Эффективное направление энергосберегающих технологий

90
Эффективное направление энергосберегающих технологий
Передовые и научно обоснованные энергосберегающие технологии позволяют улучшить надежность и безопасность работы метрополитенов и городского электротранспорта

В Казахстане продолжается глобальная модернизация различных отраслей народного хозяйства: транспорта и транспортных сетей, электроэнергетики, энерго-, материалосберегающих систем, снижающих или уменьшающих расход энергии и количество вредных выбросов в окружающую среду.

Энергосберегающие технологии

Внедрение передовых научно обоснованных энергосберегающих технологий в электроэнергетику позволяет улучшить экономические показатели, надежность и безопасность работы всей системы.

Эффективное средство энергосбережения и повышения надежности работы метрополитенов и другого городского электротранспорта со схожими параметрами – применение накопителей электроэнергии на базе суперконденсаторов.

Использование данного оборудования актуально по нескольким причинам.

1. Реостатное торможение, используемое на электротранспорте, переводит энергию торможения в тепло.

Электропотребление на тягу в электротранспорте можно сократить, по оценкам различных авторов, на 20–40 % при преобразовании кинетической энергии, накопленной электротранспортом во время движения по участку, в электрическую энергию рекуперативного торможения.

Эффективность применяемого сейчас рекуперативного торможения за счет полученной электроэнергии, перекачиваемой в тяговую сеть, не превышает 8–10 %. Малая доля ее использования объясняется тем, что не всегда имеются приемники электроэнергии на необходимом расстоянии от рекуперирующего электротранспорта. Это приводит к недопустимому повышению напряжения в линии и переходу на реостатное торможение. Рекуперирование энергии в сеть на тяговых подстанциях – сложное и дорогое решение, при этом гармонические составляющие, возникающие при работе инверторов, существенно ухудшают качественные параметры высокой сети (10 кВ).

Выходом из ситуации становится использование накопителей энергии, которые позволят обеспечить прием избыточной энергии электрической рекуперации, ограничить напряжение на линии, тем самым увеличив возможности использования электрической энергии рекуперации в межпоездном обмене.

Особенности работы электротранспорта метрополитена

Режим работы электротранспорта метрополитена отличается высоким расходом энергии при разгоне и движении в режиме тяги и невысоким при движении в установившемся режиме и на выбеге. Мощность тяговых подстанций рассчитывается с учетом возникновения пиковых нагрузок. Поэтому их оборудование имеет излишнюю установленную мощность, значительно превышающую среднюю мощность потребления. Тем не менее часто в фидерной зоне подстанции могут совпадать стадии разгона нескольких поездов, что приводит к потреблению больших токов и существенному падению напряжения в сети. Значительные провалы напряжения приводят к невозможности обеспечения необходимой мощности, что является причиной остановки движения [1].

2. Обеспечение безопасности перевозочного процесса при возникновении непредвиденных отключений электроэнергии питающих подстанций. При экстренной остановке поезда в туннеле пассажирам приходится пешком идти до ближайшей станции метро или длительное время ждать восстановления питания.

Системы накопителей могут быть бортового и стационарного исполнения. С учетом анализа технико-экономической эффективности для обоих вариантов установки накопителей можно предположить, что для метро предпочтителен вариант установки стационарных накопительных систем. В первую очередь это связано с незначительной разницей в цене систем накопителей для подстанций и бортовых систем накопителей для подвижного состава при значительной разнице в количестве подстанций и используемых моторвагонов. Таким образом, получение аналогичного экономического эффекта связано с большими капитальными вложениями и техническими трудностями по оборудованию всего парка подвижного состава накопительными системами.

Стационарные системы накопителей могут устанавливаться на подстанциях и в серединах фидерных зон (рис. 1). Установка в середине фидерных зон будет способствовать лучшей стабилизации напряжения в сети по сравнению с вариантом установки на подстанциях, однако в условиях метро стационарные системы накопителей рационально размещать именно на подстанциях, поскольку разгон и торможение поездов осуществляются преимущественно возле подстанций. Кроме того, на подстанциях лучшие технические условия для размещения данного оборудования.

Рисунок 1 

Схема подключения СНЭЛ к шинам подстанции Komagawa линии Tanimachi муниципального метро г. Осака (Япония) при проведении испытаний

Эффективное направление энергосберегающих технологий

Долгое время ограничением к применению электрохимических накопителей электроэнергии на подстанциях были их габаритные размеры и недостаточная мощность. Однако в последние годы в связи с совершенствованием и развитием технологий производства суперконденсаторов эти ограничения сняты. Во многих городах мира уже проходят испытания и успешно внедряются системы накопителей для городского электротранспорта. Передовиком при внедрении этих энергосберегающих технологий является Япония.

Последние японские разработки в области энергосбережения – стационарные системы накопителей BPS, которые уже прошли успешные испытания и сейчас установлены на подстанциях муниципального метро города Осака. Предусмотрено внедрение пилотного проекта по установке систем BPS на подстанциях метрополитенов других стран.

Суперконденсаторы, используемые в данных системах, значительно превосходят по удельной плотности энергии по объему/массе, а также другим ключевым показателям суперконденсаторы других производителей (рис. 2). Блоки суперконденсаторов подключаются непосредственно к линии, без использования каких-либо преобразователей, что приводит к значительному снижению стоимости установки, практически не влияя на характеристики работы системы, простоте монтажа и подключения к линии; при этом не нужно отключать подстанцию и останавливать движение поездов. Данные системы компактны и могут быть установлены на пассажирской платформе [2].

Рисунок 2

Эффективное направление энергосберегающих технологий

Специалисты в сфере электроэнергетики рассчитали экономическую эффективность использования стационарных накопительных систем BPS для Московского метрополитена. При этом были приняты минимальные эффекты по снижению электропотребления и присоединительной мощности. Согласно расчету, срок окупаемости проекта с учетом дисконтирования – 4 года.

Доходная часть проекта по установке систем накопителей BPS 

Во-первых, это снижение электропотребления за счет расширения возможностей по использованию энергии рекуперации. Основным фактором, ограничивающим выдачу энергии рекуперации в сеть, является уровень напряжения в линии. Применение систем накопителей BPS на подстанциях метрополитена позволяет за счет заряда и разряда конденсаторов эффективно регулировать уровень напряжения в цепи питания транспортных средств. В среднем экономия электроэнергии на подстанциях метро Осака за счет увеличения возможностей по использованию энергии рекуперации составляет 20–30 % от общего электропотребления подстанциями. Для кольцевой линии Московского метрополитена экономия электроэнергии при применении систем BPS составит 15 000–22 000 МВт·ч/год.

Во-вторых, это уменьшение установленной мощности. Согласно постановлению правительства г. Москвы от 24 февраля 2009 года № 130-ПП «Об утверждении Положения о высвобождении присоединенной мощности и технологическом присоединении новых потребителей к распределительным электрическим сетям в городе Москве в счет высвобожденной мощности», проект по установке систем накопителей BPS на тяговых подстанциях может рассматриваться как «Программа по высвобождению присоединенных электрических мощностей». Тариф на присоединенные мощности для зон, в которых расположены подстанции метрополитена Москвы, составлял в 2009 году от 81 до 102 тыс. руб./кВА (без НДС). В среднем на подстанциях метро Осака было достигнуто снижение установленной мощности каждой подстанции на 180–300 кВт при мощности накопителей 225–600 кВт/ч и установленной мощности подстанций 2000–2500 кВт. Используя международный опыт для шести подстанций кольцевой линии Московского метрополитена, было высвобождено около 1500 кВА присоединенных мощностей, которые могут быть использованы для нужд самого метрополитена и для подключения новых потребителей.

Установка систем накопителей BPS имеет дополнительные положительные эффекты:

1) повышение надежности работы метрополитена и безопасности пассажиров. Стационарные системы накопителей BPS спроектированы с таким расчетом, чтобы в случае аварийного отключения электроснабжения подстанции обеспечить возможность более чем 70 поездам проехать в зоне ее питания за счет энергии разряда накопителя при скорости 25 км/ч с незначительным ограничением электропитания внутреннего оборудования поездов. Эти цифры подтверждены при испытаниях систем BPS для накопителя емкостью 800 А/ч и мощностью 600 кВт/ч. За счет энергии разряда накопителя обеспечивалось и питание систем управления движением поездов при общем отключении электропитания;

2) предотвращение провалов напряжения в линии в часы пик за счет разряда накопителя. В метро г. Осака за счет установки стационарных накопительных систем BPS минимальный уровень напряжения в линии был не ниже 700 В при номинальном напряжении линии 750 В. До установки систем BPS напряжение в линии падало ниже 600 В.

При строительстве новых линий метрополитена следует учитывать, что стационарные накопительные системы BPS могут использоваться вместо подстанций, что значительно сокращает капитальные затраты на строительство и площадь, необходимую для размещения распределительного устройства.

Применение стационарных накопителей энергии на базе суперконденсаторов нового поколения для системы электроснабжения метрополитенов является целесообразным как с технической, так и с экономической точки зрения.

Источник: журнал «Охрана труда. Казахстан»   



Ваша персональная подборка

    Участвуй в наших семинарах

    Школа

    Проверь свои знания и приобрети новые

    Записаться

    Самое выгодное предложение

    Самое выгодное предложение

    Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

    Живое общение с редакцией

    © 2007–2017  «Кадры и охрана труда  МЦФЭР - Казахстан» 

    Все права защищены. Полное или частичное копирование любых материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции  «Кадры и охрана труда МЦФЭР - Казахстан». Нарушение авторских прав влечет за собой ответственность в соответствии с законодательством РК.

    По вопросам подписки обращайтесь:        +7 (727) 323-62-12/13

    По вопросам клиентской поддержки:          +7 (727) 237-77-04

    
    • Мы в соцсетях
    Сайт предназначен для специалистов по кадровому делу, охране труда и делопроизводству

    Чтобы продолжить чтение, пожалуйста 
    зарегистрируйтесь.
    Это бесплатно и займет всего минуту, а вы получите:
    • доступ к 1 500+ полезным статьям
    • 2 500+ актуальных ответов от ведущих экспертов
    • шаблоны документов, пошаговые инструкции
    • ежедневно обновляемая информация
    • приглашение на участие в семинарах и вебинарах 

    У меня есть пароль
    напомнить
    Пароль отправлен на почту
    Ввести
    Я тут впервые
    И получить доступ на сайт Займет минуту!
    Введите эл. почту или логин
    Неверный логин или пароль
    Неверный пароль
    Введите пароль