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北京交通大学的这项科研成果让地铁节能15%

发布时间:2020年09月28日    来源:科技日报                          字体:                          

  如何降低地铁的供电能耗?当人们乘坐地铁时突然停电怎么办?近日,北京交通大学科研人员自主研发的地面式超级电容/电池混合储能装置,在北京地铁八通线梨园站进行挂网试验,不但可以回收利用列车制动能量,还可以在供电系统突发故障时,利用储能装置将列车紧急牵引至地铁站。

  据介绍,该项目是北京交通大学电气工程学院杨中平&林飞实验室承担的、国家“十三五”重点研发计划“轨道交通系统能耗过程解耦与能效提升关键技术”的子课题,已于近日通过专家组验收,专家评审意见认为,该项目搭建了城市轨道交通车辆运行与供电系统的联合仿真平台;研制了超级电容/钛酸锂电池混合储能装置,通过第三方评测,平均节能率超过15%。

  实验室负责人杨中平教授一直致力于研究轨道交通超级电容储能和再生制动能量的吸收与利用。2016年,他带领团队研发了我国首套200kW及1MW地面超级电容储能系统,并在北京地铁八通线成功运行。该储能装置已在国内多条地铁线路投运,节能效果显著。杨中平告诉记者,随着我国轨道交通运营总里程的快速增长,城市轨道交通系统用电量也逐年上升,2019年已占到全国总用电量的3‰。高效利用轨道交通车辆的再生能,将成为城市轨道交通节能的主要手段。

  从科研立项、理论研究、系统建模与仿真、软硬件设计、样机的研发,再到设备的安装、挂网试验,都有团队里同学们深度参与的身影,从立项开始,他们就放弃了寒暑假、国庆等节假日。为了完成项目,降低地铁能耗,项目团队也真是拼了!

  实验设备安装正处在北京的隆冬时节,为了不影响八通线白天的正常运营,所有安装和使用工作都必须在深夜12点至凌晨3点半进行。而行车和挂网试验又赶上盛夏,地铁站配电室内没有空调和电扇,老师和同学们身上的衣服往往湿了干,干了又湿。“虽然很辛苦,但很值得!通过亲身参与、实践, 这个项目给我们提供了一个践行‘知行’校训、不断思考解决问题的机会。”团队成员博士研究生刘宇嫣表示。

  团队里的硕士研究生杨浩丰参与了该项目的全过程。在北京地铁梨园站挂网试验期间,需要一直在变压器室观察、记录储能装置的实验数据。变压器室内设备较多,并且噪音很大,但为了精准地记录试验数据,他和团队里的其他同学在设备前一蹲就是一天。“我们都很珍惜这次机会,理论和实践还是有差距的,通过亲身参与项目,有利于今后将研究做得深入,解决更多的工程实际应用问题。”杨浩丰说。

  项目组林飞教授一直驻守在试验现场。挂网试验要在每天地铁运行的早中晚高峰进行,于是他每天凌晨3点从家出发,开车近1个小时到达现场后,就投入到紧张的筹备工作中,准备迎接地铁运营早高峰的试验。再利用早中晚高峰中间的间隙,进行实验数据分析,整个暑假都在为试验奔波。

  “我们的项目从立项开始就受到了国内外多家科研机构和高校的关注,接连收到了许多合作意向,他们认为此次试验的成功,将推动我国轨道交通领域节能技术的进一步提高,推动我国储能技术应用的进一步发展。”杨中平说。此次试验成功的混合储能装置,是继2016年研发的超级电容储能系统的第二代产品,相较第一代纯超级电容储能系统,平均每天可多节电150度。

  团队利用超级电容和钛酸锂电池的储能特性,将列车制动能再生的电能同时储存在超级电容和钛酸锂电池中。当列车牵引时,再将储存的能量释放出来,使再生能量被充分利用。工作日每日节能约1500kWh,节能率达13%;周末每日节能约900kWh,节能率超过17%。如果按照节约1度电减排0.977kg二氧化碳来计算,该套装置工作日每日减排1.46吨二氧化碳,周末每日减排0.88吨二氧化碳。

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