Таблица применений накопителей в метро

Опыт применения накопителей энергии в метрополитенах мира
Таблица применений накопителей в метро
Метрополит
ен
Московский
метрополите
н им.
В.И.Ленина
Бильбао
(Испания)
Тип накопителя
Стадия
Цена
суперконденсато
ры
опытные
установки
на 2 ПС
100 м. р.
Прямая
рекуперация в
центральную
сеть после
конвертации
кинетические
накопители
Опытная
эксплуатаци
я1
установки
Гамбург
кинетические
накопители
Филадельфи
я
lithium-ion
battery
Опытная
эксплуатаци
я на ТП
Пилотный
проект на
подстанции
Нью-Йорк
кинетические
накопители на
борту
ЛосАнджелес
устанавлива
ют на две
подстанции
Маховик 0,5
т, МГ 2 т. на
вагон 2
агрегата –
итого 5 т.
$3 млн.
$4.5 млн.
federal
grant 2009
2007
$1.5 млн.
Энергоем
кость
13 МДж
для 1 ПС
Ссылка
2 МВт
http://www.elec.ru/news/2012/11/16/metropo...akinetich.html
Los Angeles MTA wayside energy storage substation to
show a 48% reduction in energy consumption.
http://trainclub.ru/view_blog/stacionarnye...itene_gamburga/
Hamburger Hochbahn (HHA) в зоне тяговой подстанции
Окзенцолль линии 1 метрополитена. 353 тыс. кВт*ч в год
Philadelphia’s Southeastern Pennsylvania Transportation
Authority (SEPTA),
http://www.facepla.net/index.php/the-news/tech-newsmnu/676-philadelphia-subway-regenerative-braking
http://www.libok.net/writer/12395/kniga/49235/nurbey_gulia
/o_chem_umolchali_uchebniki__udivitelnaya_mehanika/read/26
около 30 % экономии ээ
5 кВт*час,
1000 кВт
http://www.torgimosmetro.ru/torgi/?org=&type=&status=&date1=&date2=&r
eestr=&predmet=%CD%E0%EA%EE%EF%E8%F2%E5%E
B
http://www.vialibre-ffe.com/pdf/romo_asier.pdf
33% энергии торможения поезда перерабатывается в
электричество.
СанФранциско
Бортовые
суперконденсато
ры
giga-cell battery
for wayside
energy storage
and
San Francisco Bay Area Rapid Transit. by almost 83 million
kWh per year, reduce demand by more than 19,000 kW, and
yield cost savings of about $8.7 million per year.
New York MTA is partnering with the New York State
Energy Research and Development Authority
(NYSERDA) on pilot projects to field test a giga-cell battery
для придорожной системы хранения энергии
Пилотный
проект
$4 млн.
federal
grant in
2010
Бортовые
суперконденсато
ры
суперконденсато
ры
Пилотный
проект
2010
Пилотный
проект
Sojitz и
Meidensha
выиграли
¥25bn
контракт
Maxwell
Technologies,
Inc. для
поездов
Bombardier
Метро
городов New
York,
London, Paris
and Lyon
Los Angeles
MTA
Бортовые
суперконденсато
ры
Пилотный
проект
2012
кинетические
накопители
Kinetic Traction
Systems
Пилотные
проверки
2011
200 kW
USA: Kinetic Traction Systems. The technology has been
tested.
http://www.railwaygazette.com/news/singleview/view/flywheel-firm-launches.html
кинетические
накопители
Демонстрац
ионный
проект
$4.5 млн.
федеральн
ый грант
in 2009
Oregon’s
TriMet
Бортовые
суперконденсато
ры
Urenco Power
$4.2 млн.
федеральн
ый грант
2010
http://www.apta.com/resources/statistics/Documents/TransitClean-Technology.pdf
testing during this demonstration project is expected to
show a 48% reduction in energy consumption.32
to install twenty on-board energy storage units (capacitors)
on its light rail vehicles, saving an additional 70,000 kWh
each year for each equipped train.
RATP in Paris на ПС Fort d'Aubervilliers линии 7.
New York
MTA
New York
MTA
CHINA Hong
Kong’s South
Island Line
urban
Демонстрац
New York MTA model the potential for on-board energy
storage using ultracapacitors
Два по 2
МВт
блока.
2012
2004
http://www.railwaygazette.com/news/urban-rail/singleview/view/supercapacitor-energy-storage-for-south-islandline.html
http://www.capacitorindustry.com/why-ultracapacitorsmaintain-30-market-growth
снижение энергопотребления на 10% на линии 7,1 км с 5ю станциями, соединит Admiralty с South Horizons с 2015
20-30% снижение потребления
railways in
London, New
York, Lyon,
Paris and
Tokyo
Technologies Ltd
ионные
проекты
experimental
trolleybus
route in Hong
Kong, at
stations in
Japan
Urenco Power
Technologies Ltd
Демонстрац
ионные
проекты
Macau
Li-ion батареи
Hitachi
Long Island
Rail Road
кинетические
накопители
London
Underground
network
Piccadilly
line
кинетические
накопители
Urenco Power
Technologies
2004
2012
Пилотный
проект на
LIRR's West
Hempstead
line
2-я стадия
проекта
$5,2 млн.
2009
£660000
2002.
1 MW
установка
выдавать
7,3kWh на
мощности
3,2MW
при
торможени
и.
Серия испытаний на лондонском метро состоялась в
2000-01 годах на 2,8 км испытательном треке между
Южной Ealing и Northfields. Три 100 кВт KESS
устройств, подключенных параллельно были
установлены на подстанции Northfields, и три 1996
юбилейной линии автомобилей с системой
рекуперативного торможения были использованы для
испытаний.
При настройке с соответствующим интерфейсом сила
тяги и контроля логики, KESS формирует
интегрированную UPT Trackside Energy Management
System (TEMS), которая добилась коммерческого успеха
в Северной Америке и Европе. Bespoke TEMS были
также разработаны для экспериментальной
троллейбусного маршрута в Гонконге, и при условии
бесперебойного питания на станции в Японии.
http://www.railwaygazette.com/news/urban-rail/singleview/view/energy-storage-offers-macau-metro-10saving.html
http://www.railwaygazette.com/news/single-view/view/newyork-orders-fly-wheel-energy-storage.html
Для продолжения успешных тестов прошедших на Far
Rockaway line в 2002.
Pentadyne flywheel system
Project Manager Roger Walton suggested that a networkwide installation could cut the metro's energy bill by £111m
over 25 years. Chief Engineer Keith Beattie said LU was
drawing 200MWh a day, of which between 90 and 100MWh
was in the peak periods. With 380 trains carrying an average
of 3 million passengers per day across the 498km network,
LU currently spends £40m to £45m a year on traction power.
A typical LU train draws 10kWh, peaking at 2,3MW when
accelerating, and can regenerate 7,3kWh at 3,2MW when
braking. A 1MW installation could recover up to 40% of
braking energy, giving a payback period of around four years
at the current price of £0,06 per kWh.
London
Underground
(MTA), Hong
Kong Metro,
MTA/NYCT
A in Coney
Island
New York
Power
Authority
New York
City, Los
Angeles,
Vancouver,
Detroit,
Washington
DC, San
Francisco,
Hong Kong,
Seoul and
Beijing
CHINA
CSR Zhuzhou
Electric
кинетические
накопители
Пилотный
проект
кинетические
накопители
Пилотный
проект
Given the current uncertainly over the future structure of LU
under the Public-Private Parternship, Walton was unable to
suggest a timescale for any future investment. Маховик
может экономить 40% энергии, срок окупаемости 4 года
при текущей цене £0,06 за kWh.
NuEnergy’s flywheel energy storage system called
“KINMO”.
http://www.nuenergytech.com/product-development/kinmoflywheel-energy-storage/
2008.
10
скоростны
х
маховиков
по 100KW.
Вместе
сохраняют
5 кВт*час
installation of a flywheel at a subway station to store
electricity from train
regenerative braking.
Работают каждые 2 минуты в пиковые часы.
http://www.eei.org/magazine/EEI%20Electric%20Perspectiv
es%20Article%20Listing/2008-09-01-EnergyStorage.pdf
Names of any current or recent customers:
The Korean Rail Research Institute (KRRI) has approached
KTSi for the installation of two flywheel units for trackside
energy storage and recycling. The flywheel unit would be
installed on the Gyeongchun Line (Gyeongchunseon) which
is the railway line connecting Seoul to Chuncheon in S.
Korea
http://www.ongreen.com/deal-marketplace/kinetic-tractionsystems-next-generation-flywheel-rail-transport
Бортовые
суперконденсато
ры
Пилотный
проект
2012
CSR Zhuzhou Electric Locomotive has unveiled a prototype
light metro trainset which uses supercapacitor energy storage
to operate without an external power supply.
Locomotive
кинетические
накопители
на борту
Пилотный
проект
18 January
2013
кинетические
накопители
кинетические
накопители
PILLER
Пилотный
проект
Пилотный
проект
2000
Ренне
кинетические
(Бретань,
накопители
Франция)
автоматическ
ое метро
VAL
Пилотный
проект
2010
1 MW
5kWh
Alstom
Transport and
Williams
Hybrid Power
in
Rotterdam
Keln light rail
network
Hannover
light rail
2004
Заправка на остановке в течение 30 сек и хватает на 2 км.
Регенерация при торможении.
The supercapacitor has a greater power density than lithiumion batteries, and wireless operation is seen as a cheaper and
less visually intrusive alternative to conventional
electrification.
Commercial production is envisaged by 2014, with the
manufacturer believing the technology could be viable for
use in more than 100 smaller and medium-sized Chinese
cities.
To test Williams’ energy storage technology on a Citadis
tram.
Under the exclusive relationship, the two companies will
adapt Williams’ composite MLC flywheel energy storage.
Trials will start in 2014, with a view to installing a prototype
system on an existing vehicle by the end of that year.
Siemens began trials with a high-speed flywheel on the Keln
light rail network last June
Hannover light rail operator stra has installed a low-speed
Piller Powerbridge to smooth voltage fluctuations on the
outer end of its Fasenkrug branch. Экономия ежегодно
462.000 kWh снижение энергозатрат 40.000€ в год
(80€/Mwh).
The objective for Rennes was to recover the residual braking
energy that could not be recovered despite the efficient
scheduling of their metro trains set up for optimizing the line
receptivity. The energy system is located in the middle of the
metro line and the average efficiency is around 80% except
when there are fewer trains where efficiency goes up to 90%.
The public transport operator (STAR network) expects 5000
kWh savings per week.
http://www.tickettokyoto.eu/sites/default/files/download/file/
T2K_WP2B_deliverable1_20110520.pdf
Применение
накопителей
в
метро
По результатам мониторинга опытной эксплуатации накопительных комплексов в метрополитенах крупнейших городов
мира можно сказать следующее. На различных стадиях опытной и демонстрационной эксплуатации насчитывается 21
проект с накопителями кинетической энергии стационарного размещения (на подстанциях или на перегонах). Два
проекта стационарных суперконденсаторов, включая реализуемый проект московского метрополитена и в Гонконге. Два
проекта в Филадельфии и Макао реализуются с установкой литий-ионных аккумуляторов и один с никелевыми
аккумуляторами.
Несколько иное распределение по количеству демонстрационных проектов для накопителей бортового размещения. Так,
кинетические Накопителями реализовано всего два проекта. Специалисты объясняют это традиционным страхом
эксплуатационщиков к наличию вращающиеся инерционных масс на борту и боязнью их потенциального разрыва и
последующих жертв. Однако такая точка зрения является ошибочной, поскольку при максимальной скорости состава
частота вращения маховика минимальнаа, ведь он уже отдал свою энергию при разгона состава. А максимальная
энергия запасена в маховике и сохраняется во время стоянки поезда, поскольку за предыдущие несколько десятков
секунд
маховик
принял
в
себя
линейную
кинетическую
энергию
состава.
Суперконденсаторных бортовых проектов в метрополитене реализовано и реализуется в количестве пяти штук, что
объясняется принципиальной возможностью размещения этих стационарных аккумуляторов энергии на крышах или под
полом
вагонов,
несмотря
на
их
значительные
габариты.
В целом практически все эксперты сходятся во мнении, что применение химических аккумуляторов для работы в
режимах коротких и мощных циклов зарядки-разрядки количеством тысяча и более в сутки нецелесообразно из-за
малого
количества
установленных
циклов
службы
и
длительного
времени
зарядки.
Применение индуктивных низкотемпературных сверхпроводящих накопителей рассматривается только теоретически,
поскольку их капитальная стоимость и затраты на эксплуатацию в расчете на 1 квт установленной мощности и 1квтчас
энергоемкости
являются
одними
из
самых
больших
среди
всех
типов
накопителей.
В целом, технически наиболее подходящими к применению для резко переменных графиков нагрузки, характерных для
электрифицированного транспорта вообще и метрополитенов в особенности, являются кинетические Накопители и
суперконденсаторы.
Достаточно близкие показатели имеются в отношении требований к накопителями для метро по их энергоемкости и
выдаваемой мощности. Так из имеющихся литературных данных точно известно, что в московском метро требуется
накопитель для одного поезда (в одну сторону) на подстанции энергоемкостью 13 МДж или 3,6 кВтчас, хотя вполне
вероятно, что по данным опытной эксплуатации это требование может быть скорректировано в большую сторону,
поскольку кинетическая энергия линейного движения метропоезда московской подземки может достигать 100 МДж, и
для достижения полного экономического эффекта ее нужно запасать всю. Напомним, что в московском проекте пошли
по пути применения нетрадиционных для стационарного объекта накопителей и сейчас устанавливают
суперконденсаторы. В Ренне (Бретань, Франция) установлены кинетические Накопители полной Энергоемкостью 5
квтчасов, также как в Нью Йорке и Гамбурге. А вот в Лондоне на Пикадилли ЛАЙН были установлены маховики
Энергоемкостью 7,3 кВтчас, что может быть обусловлено особенностями режима движения там.
Больше данных имеется по требуемой мощности накопителей, что объясняется необходимостью в короткое время
принять большую энергию. Так, в Ренне установлены маховики суммарной мощностью 1 МВТ, в Ньюйорке 19
маховиков по 100 квт (суммарно 1 МВТ), в Лондоне и Гамбурге - аналогично. В Лос Анджелесе будет установлено 2
МВТ по одному мегаватту на каждой из двух подстанций. Каждый Гонконгский суперконденсаторный накопительный
блок имеет мощность 2 МВТ согласно данным Railway gazette. В московском проекте в техническом задании
метрополитена располагаемая мощность суперконденсаторов не указывается, однако ее легко подсчитать по формуле
E=P*t, где Е это запасаемая в накопителе энергия, Р - мощность, а t- время выдачи или время запасания. Для простоты и
по предварительной оценке время разгона и время торможения электроподвижного состава метрополитена примерно
равны. В тех же ТЗ указано, что полный цикл от начала зарядки накопителя до прекращения его работы в режиме
выдачи энергии длится 50 секунд. Т.е., если время торможения, стоянки на станции и разгона принять равными именно
по 17 секунд, то необходимая для работы этой установки мощность равняется примерно 0,8 МВТ. Этот показатель
несколько ниже, чем у любого зарубежного проекта накопитель ной установки для метрополитена, а также более чем в
два раза меньше, чем мощность тяговых электродвигателей одного электропоезда метрополитена типа Русич или Еж. Не
говоря уже о наступлении такой ситуации, когда могут одновременно тормозить или разгоняться два поезда. Это еще
раз говорит о том, что проект в московском метрополитене с опробованием стационарного накопителя энергии на двух
подстанциях
Филевской
линии
Т23
и
Т24
является
опытно-демонстрационным.
Также уже можно предварительно оценить экономический эффект, приносимый разными типами накопителей. Так в
Ренне кинетический накопитель мощностью 1 МВТ и энергоемкостью 5 кВтчас позволяет сберегать 5000 кВтчас в
неделю или 260,7 тыс. квтчас в год. В Ганновере маховик позволяет экономить 462 тыс. КВтчас в год. В Лос Анджелесе
в 2009 году маховики показали экономию в 48%от потребляемой энергии на участке энергоснабжения, где они
установлены. Лондонские кинетические Накопители в ходе своей работы показали, что могут экономить до 40%
энергии. Гамбургские мегаваттные маховичные накопители, установленные в зоне тяговой подстанции Окзенцолль,
экономят до 353 тыс. кВт*ч в год. Стоит заметить, что объемы сэкономленной электроэнергии в пересчете на один
кинетический накопитель, прямо пропорционально зависят от интенсивности движения на линии, на которой он
установлен. Чем чаще ходят и тормозят электропоезда метро, тем больше будет экономия.
В Китае в Гонконге ожидают 10-три процентную экономию по потреблению электроэнергии от устанавливаемых на
двух подстанциях метрополитена этого города суперконденсаторных накопительных комплексов. Наверное, следует
ожидать аналогичных показателей сохранения энергии от суперконденсаторов, которые будут использоваться на двух
подстанциях
московского
метро.
Для сравнения эффективности стационарных накопителей следует также привести данные по эффективности прямого
статического преобразования рекуперируемой энергии с выдачей энергии в централизованную сеть. Такой комплекс
был установлен в Бильбао, Испания и успешно эксплуатируется в настоящее время. Он позволяет передавать в сети
переменного тока до 33% от энергии торможения электроподвижного состава. Однако проблемы согласования выдачи
энергии в сеть при таком способе все равно остаются, поскольку преобразователей не может выполнять функции
буферного
накопителя.
Бортовые суперконденсаторы в метро Орегона позволяют экономить до 70 тыс. КВтчас электроэнергии в год. По
прогнозам разработчиков из Maxwell Technologies, Inc., устанавливаемые ими суперконденсаторы на борт
электропоездов Bombardier могут позволить сберечь до 20-30% от потребляемой ими на тягу энергии. А вот реальная
эксплуатация размещенных на борту вагонов Ньюйоркского метро маховиков показала экономию порядка 30% от
потребляемой
на
тягу
энергии.
Кратко резюмируя эффективность, которую показывают в части возврата в цикл потребления рекуперированной
электроэнергии электропоездов метро разные типы накопителей, отметим следующее. Наилучшие результаты
показывают стационарные маховичные Накопители кинетической энергии, которые позволяют запасать и выдавать до
40%, а в некоторых случаях - почти до половины от рекуперируемой тягловыми электродвигателями составов
электроэнергии. Статические преобразователи на подстанциях без функции буферного накопления позволяют
возвратить в централизованные сети до 33% энергии торможения поездов. Следующими по эффективности показывают
себя маховичные же Накопители, но установленные на борту электричек - до 30%. За ними идут установленные на борту
суперконденсаторы - до 20-30 процентов. И наименее эффективными показывают себя стационарно расположенные на
подстанциях
суперконденсаторы,
которые
сохраняют
лишь
до
10%
от
энергии
рекуперации.
Небезынтересно будет понять из приведенных зарубежных и отечественных данных по накопителям для
метрополитенов соотношение удельных стоимостей за один киловатт установленной мощности по
ним. Установленный киловатт кинетических накопителей с материалом маховика из дорогих углеволокон, строящихся
в Лос Анджелесе, выйдет ценой в 1,5 тыс долларов. Один киловатт гонконгских стационарных суперконденсаторов
будет стоить астрономические 6,25 миллионов йен или более 63 тыс. долларов, что подтверждается из разных
источников. Наверное такая цена предполагает Работающие существенную экономию для окупания или только лишь
намерение узнать об экономической эффективности суперконденсаторов в ходе испытаний. Российские установки на
суперконденсаторах будут стоить гораздо скромнее этой цифры. Учитывая стоимость одного комплекса
суперконденсаторов для московского метро в 50 млн рублей и мощность в 0,8 МВТ установленный киловатт будет
стоить порядка 64 тыс руб или более 2,1 тыс долларов. В лондонском метро кинетические накопители фирмы Urenco
Power Technologies из аналогичных материалов, как и фирмы Vycon, будут стоить за 1 кВт установленной мощности 660
фунтов стерлингов или чуть более 1000 долларов США. Российская компания «Русский сверхпроводник»
разрабатывающая и производящая накопители кинетической энергии большой мощности из традиционных
электротехнических материалов, в том числе предназначенные и для использования в энергосистемах
электрифицированного транспорта, заявляет, что её агрегаты для применения в метрополитене будут стоить не более
400 долларов за киловатт. При этом, если сравнивать цены на российские же суперконденсаторы, маховики аналогичной
мощности обошлись бы метрополитену как минимум в пять раз дешевле.
Данные по удельным ценовым
характеристикам разных типов накопителей, предназначенных для установки на борт подвижного состава
электротранспорта в прессе практически не представлены.
Таким образом из нашего краткого обзора становятся видны основные тенденции в применении накопительных
технологий, которые можно резюмировать следующим образом:
1. Для использования накопителей энергии с целью запасания и выдачи в нужный момент энергии
рекуперации при торможении поездов наиболее подходящими являются два типа – маховики и
суперконденсаторы.
2. Помимо прямого эффекта по экономии потребляемой энергии накопители оказывают благоприятное
воздействие на энергосистемы метрополитенов: уменьшают перепады напряжения при неравномерном графике
потребления энергии; снижают необходимость большого резервирования мощности подстанций и, тем самым,
капитальные затраты при их строительстве и реконструкции; снижают износ оборудования тяговых подстанций.
3. Подавляющее большинство пилотных проектов в метрополитенах ориентированы на стационарное
применение накопителей с целью неувеличения потерь энергии при транспортировке на борту массивных
накопителей и не быть ограниченным по габаритам. При этом также растет число применения накопителей на
борту.
4. Экономическая эффективность на пилотных проектах показана достаточно существенная – до 40%,
причем эффективность маховичных накопителей гораздо выше, чем у суперконденсаторов.
5. Существенное значение для метрополитенов имеет удельная стоимость установленного киловатта
мощности. Цена одного киловатта мощности для суперконденсаторов превосходит разные типы маховиков от 1,5
до 5 раз.