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地铁耗能节约40% !飞轮储能技术青岛地铁已投入使用!

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能源是人类生存和发展的重要物质基础,社会经济持续快速发展离不开强有力的能源保障,能源问题是当今世界热点关注问题之一。为解决能源问题,从环境中提取能量已成为当前研究的热点。相对于太阳能、温差、风能及噪声等环境能源,从环境机械制动中俘获能量是一种比较理想的模式。

地铁耗能节约40% !这家地铁已投入使用!(图1)

地铁储能,就是在地铁进站刹车的时候,回收能量,并把这部分能量储存在一个高速旋转的飞轮装置上,等到地铁列车要出站启动的时候,飞轮储能系统会把能量再输出到地铁上。

近日,湘电股份宣布已实现全国产化飞轮储能技术轨道交通领域批量商用化,提供了青岛地铁相关装置,也在积极与其他城市轨道交通推进商业化应用。

地铁耗能节约40% !这家地铁已投入使用!(图2)

城市的轨道交通,比如地铁,车站间的距离不长,列车刹车、启动的次数相对比较频繁,列车在制动过程中产生的能量,往往就被浪费掉了。若这部分能源可以回收利用,轨道交通列车制动产生的能量,可达到牵引系统耗能的20%-40%,降低轨道交通的运营能耗。国内首台兆瓦级的飞轮储能装置在青岛地铁3号线投入使用,这是一套完全拥有自主知识产权的储能系统。

地铁耗能节约40% !这家地铁已投入使用!(图3)

地铁耗能节约40% !飞轮储能技术青岛地铁已投入使用!(图4)

|什么是飞轮储能?

飞轮储能是一种机械储能方式,利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化成动能储存起来,在需要的时候再用飞轮带动发电机发电,将动能转化为电能。

地铁列车通过直流母排提供直流电,直流母排相当于地铁的电源,飞轮系统与直流母排相关。列车进站时,母排的电压升高,为飞轮系统提供电能,飞轮系统吸收能量,将电能转换成动能储存起来,转速高达每分钟20000转。列车启动时,母排电压下降,飞轮系统释放能量,把动能转换为电能,反馈到母排中,供列车使用。

地铁耗能节约40% !这家地铁已投入使用!(图4)

由于飞轮储能系统自身有一定的重量,为了减轻列车的负担,飞轮储能系统会被制成模块化产品,安装在各个地铁站点。通常情况下,一个地铁站点需要配备1-2套飞轮储能系统。

地铁进站制动时会产生能量损耗,而“飞轮”就像是一个节能系统,将原先被损耗的能源回收起来,又再次反馈到列车中,从而实现节能。如果按照三五分钟一趟地铁来计算,每一辆地铁可节约3-4度电,一天下来可以节约500-600度电。保守估计,飞轮储能系统可以帮助一个地铁站点一年大约节约50万度电。

地铁耗能节约40% !这家地铁已投入使用!(图5)

飞轮装置依靠机械装置进行能量转换,使用寿命长。理论上,飞轮本身可以无限使用,但其中的电子轴承、电力电子器件需要定期维护和更换。电力电子器件使用10年左右要对其进行维护,而电子轴承在好的情况下可以正常运行20年至30年。

|飞轮储能未来发展空间巨大

飞轮储能是一种高功率密度、高可靠性、长寿命、环境友好的储能技术,除应用于轨道交通领域外,还可应用于电力能源、石油化工和船舶等行业、电网调频、UPS不间断电源等领域,目前市场渗透率仍处于低位,未来发展空间巨大。飞轮储能技术最早应用于航天领域,作为卫星姿控、储能一体化使用,其关键技术也逐渐转化到民用领域。根据中国能源研究会储能专委会数据,截止至2021 年底,全球飞轮储能在储能装机中占比仅0.22%,未来发展空间巨大。

飞轮储能用于UPS不间断电源。在电力系统中,存在大量对电能质量要求高的用户,例如半导体制造业、银行的计算机系统、通信系统、医院的精密医疗设备等。当外部电网中断或供电质量异常时,为确保这些用户连续可靠供电,可配备飞轮储能UPS 不间断电源。目前,美国Active Power 公司生产的飞轮储能UPS产品已经在全球被各大数据中心、电信运营商等广泛采用。国内飞轮储能UPS 产品市场正处于起步阶段,国机重装生产的200kW飞轮储能装臵已在四川移动德阳分公司投入使用。

在地铁等城市轨道交通的运营成本中,电费占40%左右,列车牵引动力占地铁运营总电力成本的45%-60%,其中17%为可回收的再生制动能量。未来我国更多的城市有望采用飞轮储能系统作为节能装备,市场空间约为204 亿元。

编辑:卓卓

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