Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

Главная / №4 (34) Июль-Август 2010 / Есть мнение

«ЗА» И «ПРОТИВ» Передовые энергосберегающие технологии для метро

Мария Петровна БЫЧКОВА
руководитель отдела стратегического планирования и разработки инвестиционных проектов Департамента развития бизнеса ООО «Инженерный центр «ЭНЕРГОАУДИТКОНТРОЛЬ». Окончила Вятский Государственный Университет в 2007 г., специальность — «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений», аспирант Московского Государственного Университета Путей Сообщения.

Публикации

  1. Вести в электроэнергетике, «Компенсация реактивной мощности — актуальная задача энергосбережения» (в соавторстве с Паули В. К.), № 2, 2009 г.
  2. Электро, «Компенсация реактивной мощности — актуальная задача энергосбережения» (в соавторстве с Паули В.К.), № 3, 2009 г.
  3. Евразия Вести, «Эффективное направление энергосберегающих технологий», № 10, 2009 г.
  4. Энергоэксперт, «Энергосберегающие технологии для метро», № 3, 2010 г.

В этом году во время аномально жаркого лета особенно остро встала проблема некомфортного температурного режима в столичном метро. Столбик термометра на некоторых станциях значительно превысил установленные законом нормы, что послужило основанием для подачи искового заявления Общества защиты прав потребителей против Московского метрополитена. Вполне закономерным был вопрос, поднятый во многих электронных и печатных СМИ: какие эффективные технические решения смогут способствовать решению проблемы 9 миллионов пассажиров столичной подземки и понизить температуру воздуха на станциях и в вагонах? Ответ на этот злободневный вопрос есть у Марии Бычковой, руководителя отдела стратегического планирования и разработки инвестиционных проектов Департамента развития бизнеса ООО «Инженерный центр «ЭНЕРГОАУДИТКОНТРОЛЬ».

Несомненно, духота и высокая температура воздуха в московском метро были одной из самых обсуждаемых тем побившего все рекорды метеонаблюдений лета 2010. В связи с этим в конце июля Начальник ГУП «Московский метрополитен» Дмитрий Гаев собрал пресс-конференцию, чтобы рассказать общественности о работе метро в условиях аномальной жары, а именно: как его организация планирует бороться с повышенной температурой в поездах и на станциях? По его словам, оснащение станций и туннелей метро охлаждающими установками нецелесообразно, поскольку метрополитен — транспортная система с незамкнутыми помещениями, воздух в которые поступает с поверхности в огромных объемах и охладить его практически невозможно. Так что установка систем охлаждения воздуха стоимостью в несколько миллиардов рублей бессмысленна. Кроме того, Дмитрий Гаев пояснил, что при решении проблемы повышенных температур в поездах и на станциях, кроме погодных условий, нельзя исключать и внутренние источники тепла в самом метро. Так, уже сейчас ГУП «Московский метрополитен» закупает составы, оснащенные системами рекуперации электроэнергии. В результате этого удалось почти на 30% снизить нагрев воздуха в туннелях от тормозных резисторов. Следующим важным этапом, который позволит существенно повысить эффективность рекуперативного торможения, станет установка стационарных систем накопителей на тяговых подстанциях скоростного подземного электротранспорта.

В настоящее время Инженерный центр «ЭНЕРГОАУДИТКОНТРОЛЬ» готовит проект для ГУП «Московский метрополитен», разработанный совместно с Московским государственным университетом путей сообщения, в основе которого — передовой опыт японских инженеров компании Kawasaki Rail Car., Ltd. Прежде чем мы подробно рассмотрим параметры стационарной системы накопителей электроэнергии BPS и обоснования для ее внедрения в Московском метрополитене, совершим небольшой экскурс.

Электроэнергию долгое время было принято считать товаром, выработка и потребление которого в системе генератор-потребитель осуществляются одновременно и при этом его нельзя запасти впрок. Сейчас технология Smart Grid позволяет осуществлять выработку и хранение электроэнергии у потребителя. Одним из важнейших элементов Smart Grid являются современные накопители электроэнергии большой мощности.

Применение данной технологии в системах электроснабжения метрополитенов и другого городского электротранспорта со схожими параметрами является реальным, эффективным средством использования энергии торможения, позволяющим экономить порядка 25—40% от потребления электроэнергии на тягу поездов.

Кроме того, важным вопросом является 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. Нашумевшим примером служит каскадная авария в Московской энергосистеме в мае 2005 г. , произошедшая после отключения ПС «Чаги-но», во время которой было нарушено электроснабжение Московского метрополитена и более чем 20 000 человек пришлось пешком выходить из тоннелей до ближайших станций.

Системы накопителей могут быть как бортового, так и стационарного исполнения. С учетом анализа технико-экономической эффективности для обоих вариантов установки накопителей мы считаем, что для метро предпочтителен вариант установки стационарных накопительных систем на подстанциях. 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 практически аналогичного экономического эффекта связано со значительно 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. 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.

Долгое время ограничением к применению накопителей электроэнергии на подстанциях были их габаритные размеры и недостаточная мощность. Однако в последние годы в связи с совершенствованием и развитием технологий эти ограничения сняты. Во многих городах мира уже проходят испытания и успешно внедряются системы накопителей для городского электротранспорта. Лидирующие позиции во внедрении этих энергосберегающих технологий занимает Япония. Далее речь пойдет именно о последних японских разработках в этой области— стационарных системах накопителей BPS, которые уже прошли успешные испытания в 2007 г. и сейчас установлены на подстанциях муниципального метро г. Осака, Япония.

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. Для установки на тяговых подстанциях метрополитенов для приема энергии рекуперации и сокращения пиковой мощности подстанций используются специальная модификация модулей GIGA-CELL, способных быстро запасать и отдавать большие объемы энергии.

Структура GIGACELL

Обычная никель-металл-гидридная батарея состоит из нескольких скрученных слоев материалов, выступающих в роли положительного и отрицательного электродов, между которыми проложен разделитель. При таком типе конструкции большую сложность представляет охлаждение батареи во время процесса ускоренного заряда/разряда. Помимо этого, существуют проблемы масштаба: с увеличением размера батареи увеличиваются потери энергии за счет потерь в проводах между батареями.

GIGACELL обладает специальной системой охлаждения с принудительными воздухозаборниками, поэтому ее температура не меняется даже в условиях быстрого заряда/ разряда большими токами.

Батарею GIGACELL также легче утилизировать и разбирать, поскольку в ней не используются сварка.

В ходе тестовых испытаний систем стационарных накопителей BPS в метрополитене г. Осака были достигнуты следующие результаты:

  1. Снижение электропотребления за счет расширения возможностей по использованию энергии рекуперации. Экономия электроэнергии на подстанции, где проводились испытания, составила 26% от общего электропотребления на тягу поездов.
  2. Уменьшение установленной мощности подстанции на 14%.

Также в ходе испытаний были доказаны и другие положительные эффекты от установки систем BPS, а именно:

  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. Данные цифры были подтверждены при испытаниях.
  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.

Кроме того 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.

Важным преимуществом систем BPS является также то, что оборудование, входящие в их состав абсолютно взрыво-, пожаробезопасно. Оборудование BPS абсолютно безопасно для персонала подстанций, поскольку не выделяет никаких ядовитых испарений и не содержит токсичных веществ.

Выводы

  1. В настоящее время уже разработаны и испытаны накопители электроэнергии для установки на подстанциях систем тягового электроснабжения городского транспорта.
  2. Основываясь на результатах применения стационарных систем накопителей BPS в г. Осака, можно сделать вывод о том, что применение этой технологии для систем электроснабжения метрополитенов является целесообразным как с технической, так и с экономической точек зрения.

Литература

  1. Green Technology takes the road. Science&Technology in Japan.2009 Vol.26.
  2. Revolution in Storage Technology and Adoption by Electric Railways. Science&Technology in Japan. № 102, 2009.

Справка

Сотрудничество ГУП «Московский метрополитен» и Инженерного центра «ЭНЕРГОАУДИТКОНТРОЛЬ» началось в 2004 году с внедрения автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) на Сокольнической линии метрополитена. Позднее системой были охвачены Таганско-Краснопресненская, Калининская, Люблинская, Арбатско-Покровская и Филевская линии, участок от станции Международная до станции Киевская, а также Монорельсовая транспортная система. К настоящему моменту АСКУЭ внедрена на всех линиях метрополитена и полностью соответствует требованиям ОАО «АТС».

Другие крупные заказчики Инженерного центра «ЭНЕР-ГОАУДИТКОНТРОЛЬ», ведущего российского интегратора автоматизированных систем, — ОАО «Газпром», ОАО «РЖД», ОАО «СИБУР Холдинг», ОАО «АК «Транснефть», ОАО «Мосэнерго», ООО «Коммунальные технологии» и др.

Инженерный центр «ЭНЕРГОАУДИТКОНТРОЛЬ» разрабатывает и внедряет автоматизированные системы учета «под ключ», ведет проекты в области IT, проводит энергоаудит и реализует комплексные программы энергоэффективности. Сервисное обслуживание автоматизированных систем и техническую поддержку клиентов осуществляют обособленные подразделения, расположенные в 20 регионах России — от Калининграда до Хабаровска.

Мария Петровна БЫЧКОВА