隨著我國軌道交通運(yùn)營總里程的快速增長，城市軌道交通系統(tǒng)用電量也逐年上升，2019年已占到全國總用電量的2.1‰。如何降低地鐵的供電能耗?

近日，北京交通大學(xué)自主研發(fā)的地面式超級電容/電池混合儲能裝置在北京地鐵八通線梨園站進(jìn)行掛網(wǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，這套裝置不但可以回收利用列車再生制動能量，還可以在供電系統(tǒng)突發(fā)故障時，利用儲能裝置將列車緊急牽引至地鐵站。夜間單車試驗(yàn)時，每趟節(jié)能率均能達(dá)到20%;在地鐵正常運(yùn)行期間，工作日日均節(jié)能1500度電，節(jié)能率達(dá)13%;而周末日均節(jié)能900度電，節(jié)能率超過17%。北京市地鐵運(yùn)營有限公司技術(shù)部副部長李宇杰表示，目前，北京市地鐵系統(tǒng)一年的耗電量超過12億度。如果全面使用該技術(shù)，即使按照節(jié)能率10%計算，一年也能節(jié)約用電超過1億度，節(jié)省電費(fèi)幾千萬元。

“這次試驗(yàn)成功的混合儲能裝置，是繼2016年研發(fā)的超級電容儲能系統(tǒng)的第二代產(chǎn)品，相較第一代純超級電容儲能系統(tǒng)，平均每天可多節(jié)電150度。”北京交大實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人楊中平教授一直專注于研究軌道交通超級電容儲能和再生制動能量的吸收和利用。他介紹，這次團(tuán)隊(duì)利用超級電容和鈦酸鋰電池的儲能特性，將列車制動能再生的電能，同時儲存在超級電容和鈦酸鋰電池中。當(dāng)列車牽引時，再將儲存的能量釋放出來，使再生能量被充分利用起來。

“這是關(guān)系整個地鐵系統(tǒng)節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)之一。”楊中平解釋，列車牽引用電和其他如車站電梯、扶梯、空調(diào)等附屬設(shè)備的用電量各占50%左右，地鐵運(yùn)營電費(fèi)的一半花在了牽引用電上。“地鐵節(jié)能的方式有很多，比如減輕車體總重量、合理安排地鐵發(fā)車時間等，還有一種更加重要的節(jié)能手段，即回收、利用列車在制動時所產(chǎn)生的能量。”楊中平說，采用此方法，在一節(jié)列車從時速70公里減速至靜止的過程中，可以產(chǎn)生大約14度的電能。楊中平預(yù)測，高效利用軌道交通車輛的再生能，將成為城市軌道交通節(jié)能的主要手段。

交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院專家?guī)炱溉螌＜摇⒈本┦械罔F運(yùn)營有限公司原副總工程師兼設(shè)備部副部長黃旭虹表示，國外雖然也有軌道交通的節(jié)能技術(shù)，但對中國引進(jìn)有所限制。之前，北京地鐵運(yùn)營方曾考慮過用國外產(chǎn)品，但光一個站的超級電容設(shè)備就要600萬元。“我們的項(xiàng)目從立項(xiàng)開始就受到了國內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)和高校的關(guān)注，接連收到了許多合作意向，他們認(rèn)為此次試驗(yàn)的成功，將推動我國軌道交通領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)的進(jìn)一步提高，推動我國儲能技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展。”楊中平說。

從科研立項(xiàng)、理論研究、系統(tǒng)建模與仿真、軟硬件設(shè)計、樣機(jī)的研發(fā)，再到設(shè)備的安裝、掛網(wǎng)試驗(yàn)，都有團(tuán)隊(duì)學(xué)生深度參與的身影，從立項(xiàng)開始，他們就放棄了寒暑假、國慶等節(jié)假日，積極投入其中。“通過親身參與、實(shí)踐，使我各方面的能力都得到了提升。這個項(xiàng)目給我們提供了一個踐行‘知行’校訓(xùn)、不斷思考解決問題的機(jī)會。”博士研究生劉宇嫣表示。

伴隨項(xiàng)目進(jìn)行，同學(xué)們也經(jīng)歷了嚴(yán)冬和盛夏的考驗(yàn)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝正處在北京的隆冬時節(jié)，為了不影響八通線白天的正常運(yùn)營，所有安裝和使用工作都必須在深夜12點(diǎn)至3點(diǎn)半進(jìn)行。而行車和掛網(wǎng)試驗(yàn)又趕上盛夏，地鐵站配電室內(nèi)沒有空調(diào)和電扇，老師和同學(xué)們身上的衣服往往濕透多次。碩士研究生楊浩豐參與了該項(xiàng)目的全過程。在北京地鐵梨園站掛網(wǎng)試驗(yàn)期間，需要一直在變壓器室觀察、記錄儲能裝置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。變壓器室內(nèi)設(shè)備較多，并且噪音很大，他和同學(xué)們在設(shè)備前一蹲就是一天。

老師們也是如此，項(xiàng)目組林飛、孫湖、方曉春老師一直駐守在試驗(yàn)現(xiàn)場。掛網(wǎng)試驗(yàn)要在每天地鐵運(yùn)行的早中晚高峰進(jìn)行，于是他每天凌晨3點(diǎn)從家出發(fā)，開車近1個小時到達(dá)現(xiàn)場后，就投入到緊張的籌備工作中，準(zhǔn)備迎接地鐵運(yùn)營早高峰的試驗(yàn)。再利用早中晚高峰中間的間隙，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，整個暑假都沒有休息。課堂上，楊中平經(jīng)常這樣告訴學(xué)生：作為一名交通領(lǐng)域的科研人，一定要熱愛軌道交通事業(yè)，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，并將研究做深入，解決更多實(shí)際應(yīng)用問題，這樣的研究也才有意義。