杨东来

摘 要：地铁运行需要消耗大量的电能，因为城市内各地铁站之间距离较短，所以列车启动制动频繁，这样产生了大量制动能量，这些制动能量当中约有40%无法被回收，通常利用车厢内部的车载电阻来吸收列车的制动能量。浪费的能量会产生隧道内和车站内的温升问题，同时还会使列车车体重量增加，从而导致更大的能源浪费，增加地铁的建设、运行和维护成本等。而无锡地铁所采用的能馈装置，用来实现节能减排，增加效益，绿色出行的目标，同时也符合国家节能减排，可持续发展的基本国策。本文主要介绍了无锡地铁能馈装置的作用，简述了此装置的设计原理、效益评估、成本计算等。

关键词：能馈装置;能量吸收;节能效益

中图分类号：U231.8 文献标识码：A

0 引言

随着社会的不断进步，人们更加注重绿色出行，因此更加希望拥有节能环保的交通系统，这也更符合我国的环保政策。相比于现在的城市交通系统来说，地铁因其出行方便、节能环保、运量大、噪音小、价格低等优点，已成为更受人们欢迎的绿色出行方式。

地铁列车是电力牵引的电动列车，受其自身的性质影响，列车自身的电力消耗约占整个系统损耗的一半，因此地铁列车降低自身能源损耗，可以降低城市交通的运营成本，同时对环境保护也起到积极作用。

地铁列车制动以电制动系统为主，以空气制动系统作为补充。在列车制动时电制动系统启动，制动能量通过电制动系统反馈给电网，如果电网不能将这部分制动能量全部吸收，那么剩余的制动能量就会被车载电阻吸收，车载电阻吸收的这部分能量做的是无用功从而造成大量能量浪费。同时车载电阻启动时还会产生大量的热能，导致隧道内和车站内温度上升，给地铁环控系统造成负担，增加了地铁的运营成本。城市地铁系统具有站距短，列车启动制动频繁的特性，这也导致大大增加了制动能量产生。为解决这个问题，无锡地铁加装的能馈装置，来达到节能减排的目的。

以下是对无锡地铁安装的能馈装置的原理介绍，对能馈装置节能效益进行评估。

1 能馈装置的原理

当电客车制动时，牵引电机相当于发电机工作，将电客车的动能转换为电能。这部分电能除了被电客车自身的逆变装置等消耗外，其中一部分提供给电客车的辅助设备（如空调、通风机等），其余电能向接触轨回馈提供给附近的其它列车作为牵引电能，或者被电客车的制动电阻消耗掉转换为热能。这部分车载电阻消耗的电能无法被回收再利用，而能馈装置的作用就是吸收再利用这部分电能，减少电客车动能的浪费。

无锡地铁安装的能馈装置有两种，一种是安装在堰桥牵混所的逆变回馈型，另一种是安装在天一牵混所的储能型。

1.1 逆变回馈型

电客车制动状态下，制动系统将电客车的动能转换为电能。这部分电能会导致接触轨电压上升，能馈装置通过传感器检测接触轨电压，若接触轨电压超过整定值，则能馈装置启动。逆变回馈型能馈装置通过交直流隔离变压器和逆变器，将这部分直流电能转换为交流电能反馈到AC35KV电网中，达到吸收再利用的目的。

1.2 储能型

在电客车制动时，电客车产生制动能量将使接触轨电压上升，超级电容型能馈装置启动。超级电容型能馈装置通过超级电容和DC/DC变流器将这部分制动能量储存起来。待电客车启动或运行时，列车的牵引电机相当于电动机工作，将接触轨上的电能转换成列车的动能，导致接触轨电压下降，此时超级电容储存的电能将得到释放形成良性循环，并有稳定接触轨电压的作用。

2 能馈装置效益评估

2.1 实例概述

无锡地铁在堰桥牵混所加装能馈装置，其主要包括一台35 kV交流开关柜、一台1 500 V直流开关柜、一台逆变柜、一台变压器。新增的运行设备独立于既有运行设备，当再生制动设备故障后，不会对既有的运行设备造成影响。

通过对装置投运一个月回馈的电量收集计算出，一台能馈变压器的空载损耗3.5 kW，负载损耗12 kW;逆变柜的损耗30 kW。现以最大损耗计算，假设再生制动装置每天工作1 h，即每天能馈变压器损耗的电量为92.5 kWh（3.5*23+12），逆变柜每天损耗30 kWh。

2.2 能馈装置不同电压下启动情况

先设定能馈装置的启动电压整定值为1 740 V，电压降低30 V后停止。在设备运行前15天统计能馈装置的电能，每天回馈平均2 832 kWh。（详见下图）。

再设定能馈装置的启动电压整定值为1 750 V，电压降低30 V后停止。在设备运行后15天统计能馈装置的电能，每天回馈平均2 689 kWh。（详见下图）

通过计算平均值，发现设备投运一个月后统计能馈裝置回馈电能大概82 830 kWh，能馈变压器的损耗大概共2 775 kWh，逆变柜损耗900 kWh，损耗占4.49%，一套装置节能效益评估为每个月节约电费大概6.3万元（假设电费单价为0.8元）。

3 能馈装置成本计算

预计安装1套1 MW储能装置总费用（含接口柜、安装等）需300万元，假设按照平均每天节电1 000度考虑，商业用电电费单价约为0.8元，每年通过能馈装置可节约电费约29万元，需大概11年即可收回成本。预计安装1套2 MW能馈装置总费用（含接口柜、安装等）需250万元，按照平均每天节电1 800度考虑，每年节约电费约51万元，需5年即可收回成本。

4 节能效益评估办法需改进

由于对再生制动能馈装置节能效益评估均建立在理论为前提的基础上，上述再生制动能馈装置也只是依靠电压作为启动判据，同时根据其他相关数据表明，再生制动能馈装置会吸收“不该吸收的能量”，即有些可被邻车吸收的列车制动回馈能量，却被再生制动能馈装置吸收了，因此如果单纯依据装置上的电能表作为评估装置的节能效益显然是不合理的。还需根据实测数据，综合考虑各种因素才能得出准确的节能效益结论。

5 结论

综上所述，通过上述统计再生制动设备回馈电能，对节能效益进行评估发现加装能馈装置后能够在一定程度上实现节能效果。但是，由于能馈装置会吸收“不该吸收的能量”，因此不能单纯依据装置上的电能表数据作为评估装置的节能效益。本文也只是粗略的对加装能馈装置进行初步分析，具体带来的节能效益还需综合各种因素考虑，包括考虑能馈装置成本，以及能馈装置带来的其他能量损耗等。

参考文献：

[1]王彦峥，苏鹏程.城市轨道交通再生能量回收技术方案的研究[J].电气化铁道.

[2]GBT37423-2019城市轨道交通再生制动能量吸收逆变装置[S].