Jump to content

Welcome to Наш транспорт

Welcome to Наш транспорт, like most online communities you must register to view or post in our community, but don't worry this is a simple free process that requires minimal information for you to signup. Be apart of Наш транспорт by signing in or creating an account.

  • Start new topics and reply to others
  • Subscribe to topics and forums to get email updates
  • Get your own profile page and make new friends
  • Send personal messages to other members.

О накоплении электрической энергии


 Share

Recommended Posts

Ну и кому он будет свою энергию отдавать?

Для Московского метро разрабатывался проект по установке накопителей рекуперируемой энергии на подстанции. Эти накопители -- что-то среднее между кондесаторми и аккумуляторами. Проект презентовали Гаеву. Эти накопители достаточно компактны и, по расчётам, позволяют сохранить энергию, нарекуперированную одим поездом, и отдать её этому же поезду при разгоне. Данные накопители планировали установить на АПЛ. О дальнейшей судьбе проекта не слышал...

Никто не слышал про работы, которые должны вестись на подстанциях Т23 и Т24 Филевской линии по установке там суперконденсаторных накопителей энергии? В августе Прошлого года Провели конкурс по этому проекту ( см. http://www.torgi-mosmetro.ru/torgi/?org=&a...%EF%E8%F2%E5%EB ) . Стоимость не слабая - 100 млн. Рублей за оснащение двух подстанций. Если срок окупаемости взять за 5 лет, то за пятилетку каждый из этих накопителей должен сверх своих эксплуатационных затрат "набрать" и выдать рекуперированной энергии на 50 млн. Т.е. На 10 млн в год. Если электричество по 4 рубля покупается у Мосэнерго, то это 2,5 млн кВтчас в год, не менее. Или 6850 кВтчас в день. При 20-ти часовой работе ЭПС это около 343 кВтчас в час. При двух минутном графике каждый поезд должен отрекуперировать на накопитель менее 12 кВтчас или менее 44 МДж.

В принципе, все реально, если учесть, что 2 минуты это интервал между поездами в обе стороны.

Link to comment
Share on other sites



  • Replies 127
  • Created
  • Last Reply

Top Posters In This Topic

Хм. По ссылке следует, что накопители предполагается строить на базе конденсаторов 60ЭК406-90. Я нашел характеристики этих конденсаторов (http://www.elton-cap.ru/wp-content/uploads/2012/02/%D0%B4%D0%BE%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%B4-%D0%A4%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%B4%D0%B0-2011.ppt) Запасаемая энергия всего 2.7 кДж при массе 1 кг.

Поезд со скоростью 80 км/ч (22 м/с, масса ~400 т) имеет кинетическую энергию ~100 МДж.

Т.е. таких конденсаторов надо 37000 штук общей массой 37 т! Нехило.

Имхо, идея супермаховиков перспективнее. При скорости 1000 м/с запасаемая энергия 0.5 МДж на кг, или 138 вт*ч, для сравненения типичная емкость для литий-ионного аккумулятора 110-200 вт*ч/кг, а рекордная - 400 вт*ч/кг (http://www.rlocman.ru/news/new.html?di=113875)

Кое какие работы в этом направлении ведутся http://n-t.ru/tp/ts/ci.htm

Характеристики пока не очень (5 МДж при массе 1 т), но уже сравнимы с лучшими суперконденсаторами.

Кстати КПД 96,7%, против в лучшем случае 90% у суперконденсатора.

Link to comment
Share on other sites

Запасаемая энергия всего 2.7 кДж при массе 1 кг.

Поезд со скоростью 80 км/ч (22 м/с, масса ~400 т) имеет кинетическую энергию ~100 МДж.

Т.е. таких конденсаторов надо 37000 штук общей массой 37 т! Нехило.

Но они будут стационарного исполнения, т.е. стоять на подстанциях Т23 и Т24 Филевской линии.

Кроме того, в ТЗ на такой накопительный комплекс записано следующее (стр. 31 Извещения о закупке):

"2.3.СНЭ должен обеспечивать накопление энергии, рекуперируемой тормозящими поездами с параметрами:

• средняя цикличность – 50 секунд,

• количество зарядно-разрядных циклов в сутки – не менее 1350,

• энергия рекуперации одного поезда – не менее 13 МДж".

 

Т.е. это означает, с учетом, что суперконденсаторы нельзя разряжать менее 50%, энергоемкость нужна всего 13*2=26 МДж. Т.е. масса будет чуть более 9 тонн. Правда это только сами конденсаторы. А к ним еще нормальная по объему электрика и автоматика, включая зарядные устройства.

Вопрос только остается, а куда остальные 87 МДж при торможении будут деваться? Или это будут установлены только маленькие модули для проверки их работоспособности? Но они стоят по 50 млн. руб. на каждую подстанцию. Сколько же будут стоить полномасштабные?

Link to comment
Share on other sites

13 МДж что-то вообще курам на смех.

Ну ладно, на Филевке поезда короткие. 186 т сам поезд (4 русича по 46 т), плюс пассажиры, ну пусть в сумме 250 т. 13 МДж не хватит разогнать даже до 40 км/ч.

Link to comment
Share on other sites

А вы хотите этой энергией все поезда двигать? Вечный двигатель? :lol:

Link to comment
Share on other sites

А вы хотите этой энергией все поезда двигать? Вечный двигатель? :lol:

Зачем вечный двигатель? Емкости накопителя должно хватать, что бы принять всю энергию, которую поезд генерирует при торможении, и потом этой же энергией его снова разогнать. А если емкости хватает от силы на четверть этой энергии, то стоит ли и огород городить. Теоретически конечно можно предположить, что поезд разгонится до 80 км/ч сразу, и потом будет катиться до следующей станции по инерции, постепенно сбавив до тех 40 км/ч, которые конденсаторы могут переварить, но что-то это кажется сомнительным.

Кстати, а сколько поездов одновременно на участке, обслуживаемом одной подстанцией? Если больше 1, то и емкости должно хватать на несколько поездов, а то будут сразу два тормозить - и что, все лишнее на реостат сбрасывать?

Link to comment
Share on other sites

13 МДж что-то вообще курам на смех.

Ну ладно, на Филевке поезда короткие. 186 т сам поезд (4 русича по 46 т), плюс пассажиры, ну пусть в сумме 250 т. 13 МДж не хватит разогнать даже до 40 км/ч.

Полезно выяснить цели применения оборудования.

 

Применение данной технологии позволяет экономить порядка 10-20% от потребления электроэнергии на тягу поездов...

В момент перегрузки поездов в часы пик, когда напряжение падает, разряд батарей позволяет соблюдать баланс между напряжением на СНЭЛ и напряжением подстанции. Таким образом, снижается уровень пиковой нагрузки подстанции...

...Применение СНЭЛ позволяет вторично использовать энергию рекуперации, что приводит к значительному снижению тепловых выбросов в туннель, и соответственно снижению расходов на вентиляцию и кондиционирование, улучшению климата на станциях, в туннелях и вагонах метро.

Предотвращение провалов напряжения в линии в часы пик за счет разряда накопителя...

Уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения, что приводит к облегчению коммутационного режима ТД и уменьшению его нагрева.

Пропадает необходимость замены выпрямителя подстанции на инвертор.

Edited by ценитель
Link to comment
Share on other sites

Емкости накопителя должно хватать, что бы принять всю энергию, которую поезд генерирует при торможении, и потом этой же энергией его снова разогнать. А если емкости хватает от силы на четверть этой энергии, то стоит ли и огород городить.

Мне тоже так всегда казалось, что накопитель должен быть максимально эффективным, т.е. принять всю выделяемую при рекуперации энергию. Выдавать же её можно как для разгона ЭПС от станции, так и на потребителей на станцию (освещение, эскалаторы, уборочная техника, вентсистемы и проч.). Надо тогда набирать большой объем суперконденсаторов, чтобы он мог всю энергию тормозящего поезда (или нескольких поездов на линии) собрать.

 

Пропадает необходимость замены выпрямителя подстанции на инвертор.

В статье, на которую Ценитель сослался, речь идет про никель-гидридные аккумуляторы GIGACELL японского производства. На картинке, если хоть какие-то пропорции условно соблюдены, они выглядят гигантскими. А отсутствие инвертора применимо лишь к аккумуляторам, для которых нужно зарядное устройство. И я не знаю, могут ли эти аккумуляторы заряжаться в течение торможения ЭПС (там вроде 15-20 секунд торможение идет). А вот, например, всем известно, что свинцовые аккумуляторы заряжаются не менее 8-ми часов...

Даже если GIGACELL могут заряжаться несколько десятков минут (они же все-таки не конденсаторы, которые за несколько минут заряжаются), то какую долю энергии рекуперации они запасают? или набрать много таких дорогих батареек. чтобы каждая запасла малую толику выделяемой энергии? Не очень привлекательно по капзатратам и окупаемости. Кстати, про прямую окупаемость за счет "бросовой" энергии рекуперации в указанной статье не сказано ни слова. Только про сравнение вариантов установки на борту поезда и стационарно - что второй вариант более выгодней первого.

Link to comment
Share on other sites

Не хотелось перегружать технической информацией.

Используемые в данных системах блоки аккумуляторов значительно превосходят по удельной плотности энергии по объему/по массе, а также другим ключевым показателям накопители электроэнергии отечественных и зарубежных производителей. Система BPS подключается непосредственно к линии, без использования каких-либо преобразователей, что приводит к значительному снижению стоимости установки, практически не влияя на характеристики работы системы, обеспечивает простоту монтажа и подключения к линии. Помимо этого, данные системы очень компактны и могут быть установлены даже на пассажирской платформе. Основным элементом системы стационарных накопителей BPS являются герметичные никель-гидридные аккумуляторы GIGACELL высокой емкости— это следующее поколение накопителей, специальная конструкция которых позволяет обеспечить быстрый заряд и разряд.

Link to comment
Share on other sites

Удельная плотность энергии накопителя и скорость его зарядки - вещи совершенно не связанные между собой, тем более - не одно и то же. Аккумулятор может иметь высочайшую плотность энергии, но заряжаться медленно или, по крайней мере, не быстро с точки зрения времени торможения поезда. Никакой химический аккумулятор, а Гигаселл именно химический, не может и близко сравниться по скорости зарядки ни с суперконденсатором, ни с маховиком. Просто по своей природе, которая ограничена особенностями химических процессов их электрического заряда. И разряда - тоже.

Потом, как может батарейка определить без дополнительных устройств, что напряжение в сети именно от рекуперации, а не штатное от подстанции? Верится с трудом. Слукавила тут тетенька малость, приукрасила видимо для произведения эффекта, что подключают аккумуляторы напрямую без всяких отслеживающе-преобразовательных устройств к контактной сети. А как скачек напряжения и они перегорят?

Может еще и не упомянула, что этих батареек очень много установлено на подстанции, за короткое время торможения ЭПС каждая из них заряжается чуть-чуть, но совокупно множество батареек забирают значимую часть энергии рекуперации. То же и при выдаче энергии. Такое объяснение вроде более рационально, чем в ее статье...

Link to comment
Share on other sites

1)Ну откуда взято, что химический?? Написано же: батарея состоит из нескольких скрученных слоев материалов, выступающих в роли положительного и отрицательного электродов, между которыми проложен разделитель. На самом деле это что то среднее между аккумулятором в обычном понимании и конденсатором. Для специалиста: аккумулятор - частный случай конденсатора.

2)Батарея никакое напряжение не определяет. Ток протекает или к ней (зарядка) или от неё (разрядка).

3)"Тётенька" работает под научным руководством зав.каф. МИИТа "Энергоснабжение ж.д." Бадёра М.П.

4)По поводу множества батареек, да не упомянула. Статья то информационная.

Link to comment
Share on other sites

Маховик из стальной проволоки (предел прочности до 4,2 ГПа) можно раскрутить до окружной скорости 500 м/с, имея еще более чем 2-кратный запас прочности. Плотность энергии такого маховика 125 кДж/кг — в десятки раз выше чем у суперконденсаторов, и примерно столько же, сколько у свинцового аккумулятора, но при этом маховик практически не имеет ограничений на ток зарядки/разрядки (все упирается в мощность двигателя/генератора) и число циклов перезарядки (сам по себе маховик практически вечен, разве что время от времени подшипники менять, и то если подвес не магнитный), а уж про экологичность и говорить нечего. Маховика массой 1 т хватит, что бы разогнать полноценный 8-вагонный хорошо нагруженный поезд до максимальной скорости, причем маховик будет при этом тормозится не до нуля, а до половины максимальной скорости.

Однако, сталь, даже проволока — далеко не самый лучший материал для маховика, т.к. имеет низкую удельную прочность. Есть материалы с гораздо большей удельной прочностью - углепластик, стеклопластик, арамид (больше известный как кевлар). Скорость маховика из таких волокон можно поднять еще примерно вдвое, до 1000 м/с, соответственно энергоемкость повысится вчетверо, и достигнет уже 0,5 МДж/кг - это уже примерно емкость литий-ионных аккумуляторов.

Edited by Сталкер
Link to comment
Share on other sites

1)Ну откуда взято, что химический?? Написано же: батарея состоит из нескольких скрученных слоев материалов, выступающих в роли положительного и отрицательного электродов, между которыми проложен разделитель. На самом деле это что то среднее между аккумулятором в обычном понимании и конденсатором. Для специалиста: аккумулятор - частный случай конденсатора.

2)Батарея никакое напряжение не определяет. Ток протекает или к ней (зарядка) или от неё (разрядка).

3)"Тётенька" работает под научным руководством зав.каф. МИИТа "Энергоснабжение ж.д." Бадёра М.П.

4)По поводу множества батареек, да не упомянула. Статья то информационная.

1. Никель- гидридные аккумуляторы являются вторичными источниками тока, аккумуляторами химическими, но никак не конденсаторами. Проводимость и зарядка ионные. Есть электролит для движения ионов к аноду и катоду. Это следует из патентов фирмы Kawasaki, которые производят эти батареи, которые продвигает эта фирма "Энергоаудитконтроль".

2. Чтобы в контактной сети запасать энергию рекуперации, любой накопитель должен "понимать", что напряжение сети обеспечивается именно рекуперацией поезда, а не обычной работой трансформатора с тяговой подстанции. Иначе накопитель будет потреблять энергию как обычная нагрузка и не принесет никакой пользы по экономии ее.

3. Тетенька работает в компании "Энергоаудитконтроль" и одновременно под "научным руководством зав.каф. МИИТа "Энергоснабжение ж.д." Бадёра М.П.".

4. Для оценки эффективности этого решения и сравнения экономики с решением с суперконденсаторами, на которые Московский метрополитен провел тендер в прошлом году, надо конечно конкретное решение для одной-двух подстанций. Может эти кавасаковские батареи будут гораздо дороже этих недешевых конденсаторов. К тому же, у батарей этих вроде количество циклов не очень большое, их часто менять придется.

Link to comment
Share on other sites

2. Чтобы в контактной сети запасать энергию рекуперации, любой накопитель должен "понимать", что напряжение сети обеспечивается именно рекуперацией поезда, а не обычной работой трансформатора с тяговой подстанции. Иначе накопитель будет потреблять энергию как обычная нагрузка и не принесет никакой пользы по экономии ее.

А как инвертор понимает, что идёт рекуперация?

Link to comment
Share on other sites

А как инвертор понимает, что идёт рекуперация?

Я точно сказать не могу. Есть предположение, что он реагирует на повышение напряжения в тяговой сети, поскольку в ней начинают работать два генератора параллельных - сетевой и рекуператоры. Тут хорошо бы, еслиб кто из профи подсказал. Для снижения напряжения он и должен включать накопитель как дополнительную нагрузку, который в это время заряжается.

Link to comment
Share on other sites

накопитель должен "понимать", что напряжение сети обеспечивается именно рекуперацией поезда, а не обычной работой трансформатора с тяговой подстанции.

Если напряжение в сети выше напряжения с подстанции, значит - рекуперация, надо запасать. Если ниже - отдавать. Всё просто.

Link to comment
Share on other sites

если моск. метрополитен потребляет 5 млн квт-ч в сутки, то это почти 2 млрд квт-ч в год.

http://www.swd.ru/files/pdf/branches/elster_metro.pdf

рекуперация при максимальных усилиях может сэкономить сколько? Наверно, по аналогии с гибридами и электрокарами - до 30% энергии, т.е. годовая экономия около 600 млн квт-ч.?

При средней стоимости московского квт-ч 2,5 р. годовая экономия метрополитена от рекуперации по сегодняшним ( розничным ) ценам составит очень приблизительно 1,5 млрд рублей в год.

При заявленной мос. властями увеличении длины метрополитена в 1,5 раза в ближайшие 7 лет и соответственном увеличении вагонного парка на 30% экономия в цене розн. электроэнергии составит около 2 млрд рублей в год.

При окупаемости систем рекуперации, допустим, 3 года, получаем приблизительную стоимость всей системы рукуперации московского метрополитена - около 6 млрд рублей?

если окупаемость 5 лет, то стоимость может составить 10 млрд рублей.

Любопытно, можно ли примерно за эти деньги купить суперконденсаторов для всех линий метро и всех подстанций?

 

Правда, если учесть, что потребители, использующие свыше 100 млн квт-ч в год, могут покупать электроэнергию на оптовом рынке, где для некоторых потребителей цены бывают и по 1,1 и по 1,3 р за 1 квт-час http://www.mosenergosbyt.ru/portal/pls/por...s/1/1888176.XLS

 

то, конечно , объём средств, допустимых быть затраченными на рекуперацию - снижается вдвое.

3-5 млрд рублей при окупаемости 3-5 лет.

или те же 10 млрд р., но уже при 10 годах окупаемости.

Edited by rails
Link to comment
Share on other sites

Если напряжение в сети выше напряжения с подстанции, значит - рекуперация, надо запасать. Если ниже - отдавать. Всё просто.

Т.е. Контроллер должен быть, который сравнивает текущее значение напряжения в сети с выставленным в нем значением. И он для аккумулятора или конденсатора с помощью инвертора выдает соответствующий сигнал на действие (см. Цитату)?

 

 

при окупаемости систем рекуперации, допустим, 3 года, получаем приблизительную стоимость всей системы рукуперации московского метрополитена - около 6 млрд рублей?

если окупаемость 5 лет, то стоимость может составить 10 млрд рублей.

Любопытно, можно ли примерно за эти деньги купить суперконденсаторов для всех линий метро и всех подстанций?

в ММ 165 тяговых и тягово-понизительных подстанций ( http://mosmetro.ru/about/structure/power_supply/?print=1) Стоимость суперконденсаторов энергоемкостью в треть электрички составляет 50 млн. Рублей (см. Посты выше, там есть ссылка на проведенную закупку для двух тяговых подстанций Филевской линии) или 8,25 млрд для всех подстанций. Т. е. Такой накопитель не сможет принять энергию не только двух одновременно тормозящих поездов, но даже и половины энергии одного. Иначе говоря (не принимая во внимание еще и невыдаваемый остаток энергии в суперконденсаторе не менее четверти от запасенной энергии), нужно разделить потенциал рекуперации в 600 млн кВтчас на 6. Получится, что они максимум сэкономят до 100 млн кВтчас в год или 250 млн рублей в год и срок их окупаемости нужно увеличить в эти 6 раз - до 18 лет - больше срока их службы.

С такими показателями вряд ли можно считать суперконденсаторы привлекательными для метро.

Edited by Proton
Link to comment
Share on other sites

Вах, зачем контроллер?

Постоянный ток. Кандёр. Зарядился до номинального напряжения от подстанции. Пошёл разгон - разряжается, торможение - заряжается. Всё.

 

Подключить их параллельно контактному рельсу. И побольше, и распределить равномерно по тоннелю.

Link to comment
Share on other sites

С такими показателями вряд ли можно считать суперконденсаторы привлекательными для метро.

да, возможно так и обстоит пока дело в московском метро. А в немецком, где розничный квт-ч стоит 16 р., т.е. вчетверо дороже нашего ( видимо и с оптовым такая же примерно пропорция, не знаю их оптовых цен ) - уже наверно можно вкладываться от души в системы рекуперации и недешёвой альтернативной генерации, солнечно-ветряной..

Не от хорошей жизни немцы такие продвинутые, получается

Edited by rails
Link to comment
Share on other sites

А как инвертор понимает, что идёт рекуперация?

Я точно сказать не могу. Есть предположение, что он реагирует на повышение напряжения в тяговой сети, поскольку в ней начинают работать два генератора параллельных - сетевой и рекуператоры. Тут хорошо бы, еслиб кто из профи подсказал. Для снижения напряжения он и должен включать накопитель как дополнительную нагрузку, который в это время заряжается.

Конечно, идёт реакция на напряжение. У тяговой подстанции оно равно 850В, у рекуперирующего метропоезда - 950В.

При первом подключении конденсатор(аккумулятор) заряжается от сети до 850В. Далее он заряжается до 950В при наличии рекуперации и разряжается до напряжения контактной сети при наличии нагрузки. Защита от высокого напряжения осуществляется защитой подстанции. Большой ток должна выдерживать сама конструкция аккумулятора. В сеть не дают разрядиться диоды выпрямителя подстанции.

Поэтому никаких дополнительных устройств не нужно.

Link to comment
Share on other sites

Вах, зачем контроллер?

Постоянный ток. Кандёр. Зарядился до номинального напряжения от подстанции. Пошёл разгон - разряжается, торможение - заряжается. Всё.

Подключить их параллельно контактному рельсу. И побольше, и распределить равномерно по тоннелю.

Не всё. У суперконденсаторов есть зарядный режим, его соблюсти трэба, для чего и нужно зарядное устройство. Да и, потом, время зарядки побольше будет (не меньше нескольких минут), чем время торможения поезда (до 20-30 сек), т.е. если и не сгорит, то будет всегда недозаряженным после торможения поезда. И при разрядке - не все отдаст. Т.е. эффективность у конденсатора будет реально ниже, чем теоретически возможная энергоемкость показывает.

И равномерно распределить по тоннелю нельзя. В конкурсе Мосметро в ТЗ прямо для них укзано, что они должны быть размещены на тяговых подстанциях (конкретно - в данном случае Т23 и Т24 Филевской линии). По расчетам (см. в предыдущих постах), экономика суперконденсаторов не очень получается.

Похоже, лучше искать заранее альтернативное решение еще до того, как установленные на этих подстанциях покажут свою эффективность.

 

Конечно, идёт реакция на напряжение. У тяговой подстанции оно равно 850В, у рекуперирующего метропоезда - 950В.

При первом подключении конденсатор(аккумулятор) заряжается от сети до 850В. Далее он заряжается до 950В при наличии рекуперации и разряжается до напряжения контактной сети при наличии нагрузки. Защита от высокого напряжения осуществляется защитой подстанции. Большой ток должна выдерживать сама конструкция аккумулятора. В сеть не дают разрядиться диоды выпрямителя подстанции.

Поэтому никаких дополнительных устройств не нужно.

А как можно представить работу на подстанции в качестве такого аккумулирующего устройства маховичного накопителя, у которого в качестве мотор-генератора асинхронный движок установлен? Как его связывать с контактной сетью?

Edited by Proton
Link to comment
Share on other sites

А как можно представить работу на подстанции в качестве такого аккумулирующего устройства маховичного накопителя, у которого в качестве мотор-генератора асинхронный движок установлен? Как его связывать с контактной сетью?

Представить то можно. Но...

Надо ставить преобразователь "пост. ток - трёхфазн. перем.". Его систему управления. А это считай вагон Русич или Ока на приколе. Притом, как минимум, в 30-ть раз мощнее. Габариты, обслуживание... Очень сложно получается.

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

 Share


×
×
  • Create New...