Накопитель кинетической энергии для эффективного использования рекуперированной энергии

1. Накопитель кинетической энергии для эффективного использования рекуперированной энергии электрифицированного транспорта

2. Проблема экономии энергии на городском транспорте и её решение Малое использование рекуперированной энергии на городском транспорте Троллейбус может рекуперировать энергию. Но практически вся рекуперированная энергия электрифицированного транспорта «сжигается» на тормозных резисторах и повторно не используется ПРОБЛЕМА Применение маховичных накопителей позволит эффективно использовать рекуперированную энергию Режим быстрого запасения энергии с последующей быстрой отдачей, для применения на городском электрифицированном транспорте (трамвай, троллейбус) РЕШЕНИЕ

3. Конструкция и принцип работы НКЭ Электрическая энергия подается на мотор-генератор, раскручивающий «высокоэнергетичный маховик», каждый из которых накапливает 4,1 МДж (1,2 кВт*час) энергии. Накопитель энергии комплектуется блоком управления. Когда возникает необходимость, мотор-генератор преобразует накопленную кинетическую энергию обратно в электрический ток и выдает потребителю. Электрическая энергия Запасение (зарядка) Механическая энергия (вращение маховика) Отдача (разрядка)

4. Накопитель кинетической энергии НКЭ-1В Продукт сертифицирован по ГОСТ Р

5. Запасение Отдача Режим рекуперации (городской электротранспорт) Торможение Стационарная система рекуперации энергии для электрифицированного городского транспорта на основе накопителя кинетической энергии

6. Подключение стационарного НКЭ к контактной сети Связь напрямую с участком контактной сети. Не требуется подключения к подстанции.

7. Троллейбус Миасса • Троллейбусная система в Миассе включает 27 остановок, депо, 54 троллейбуса • Средний интервал движения на одной остановке 5 мин. • Потенциал рекуперации энергии в сутки по всем линиям ~ 12000 кВт*час; в год ~ 4 млн. кВт*час • Экономия может составить 8 млн. руб. или более 530 тысяч поездок пассажиров!

8. Применения НКЭ для рекуперации энергии троллейбуса Сейчас рекуперированная энергия торможения повторно в сети практически не используется. С применением НКЭ она может полностью направляться на разгон вагона.

9. Расчет числа накопителей на 1 остановку Троллейбус (1 вагон, тара) – 10750 кг. Vн= 0 м/с Vк= 15 м/с l = 500 м g = 9,8 м/с k = 0,002 Кол-во пассажиров (122 чел) –9 760 кг. Общая масса – 20 510кг. А движ. = m (v2н – v2к) /2 = 2,3 МДж А сопр. = F * l = m g k l = 0,4 МДж Общая работа = 2,7 МДж Общее количество накопителей - 1 НКЭ (с расчетом на одновременное торможение 2-х троллейбусов) Накопленная энергия разгоняет вагон от 0 км/час до 40-45 км/час.

10. Расчет экономических показателей на 1 остановку Выдача запасенной в НКЭ энергии для разгона 1 троллейбуса >2,3 МДж ≈ 0,8 кВт*часов За 20 часов через остановку проходит 400 троллейбусов в обе стороны Общий объем рекуперированной электроэнергии выданной на разгон троллейбусов в сутки : 280 кВт*часов Срок окупаемости НКЭ ~3,5 года Срок службы НКЭ – 25 лет. Цена потребленной электроэнергии из расчета 2 рубля за 1 кВт*час составляет 560 рублей в сутки Общая экономия в год с одной остановки составляет 204 400 рублей (без учета торможений на светофорах и др.) Если НКЭ установить на 25 остановках Экономия за год: 5 110 000 рублей

11. Примеры использования рекуперативной системы на городском транспорте • Европейский экспериментальный аналог – стационарный НКЭ для использования рекуперированной энергии трамваев. • Экономия на участке контактной сети - до 30% годового энергопотребления.

12. Макет НКЭ на совместном стенде с ОАО «ВНИИЖТ» Выставка «EXPO – 1520», сентябрь 2011г. 07.01.2013

13. Экспериментальные исследования динамического накопительного комплекса в режиме рекуперации энергии подвижного состава

14. Моделируемая система Была смоделирована система энергоснабжения электроподвижного состава: контактная сеть + НКЭ. Режим движения ЭПС:

15. НКЭ на стенде в ходе испытаний

16. Моделирование режима рекуперации Обороты маховика Ток в моторе Напряжение звена пост. тока Разгон Стоянка Рекуперация

17. Выводы Испытания показали успешную работу стационарного НКЭ в режиме рекуперации энергии подвижного состава. Экономия энергии при разгоне одного вагона трамвая или троллейбуса составляет ~0,7 кВт*часов. Через оживленные платформы в сутки проходит до 400 трамваев/троллейбусов. На территории Москвы порядка 800 трамвайных остановок. Помимо этого вагоны тормозят на светофорах и в пробках. Годовая экономия электроэнергии на 1 НКЭ по Москве составит ~ 102 200 кВт*часов (только на одном участке с остановкой, без учета торможения на светофорах). Предварительный расчет показывает окупаемость НКЭ в течение 4 лет (только по остановкам, без учета светофоров). Стационарный НКЭ может работать с трамваями и с троллейбусами. Срок службы НКЭ составляет 25 лет. Для выполнения проекта может быть реализован энергосервисный контракт.

18. Выгоды от использования НКЭ • Применение стационарных маховичных накопителей позволит обеспечить: • существенную экономию потребления энергии, затрачиваемой на разгон троллейбуса/трамвая, за счет рекуперации • существенное снижение бюджетных затрат на содержание предприятия городского транспорта • более плавное, без рывков, движение вагонов при разгоне и торможении • стабилизацию напряжения в контактной сети • увеличение ресурса оборудования тяговых подстанций • снижение затрат на модернизацию действующих и строительство новых подстанций • создание новых рабочих мест • снижение тепловой нагрузки на окружающую среду • Задействование потенциала Миасского филиала ЮУрГУ. • Применение НКЭ также положительно скажется на качестве работы городской энергосистемы в целом.

19. Рынок городской рекуперации • Всего в РФ городов с троллейбусным движением – 86. • Также имеются 80 троллейбусных систем в городах стран СНГ. • При условии размещения в каждом таком городе порядка 50 накопителей для обеспечения использования рекуперированной энергии на разгон троллейбусов, объем экономии энергии только по России составит не менее 400 млн. кВт*часов в год или в денежном выражении порядка 1 млрд. руб.

20. Предложения администрации г. Миасса • Провести опытную эксплуатацию стационарного накопителя энергии на одном из участков движения городского троллейбуса Миасса. • Разработать и реализовать для этого проекта энергосервисный контракт при поддержке областной и муниципальной администраций.

21. Контактная информация Корпорация «Русский сверхпроводник» Генеральный директор: Александр Кацай Тел.: 8-916-248-02-44E-mail: rhsc@rhsc.ruWeb: www.rhsc.ru