Применение кинетического накопителя энергии серии КНЭ

Русский сверхпроводник
Накопитель кинетической энергии
для нужд рекуперации энергии
электрифицированного транспорта
Основные проблемы с электроэнергией на
железнодорожном транспорте
Отсутствие рекуперации энергии
на электрифицированном транспорте
Нет возможности рекуперировать
и в дальнейшем использовать
рекуперированную энергию
в процессе торможения
и разгона состава
Накопитель кинетической энергии
обеспечивает
Возможность использования
рекуперированной энергии
Режим быстрого запасения энергии
с последующей быстрой отдачей,
для применения на железнодорожном транспорте
Конструкция и принцип работы НКЭ
Электрическая энергия подается на
мотор-генератор, раскручивающий
«высокоэнергетичный маховик»,
который накапливает до 24 МДж (до
6,5 кВт*час) энергии.
Каждый накопитель энергии
комплектуется блоком управления.
Когда возникает необходимость,
мотор-генератор преобразует
накопленную кинетическую энергию
обратно в электрический ток.
Электрическая
энергия
Механическая энергия
(вращение маховика)
Отдача (разрядка)
Накопители Кинетической энергии (типоряд)
0,4 м
НКЭ-2 (20 МДж)
НКЭ-1 (4МДж)
Масса – 1000 кг.
Энергоемкость – 1,2 кВт*ч
НКЭ-3 (12МДж)
НКЭ-6 (24 МДж)
Масса – 2000 кг.
Энергоемкость – 3,3 кВт*ч
Масса – 3000 кг.
Энергоемкость – 6,5 кВт*ч
Накопитель кинетической энергии НКЭ-1 (4 МДж)
НКЭ-1 с двигателем (мощность 22 кВт)
Маховик в сборе
Блок
управления
двигателем
Тормозные
резисторы
(3 шт.)
Инвертор
(22 кВт)
Накопитель кинетической
энергии НКЭ-1 (4 МДж)
Параметр
Напряжение питания
Ток питания
Обороты маховика
Давление
Значение
~ 3*380 В
40 А
4000 об/мин
2000 Па
Время разгона
420 с
Время торможения
360 с
Выходное напряжение
Выходной ток
Тип мотор-генератора
= 730 В
40 А
асинхронный
Мощность мотор генератора
22 кВт
Энергоемкость
4 МДж
(1.1 кВт*часа)
КПД
Срок службы
До 97%
Более 25 лет
Масса
800 кг
Высота
1100 мм
Диаметр
1200 мм
Накопительные
комплексы для
рекуперации
энергии
подвижного
состава
Комплекс из двенадцати
НКЭ-6 позволяет накопить
288 МДж
(80 кВт*часов) энергии
Параметры накопительные комплексы
Комплекс позволяет обеспечивать мощность на уровне 2,5 МВт для разгона
электрички до 60 км/час. Комплекс с приведенными параметрами позволяет
рекуперировать энергию одновременно двух составов.
Кол-во
маховичных
модулей
Масса
Напряжен
ие
питания
Обороты
маховика
Тип
электром
ашины
Мощность
электромаши
ны
Энергоемкость
Высота*длина*
ширина
12
35 000
кг
~ 3*380 В
4000
об/мин
асинхрон
ный
22 *12 кВт
288 МДж
40 кВт/часов
3600*12
000*5500 мм
Режим рекуперации
(транспортные системы)
Стационарная система рекуперации энергии
для электрифицированного железнодорожного
транспорта на основе накопителя кинетической энергии
Возможности применения НКЭ с подвижным
составом
Производитель
Метровагонмаш
Технические данные
Род тока и = 825 В
напряжение
Выходная мощность 4*114 кВт
2
Ускорение 1,2 м/с
Масса 8 вагонов 272 тонн
2
Торможение 1,1 м/с
Система тяги контакторно-реостатная
Тормозная система реостатная
Расчет числа накопителей на 1 платформу
Состав (8 вагонов, тара) – 272 000 кг.
Кол-во пассажиров (2400 чел) –180 000 кг.
Общая масса – 452 000 кг.
А движ. = m (v2н – v2к) / 2 = 65,3 МДж
А сопр. = F * l = m g k l = 8,1 МДж
Общая работа = 73,4 МДж
Общее количество НКЭ
73,4 МДж / 10 МДж ≈ 8 НКЭ
для разгона полного состава
от 0 км/час до 60 км/час
за 40 секунд на участке 1 км.
Vн = 0 м/с
Vк = 17 м/с
l = 1000 м
g = 9,8 м/с
k = 0,002
Расчет экономических показателей на 1
платформу
Энергозатраты для разгона полного состава
73,4 МДж ≈ 20,5 кВт/часов
За 20 часа через станцию проходит 1680
состава в обе стороны
Общие затраты электроэнергии на разгон
электричек в сутки : 34 440 кВт*часов
Цена потребленной электроэнергии
из расчета 2 рубля за 1 кВт*час
составляет 68 880 рублей в сутки
Общая экономия в год с одной станции
составляет 25 141 200 рублей.
В Москве аналогичных платформ
~ 185
Экономия за год:
4 651 млн. рублей
Макет НКЭ на совместном стенде с ОАО «ВНИИЖТ»
Выставка «EXPO – 1520», сентябрь 2011г.
07.05.2016
14
Экспериментальные исследования
динамического накопительного комплекса в
режиме рекуперации энергии подвижного
состава (электрички).
Моделируемая система
Была смоделирована система энергоснабжения электроподвижного состава:
контактная сеть + НКЭ.
Этап
Время этапа, с
Режим движения ЭПС:
Торможение ЭПС с выдачей энергии в сеть
40
на НКЭ
Стоянка ЭПС (хранение энергии)
40
Разгон ЭПС (выдача энергии)
40
Блок-схема испытательного стенда
1. Вакуумметр
2. Форвакуумный насос
3. НКЭ
4. Энкодер
5. Инвертор
6. Амперметр
7. Вольтметр
8. Амперметр
9. Вольтметр
НКЭ на стенде в ходе испытаний
Испытание, моделирование
режима рекуперации
Обороты маховика
Ток в моторе
Напряжение звена пост. тока
Разгон
Рекуперация
Этап
Время этапа, с
Торможение ЭПС с
выдачей энергии в сеть
на НКЭ
40
Стоянка ЭПС (хранение
энергии)
40
Разгон ЭПС (выдача
энергии)
40
Стоянка
Выводы
1. Испытания показали успешную работу НКЭ в режиме
рекуперации энергии подвижного состава.
2. Соединения НКЭ с контактной сетью осуществлялось
через инвертор.
3. Экономия энергии при разгоне одного состава
электрички составляет 28 кВт*часов. На оживленных
платформах в сутки проходит до 200 электричек.
4. На территории Москвы ~200 активных платформ.
5. Годовая экономия электроэнергии по Москве составит
~300 млн. кВт*часов.
6. Предварительный расчет показывает окупаемость
одного комплекса НКЭ в течение 3 лет.
7. Срок службы НКЭ составляет 25 лет.
Контактная информация
Корпорация "Русский сверхпроводник"
E-mail: [email protected] rhsc@rhsc .ru
Web: www.rhsc .ru