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北京地铁飞轮型再生制动能量回收技术应用案例随着轨道交通车辆 VVVF 控制技术的应用，车辆再生电制动能力的提高，在车辆取消车载电阻的情况下，利用地面装置将车辆再生制动时的能量充分利用吸收已经成为轨道交通建设运营的主要节能减排措施之一。在车站变电所加装车辆制动再生能量吸收利用装置不仅可以达到节能减排的目的，同时可稳定牵引网电压、改善供电质量。

近年来，随着地面再生能量吸收利用装置技术的不断发展，各种类型的再生能量 吸收利用装置也在北京、重庆、广州等城市轨道交通线路上完成了挂网试验以及正线实际应用，为解决车辆制动时再生能量的利用提供了多种可行的方案。

飞轮储能技术作为一种新型解决方案，并已经开始在国外成功应用；由于我国飞轮储能技术发展较晚，国内飞轮在城市轨道交通应用仍处于空白，北京地铁早在十几年前就已经开始关注飞轮储能技术，随着盾石磁能科技有限责任公司将国外的先进飞轮储能技术成功引进国内并实现了国产化，北京地铁开始筹措飞轮应用技术的研究和示范项目，盾石磁能科技公司与北京地铁运营公司经过详细的项目可行性论证，最终于2018年10月份正式签订项目合同，并进入项目实施阶段。

二、应用案例

1.项目概述

1）项目目标

通过该项目的成功实施，重点研究飞轮型再生制动能量回收装置在北京地铁的应用可行性，研究应用于城市轨道交通的飞轮型再生制动能量回收装置控制策略，完成北京地铁房山线飞轮型再生制动能量回收装置示范应用工程。

2）落地时间：

2018年10月

3）工作原理

飞轮储能装置安装在城市轨道交通牵引变电所，与直流牵引电网相连，当地铁列车制动时，牵引电机以发电机形式运行并形成制动力对列车制动，产生的再生电能汇集到直流牵引电网，如不加以处理会引起牵引网压超出限值造成设备保护停机。飞轮储能装置可分析列车制动状态，将再生制动的电能回收变成动能存储在飞轮储能装置内；当列车启动时，飞轮储能装置可将存储的能量返回至直流牵引网供列车使用。同时，飞轮储能装置还具备牵引网网压支撑和应急电源的作用，当地铁线路运力超出设计值时，牵引变电所容量不足，当列车通过时会造成牵引网的网压过低而影响设备正常运行，飞轮储能装置可在线路无列车时段进行能量收集，当列车通过时将存储的能量提供给列车使用，降低牵引网变流器的负荷需求，另一方面，当牵引网以外断电时，飞轮储能装置也可作为应急电源为列车提供应急电能，驱动列车运行至就近乘客上下车站点，对乘客进行安全疏散。

4）财务评估：

预计投资回收期5年。

5）合作模式：

盾石磁能科技公司牵头，其他单位共同参与完成。

2.主要效益

城市轨道交通的主要能源消耗是电能，电能费用庞大，北京地铁公司2016年共消耗电能13.892亿度，电费约12亿。其中列车牵引用电8.12亿度，占电能消耗的58.4%。目前城市轨道交通列车制动能量可达牵引用电的30%-40%，其中不能被其它列车利用而浪费的制动能量约占40%。按上述估算，未被利用的再生能量约0.97-1.23亿度，折合电费约0.8-1亿元左右。

飞轮型再生制动能量回收装置可将列车制动时产生的能量进行吸收再利用，将未被利用的电能得到有效利用，就北京地铁数据来看，节约牵引电能可达到10%~15%，效益非常明显。

三、技术要点

1. 短时高频次飞轮储能技术

本项目的核心储能装备为盾石磁能科技的高速飞轮储能装置，与传统的化学出能相比，具有使用寿命长、绿色环保无污染，以及安全等特性；同时，该储能装置为高速复合材料飞轮储能技术，其核心部件采用高强度碳纤维复合材料、玻璃纤维及磁粉，整个转子内部无金属结构，有效解决飞轮转子涡流发热技术问题，可满足频繁充放电的储能技术需求；高强度碳纤维材料使其具有高转速性能，功率密度高，响应速度快；同时，非金属转子具有高安全性能的特点。

2.飞轮储能系统接入城市轨道交通牵引供电系统控制策略技术

我国飞轮在城市轨道交通再生制动能量回收领域应用仍处于空白，缺乏有效的控制策略经验。本项目建立了牵引变电所整流机组、直流牵引网、城轨车辆、飞轮型再生制动能量回收装置等的数学模型，通过优化仿真计算得出直流牵引网关键节点电压曲线、牵引变电所功率曲线、列车能耗、功率曲线、飞轮型再生制动能量回收装置能量功率曲线，优化飞轮型再生制动能量回收装置的容量配置。同时，研究在复杂变化的牵引网压波动情况下，如何保证飞轮型再生制动能量回收装置能够正确动作进行充放电，并且长期保持在一个合理的SOC值水平，实现飞轮型再生制动能量回收装置的单机以及多机并联后的最优能量管理。

四、应用前景

飞轮储能技术作为国际领先技术，引入到国内，应用于城市轨道交通行业的经济效益和社会效益均非常可关。项目试验成功将打破飞轮在国内市场应用的空白并将飞轮技术逐步推广。

1）结合产品特点与技术优势，形成完整的城市轨道交通再生能量回收解决方案、牵引电网稳压解决方案；

2）不断优化方案，提高产品性价比，在北京地铁房山线由试点站向整条线路以及其他线路推广应用；

3）基于北京地铁在行业内的代表性和权威性逐步向其他城市推广应用，引领国内地铁行业技术。