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北京地鐵飛輪型再生制動能量回收技術應用案例隨着軌道交通車輛 VVVF 控制技術的應用，車輛再生電制動能力的提高，在車輛取消車載電阻的情況下，利用地面裝置將車輛再生制動時的能量充分利用吸收已經成為軌道交通建設運營的主要節能減排措施之一。在車站變電所加裝車輛制動再生能量吸收利用裝置不僅可以達到節能減排的目的，同時可穩定牽引網電壓、改善供電質量。

近年來，隨着地面再生能量吸收利用裝置技術的不斷發展，各種類型的再生能量 吸收利用裝置也在北京、重慶、廣州等城市軌道交通線路上完成了掛網試驗以及正線實際應用，為解決車輛制動時再生能量的利用提供了多種可行的方案。

飛輪儲能技術作為一種新型解決方案，並已經開始在國外成功應用；由於我國飛輪儲能技術發展較晚，國內飛輪在城市軌道交通應用仍處於空白，北京地鐵早在十幾年前就已經開始關注飛輪儲能技術，隨着盾石磁能科技有限責任公司將國外的先進飛輪儲能技術成功引進國內並實現了國產化，北京地鐵開始籌措飛輪應用技術的研究和示範項目，盾石磁能科技公司與北京地鐵運營公司經過詳細的項目可行性論證，最終於2018年10月份正式簽訂項目合同，並進入項目實施階段。

二、應用案例

1.項目概述

1）項目目標

通過該項目的成功實施，重點研究飛輪型再生制動能量回收裝置在北京地鐵的應用可行性，研究應用於城市軌道交通的飛輪型再生制動能量回收裝置控制策略，完成北京地鐵房山線飛輪型再生制動能量回收裝置示範應用工程。

2）落地時間：

2018年10月

3）工作原理

飛輪儲能裝置安裝在城市軌道交通牽引變電所，與直流牽引電網相連，當地鐵列車制動時，牽引電機以發電機形式運行並形成制動力對列車制動，產生的再生電能匯集到直流牽引電網，如不加以處理會引起牽引網壓超出限值造成設備保護停機。飛輪儲能裝置可分析列車制動狀態，將再生制動的電能回收變成動能存儲在飛輪儲能裝置內；當列車啟動時，飛輪儲能裝置可將存儲的能量返回至直流牽引網供列車使用。同時，飛輪儲能裝置還具備牽引網網壓支撐和應急電源的作用，當地鐵線路運力超出設計值時，牽引變電所容量不足，當列車通過時會造成牽引網的網壓過低而影響設備正常運行，飛輪儲能裝置可在線路無列車時段進行能量收集，當列車通過時將存儲的能量提供給列車使用，降低牽引網變流器的負荷需求，另一方面，當牽引網以外斷電時，飛輪儲能裝置也可作為應急電源為列車提供應急電能，驅動列車運行至就近乘客上下車站點，對乘客進行安全疏散。

4）財務評估：

預計投資回收期5年。

5）合作模式：

盾石磁能科技公司牽頭，其他單位共同參與完成。

2.主要效益

城市軌道交通的主要能源消耗是電能，電能費用龐大，北京地鐵公司2016年共消耗電能13.892億度，電費約12億。其中列車牽引用電8.12億度，占電能消耗的58.4%。目前城市軌道交通列車制動能量可達牽引用電的30%-40%，其中不能被其它列車利用而浪費的制動能量約占40%。按上述估算，未被利用的再生能量約0.97-1.23億度，折合電費約0.8-1億元左右。

飛輪型再生制動能量回收裝置可將列車制動時產生的能量進行吸收再利用，將未被利用的電能得到有效利用，就北京地鐵數據來看，節約牽引電能可達到10%~15%，效益非常明顯。

三、技術要點

1. 短時高頻次飛輪儲能技術

本項目的核心儲能裝備為盾石磁能科技的高速飛輪儲能裝置，與傳統的化學出能相比，具有使用壽命長、綠色環保無污染，以及安全等特性；同時，該儲能裝置為高速複合材料飛輪儲能技術，其核心部件採用高強度碳纖維複合材料、玻璃纖維及磁粉，整個轉子內部無金屬結構，有效解決飛輪轉子渦流發熱技術問題，可滿足頻繁充放電的儲能技術需求；高強度碳纖維材料使其具有高轉速性能，功率密度高，響應速度快；同時，非金屬轉子具有高安全性能的特點。

2.飛輪儲能系統接入城市軌道交通牽引供電系統控制策略技術

我國飛輪在城市軌道交通再生制動能量回收領域應用仍處於空白，缺乏有效的控制策略經驗。本項目建立了牽引變電所整流機組、直流牽引網、城軌車輛、飛輪型再生制動能量回收裝置等的數學模型，通過優化仿真計算得出直流牽引網關鍵節點電壓曲線、牽引變電所功率曲線、列車能耗、功率曲線、飛輪型再生制動能量回收裝置能量功率曲線，優化飛輪型再生制動能量回收裝置的容量配置。同時，研究在複雜變化的牽引網壓波動情況下，如何保證飛輪型再生制動能量回收裝置能夠正確動作進行充放電，並且長期保持在一個合理的SOC值水平，實現飛輪型再生制動能量回收裝置的單機以及多機並聯後的最優能量管理。

四、應用前景

飛輪儲能技術作為國際領先技術，引入到國內，應用於城市軌道交通行業的經濟效益和社會效益均非常可關。項目試驗成功將打破飛輪在國內市場應用的空白並將飛輪技術逐步推廣。

1）結合產品特點與技術優勢，形成完整的城市軌道交通再生能量回收解決方案、牽引電網穩壓解決方案；

2）不斷優化方案，提高產品性價比，在北京地鐵房山線由試點站向整條線路以及其他線路推廣應用；

3）基於北京地鐵在行業內的代表性和權威性逐步向其他城市推廣應用，引領國內地鐵行業技術。