Английским инженерам удалось разработать инновационную систему, позволяющую значительно увеличить эффективность использования полезной энергии, вырабатываемой при торможении поездов метро. Всего один день работы такой системы в тестовом режиме позволил высвободить электроэнергию, достаточную для энергоснабжения 104 небольших домов в течение одного года.
О системе рекуперативного торможения
Известно, что система рекуперативного торможения в электровозах предполагает преобразование кинетической энергии движения поезда в электрическую посредством энергии тяговых электродвигателей (ТЭД), работающих в режиме электрогенератора. Накапливаемая электроэнергия передается в контактную сеть, где используется для притормаживания состава на тех наклонных участках пути, на которых воздушные тормоза использовать нерационально или же возвращается на распределительную подстанцию.
В железнодорожном транспорте существующие системы рекуперативного торможения используются, главным образом, для поддержания заданной скорости состава при его движении по наклонной траектории, для обеспечения энергией других составов в пределах одной контактной сети или аварийного торможения в случае отказа воздушной тормозной системы.
Принцип рекуперации широко используется в гибридных автомобилях, электромобилях и электроавтобусах, где электроэнергия, вырабатываемая при торможении используется для подзарядки аккумуляторов и позволяет увеличить дальность пробега.
Кратко о системах рекуперативного и реостатного торможения
В рамках проекта «Инвертор» было доказано: системы рекуперативного торможения последнего поколения, устанавливаемые на поездах метрополитена, могут использоваться на порядок эффективнее.
Проект ”Инвертор”
Первый “инвертор” в рамках одноименного проекта установлен на электроподстанции Cloudesley Road по линии лондонского метро Виктория. Технические особенности комплектации и принципа действия системы пока не освещаются, но первые тесты подтверждают: значительно более эффективное использование рекуперативных систем торможения электропоездов метро не только теоретически возможно, но и практически осуществимо уже сегодня. Высвобожденную тепловую энергию, вырабатываемую при торможении состава и преобразуемую в комплексах “Инвертор” в электрическую, планируется использовать для инженерных нужд станции метрополитена и развития существующей сети.
Реализация проекта ”Инвертор” проводится в рамках масштабной «зеленой» программы, анонсированной в январе 2015 года и предполагает использование на подстанциях метрополитена новейших газовых генераторов мощности, ремонт существующей инфраструктуры, обновление подвижного состава и линейного оборудования.
Особое значение успешная реализация проекта имеет для многомиллионного Лондона, испытывающего серьезные проблемы с экологией. Возможно поэтому лондонская мэрия и министерство транспорта Великобритании в последнее время активно поощряет ряд мер, осуществляемых в рамках зеленых проектов.
Тестирование
Результаты пятинедельного теста системы, работающей на инновационных газовых генераторах, блестяще подтвердили теоретические расчеты. Уже за первую неделю испытаний удалось высвободить энергию, достаточную для полного обеспечения электроэнергией комплекса инженерных коммуникаций такой крупной станции лондонского метрополитена, как Холборн в течение 2-х дней.
По результатам эксперимента, проведенного только на одной крупной станции лондонского метро, освобожденная Инвертором в течение только 1 дня электроэнергия составила 1 МВт*ч, что достаточно для обеспечения энергетических потребностей 104 небольших домов в течение целого года. Важно, что переход на “зеленую” инверторную технологию позволит не только получить значительную дополнительную электроэнергию, но и ощутимо улучшит экологическую ситуацию.
Один из руководителей проекта Крис Тонг делится своими соображениями: “… Возможности современных систем рекуперативного торможения требуют кардинального пересмотра ключевых подходов к эффективной утилизации высвобождающейся энергии. Реализация проекта позволит не только освободить дополнительные энергетические ресурсы, но и сведет к минимуму негативное влияние "углеродного следа" образующегося при работе существующих систем.”
Согласно статистической информации, число пассажиров, ежегодно пользующихся услугами лондонского ”Tube” вплотную приблизилось к 1,2 миллиардам. Из них 89 миллионов обслуживают крупные станции. Применение технологии ”Инвертор” в масштабах всего лондонского метрополитена (LU) позволит регулярно экономить до 5% от общего годового объема реинвестиций в развитие инфраструктуры London Tube.
Другие наши статьи
Комментарии (25)
Stepanow
14.10.2015 11:28У меня был электросамокат с рекуперативной системой торможения. Не сказать, что съехав с горки можно было запасти энергии на её преодоление, но при движении по горной местности с преимущественно спусками, ровными участками и небольшими подъёмами запас хода получался более 30 км при расчётных 12 по ровной местности. Главным минусом была плавность торможения, вернее её полное отсутствие. Торможение с 30 км/ч начиналось резким рывком. Нужно было загодя максимально наклониться назад и упереться в руль. По мере снижения скорости торможение становилось всё слабее и прекращалось на ~ 1-2 км/ч. Возможно вся заслуга английских инженеров в том, что они добились плавности и прогнозируемости замедления на уровне обычных тормозов.
ViPppp
14.10.2015 18:24Рекуперация была основным видом торможения или дополнительным?
Пробовал электросамокат с рекуперативной основной тормозной системой, сила торможения регулировалась поворотом ручки от совсем слабой до «в пол», мне очень понравилось.Stepanow
15.10.2015 09:48Ну как сказать. Традиционный тормоз на заднем колесе тоже был. Но рекуперационный тормоз хоть и приводился не кнопкой, а таким-же лепестком как газ по факту имел всего два значения интенсивности, причём если на маленькой скорости ~10км/ч они были адекватны, то на высокой около 30 — даже слабое значение было слишком сильным. Т.е. нельзя было начать торможение плавно, что очень раздражало
valemak
14.10.2015 12:20+10Кроме того, он создал аппаратуру для использования бесполезно растрачиваемой (обычно) энергии детей, которые, как известно, ни минуты не могут обойтись без движения. Эта аппаратура представляет собой систему торчащих в разных местах жилища рукояток, блоков и рычагов; играя, дети толкают их, тянут, передвигают и таким образом, сами того не зная, накачивают воду, стирают бельё, чистят картофель, вырабатывают электричество и т. д.
Станислав Лем
Звёздные дневники Ийона Тихого
Путешествие двенадцатое
ProstoTyoma
14.10.2015 13:45+1Лет 10 назад случайно попал в одно купе в поезде с водителем трамвая из Москвы. Он как раз рассказывал, что на новых (на тот момент) трамваях рекуперативное торможение. Правда, суть истории была в том, что рано утром на линии мало трамваев, напряжение сети выше чем обычно и торможение работало сильно хуже, чем днём, когда напряжение уменьшалось.
VoiceDao
14.10.2015 13:56+1Так и есть)… зависимость от напряжения в контактной сети — один из серьезных недостатков (в отличие от реостатных систем) систем рекуперативного торможения.
GunneR666
14.10.2015 13:48-3Сразу вспоминается система KERS (kinetic energy recovery system) из формулы 1, там ее ввели в 2009.
kasperos
14.10.2015 16:00+1двигатель в режиме «генератор» заряжает промежуточную емкость (конденсатор) энергия с этой емкости сбрасывается по принципу импульсного блока питания (можно через повышающий трансформатор чтобы был запас в разнице уровня напряжения)
таким образом мы можем плавно регулировать количество энергии снимаемой с двигателя в процессе торможения меняя коэффициент ширины импульса.
Gnuava
14.10.2015 21:30Если в статье говорится только о рекуперативном/рекуперативно-реостатном торможении под гордой вывеской «инвертор», то у нас подобных технологий применено уже дофига, см. статью «Рекуперативное торможение», а также инфо к вагонам 81-760 (2009 г. и позже), 81-720 (1991 г. и позже), ЭР2Р, локомотивам ВЛ-22, ВЛ-11, и пр. на вики. Уверен, что и за границей ее активно применяли ранее, просто не пиарили.
VoiceDao
14.10.2015 22:09Возможно и так, к великому сожалению мы разрабатываем первыми, а они, присмотревшись хорошенько, первыми внедряют(). Все что нам остается — время от времени сообщать о том, что нас снова обскакали(). Может что-то в этот преобразователь и воткнули, все-таки наскрести 1 МВт за сутки на одной станции как-то удалось.
AlexanderG
14.10.2015 23:24+1ВЛ-22, ВЛ-11
Серии локомотивов указываются без дефиса.
На «большой» железке рекуперация появилась практически одновременно с электрической тягой. Даже сурамские электровозы, первые в Союзе её имели. Поэтому и не пиарили.
Regis
14.10.2015 23:39Высвобожденную тепловую энергию, вырабатываемую при торможении состава и преобразуемую в комплексах “Инвертор” в электрическую
Постойте! Речь точно про преобразовании тепловой энергии в электрическую, а не кинетической в электрическую?AlexanderG
15.10.2015 09:24Налепить на пускотормозные сопротивления элементы Пельте и получить вечный двигатель :)
Kpyto
Ну, не Лондоном единым. Вот например международный проект по модернизации ряда вагонов Киевского метрополитена, был успешно реализован в 2014 году. Партнерами проекта выступили японские компании — Mitsubishi, J-Trec, Fuji-Electric, Knorr-Bremse Tokio, Itochu. Всего модернизировали 95 вагонов (для 19 составов).
Один из пунктов модернизации — Система тормозов — электропневматические дисковые тормоза с системой противоюзовой защиты и компьютерным управлением с возможностью рекуперации электроэнергии;
Рекуперация (возвращение в сеть) электроэнергии во время электродинамического торможения модернизированного поезда составляет 18 процентов, а само введение в эксплуатацию этих вагонов позволило суточные затраты электроэнергии на 14 процентов.
Что касается технической части, то на каждой из тележек этих вагонов установлены по два асинхронных тяговых электродвигателя типа SEA-433 производства Toshiba мощностью 150 кВт каждый (это вдвое больше чем обычные коллекторные двигатели). За счёт установки тяговых преобразователей, необходимых для работы асинхронных электродвигателей, вагоны издают характерный писк при разгоне и торможении. Управление электроприводом осуществляется через тяговые инверторы Toshiba SVF 101-A0, а силовые элементы привода выполнены на IGBT-транзисторах.
Затраты на потребление одним новым вагоном (они, кстати, получили и отдельную маркировку "Вагон метро типа Е-КМ") электрической энергии составляют 25,7 Вт*час/т*км. В итоге модернизированный поезд потребляет примерно на 40% меньше электроэнергии, нежели «традиционный».
22sobaki
18% возвращается в сеть, 82% превращаются в тепло, как и раньше?
Kpyto
Да, но это лучше чем ничего.
Легко можно найти публикации как во многих метрополитенах рекуперация на вагонах есть, но не задействована вовсе — нет возможности\финансирования\целесообразности модернизирования тяговых станций, выработать электроэнергию рекуперацией они могут, вернуть в сеть — нет. На GT даже была краткая статья о возможных вариантах (накопителях) для хранения такой «лишней» электроэнергии и примерной экономической выгоде.
VoiceDao
Полностью согласен. В масштабе лондонской «трубы» дополнительная экономия от этого «Инвертора» (в масштабах всего метрополитена) составит 6 млн. фунтов ежегодно, которые они планируют тут же направлять на реинвестиции в эту же инфраструктуру. На дороге, как говорится, не валяются)
Firz
Если рассматривать в целом сеть метрополитена, энергия, вырабатываемая одним составом, имеет большое количество локальных потребителей(других составов). Не обязательно пытаться искать вариант вывода рекуперированной энергии во внешнюю сеть. Более того, предположу, что рекуперированную энергию торможения можно как минимум использовать для питания «совсем локальных» потребителей(внутренние потребители вагона — освещение, отопление).
AlexanderG
Это сводится на нет двумя факторами:
1) Очень короткие фидерные участки. Как правило, около одного перегона.
2) Кратковременные режимы тяги/торможения. Вероятность попасть так, что один поезд идет в тяге, а другой в это время тормозит очень невелика.
Поэтому в метро рекуперация возможна только с установкой инверторов на тяговых подстанциях.
AlexanderG
Бедные киевляне, древние махровые Е-шки, которым уже почти полвека приходится держать на плаву такой некромантией. Так и будут ездить с Тошибами, пока не сгниют.
Mad__Max
Ну тогда и мы тоже бедные. Потому как и в Петербурге эти Ежики еще ездят. Последнее время все реже попадаются, но еще остались.
Иногда вообще раритеты еще с оригинальной отделкой выползают откуда-то.
Некоторые действительно уже успели прогнить — под краской проступают бугры ржавчины.
AlexanderG
Да и в Москве они еще ездят. Речь скорее о том, что стоимость такой модернизации сравнима с остаточной стоимостью подвижного состава.
Mad__Max
Ну с этим согласен. Хотя и у нас их тоже модернизируют. Ну или это капитальным ремонтом правильнее назвать?
В общем меняют дермантиновые «скамеечки» на пластиковые сиденья, вместо деревянных рам и старых стекол новые стеклопакеты, пластиковую «пупырчатую» облицовку стен, где на пластик где на металлические панели заменяют, «лампочки ильича» в круглых плафонах меняют на светодиодное освещение, ставят электронное табло с бегущей строкой и т.д.
Это не разовый ремонт, а какой-то типовой серийный проект модернизации/кап.ремонта — таких вагонов уже минимум десятки.
И будут такие слегка модернизированные Ежикуи бегать по нашей подземке думаю еще пару десятков лет пока уже корпуса совсем сыпаться от ржавчины не начнут или силовой каркас от какой-нибудь «усталости металла» не лопнет.