點(diǎn)就是線路的站間距短，列車運(yùn)行時(shí)頻繁地起動(dòng)、制動(dòng)，基本上在列車達(dá)到最高速時(shí)很快就會(huì)制動(dòng)。目前,我國(guó)地鐵列車大都采用接觸網(wǎng)/軌直流供電,牽引系統(tǒng)大都是變壓變頻的交流傳動(dòng)系統(tǒng)。列車牽引時(shí)從電網(wǎng)吸收能量，制動(dòng)時(shí)采用反饋制動(dòng)把制動(dòng)能量反饋回電網(wǎng),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，地鐵再生制動(dòng)產(chǎn)生的能量除了一定比例（一般為20%～80%，根據(jù)列車運(yùn)行密度和區(qū)間距離的不同而異）被其他相鄰列車吸收利用外，

3、剩余部分將主要被列車的吸收電阻以發(fā)熱的方式消耗掉或被線路上的吸收裝置吸收。當(dāng)列車發(fā)車密度較低時(shí)，再生能量被其他車輛吸收的概率將大大降低。資料表明，當(dāng)列車發(fā)車間隔大于10min時(shí)，再生制動(dòng)能量被吸收的概率幾乎為零，此時(shí)絕大部分制動(dòng)能量將被車輛吸收電阻吸收，變成熱能并向四外散發(fā)，這必將使隧道和站內(nèi)的溫度升高。目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通在地面采用電阻能耗吸收裝置處理列車運(yùn)行過程中的再生能量，這不僅浪費(fèi)能量，而且也增加了站內(nèi)空調(diào)通風(fēng)裝置的負(fù)擔(dān)，并使城軌建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用增加。如能將這部分能量?jī)?chǔ)存再利用，這些問題將迎刃而解。2可行性分析城市軌道交通

4、車輛制動(dòng)能量是否具有回收的可行性，需要對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行合理計(jì)算，并根據(jù)其大小確定制動(dòng)能量是否具有實(shí)際回收價(jià)值?，F(xiàn)以一列上海軌道交通2號(hào)線6節(jié)車輛編組為例（4節(jié)動(dòng)車，2節(jié)拖車），設(shè)軌道車輛的制動(dòng)初速度為70km/h(V1)，制動(dòng)末速度為8km/h(V2），M為車輛和載客質(zhì)量，則利用公式（1）計(jì)算電制動(dòng)能量。（1）車輛制動(dòng)能量回收第5頁(yè)共5頁(yè)根據(jù)中國(guó)目前一些城市軌道交通車輛停車站點(diǎn)距離的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，車輛平均約每2分鐘制動(dòng)一次，如果車輛每天的運(yùn)行時(shí)間平均為16h，則每天制動(dòng)次數(shù)為480次，全年運(yùn)行天數(shù)按照340天計(jì)算，每年制動(dòng)次數(shù)為16320

5、0次。表1為車輛輕載（AW1），滿載（AW2）和超載（AW3）三種工況下電制動(dòng)能量計(jì)算結(jié)果。表1電制動(dòng)能量工況車輛及載客質(zhì)量×103（kg）一次電制動(dòng)能量×106（J）一次電制動(dòng)電量（kW·h）一年總的制動(dòng)次數(shù)一年電制動(dòng)電量（kW·h）AW1253.247.213.11632002137920AW2290.454.215.11632002464320AW3327.661.117.01632002774400因?yàn)殡娭苿?dòng)包括再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)，根據(jù)上海軌道交通2號(hào)線測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，電阻制動(dòng)占電制動(dòng)的比例大約為40％，如果將電阻制動(dòng)能量

6、的80％進(jìn)行回收，按照工業(yè)用電每度為1.2元計(jì)算，則電阻制動(dòng)能量及節(jié)約的費(fèi)用見表2。表2電阻制動(dòng)能量及回收情況工況一年電阻制動(dòng)次數(shù)一年電阻制動(dòng)電量（kW·h）一年回收電量（kW·h）一年節(jié)約的費(fèi)用（萬(wàn)元）AW165280855168684134.482.1AW265280985728788582.494.6AW3652801109760887808.0106.5如果按照目前現(xiàn)代化燃煤電廠的供電效率40%計(jì)算，1kg標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃料可產(chǎn)生7000kCal（即2.93×107J）熱量，可節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤量和相應(yīng)減少CO2的排放量見表3。表3回

7、收電阻制動(dòng)能量的相應(yīng)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量和減少的CO2排放量工況一年電阻制動(dòng)回收能量×1012（J）節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤（噸）減少的CO2排放量（噸）AW12.46210.0770.0AW22.84241.5885.5AW33.20273.01001.0因此由上計(jì)算，如果能把這些制動(dòng)能回收是相當(dāng)可觀，由于當(dāng)今世界的電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，制動(dòng)能量回收技術(shù)已經(jīng)完全可以實(shí)現(xiàn)。因此制動(dòng)能量有效回收城市軌道交通車輛的制動(dòng)能量，不僅可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以產(chǎn)生顯著的環(huán)境效益，這就促進(jìn)了最大化回收城市軌道交通車輛制動(dòng)能量逐漸成為當(dāng)今城市軌道交通節(jié)能技術(shù)

8、的研究熱點(diǎn)。3技術(shù)方案車輛制動(dòng)能量回收第5頁(yè)共5頁(yè)由于電阻制動(dòng)占電制動(dòng)比例約為40%，因此城市軌道交通車輛的電阻制動(dòng)能量回收是非常必要的。然而，從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外電阻制動(dòng)研究狀況來(lái)看，大部分制動(dòng)能量回收研究均針對(duì)車輛的再生制動(dòng)過程展開，較少