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Maxwell超級電容器儲能方案助地鐵節能供電雙贏
2014年06月04日 17:47    來源:Maxwell科技公司
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美國費城地區的鐵路制動能量回收項目中,鋰電池和Maxwell的超級電容器組成的混合儲能系統不僅回收制動時的能量用于列車加速,而且還可將多余的儲存能量供給所在區域的電力運營商,用于調節電網頻率。這不僅提高了供電質量,對鐵路運營商而言,還是額外的收入。

在添加了以靜電而非化學方式儲存電量的超級電容器之后,列車將能夠在制動過程中采集更多能量
列車在運行中會產生巨大的動能,但在停靠站臺的制動減速過程中,該能量通常是通過制動電阻消耗浪費掉。一種節約能源的設計是將該部分制動能量反送至電網,供給其他負荷使用。但該方案的缺陷是反送的能量若過大,則有可能造成電網局部電壓過高。目前來說最有效的解決方案是使用儲能設備回收制動能量,然后在列車啟動時,釋放該能量用于列車加速。這不僅能有效節約能量,而且能避免列車在制動和加速過程中對電網造成沖擊。這樣的方案已經成功地應用到城市的地鐵和輕軌系統,并逐漸推廣。但在鐵路系統,利用儲能系統回收列車制動時的能量還是一個較新的技術。
列車在剎車和加速時,時間短暫但功率很大。常規的電池滿足不了大功率的運行需求。而這正是超級電容器的強項:它能大電流充放電,大功率運行。此外,若有頻繁的列車啟停,則要求用于能量回收的儲能系統能夠快速充放電,且充放電次數多,壽命長。和常規的通過化學反應產生和儲存能量的電池不同,超級電容器的充放電過程是通過離子的移動而產生的,即是個物理過程。因此它的壽命很長,以Maxwell的超級電容器為例,其典型的充放電次數可達1百萬次。此外靜電場儲能的機制使得它的充放電速度很快。因此,超級電容器完全可以滿足列車頻繁啟停的要求。
Maxwell是超級電容器開發,設計,制造和應用的業界領先者。其獨有的干電極制造專利技術保證了其產品的高可靠性和長時間運行的穩定性。Maxwell的超級電容器產品線廣泛,涵蓋了1-3000F的單體和16V-160F的模塊。其產品廣泛地應用在交通,電力,工業系統和電子產品等不同領域。以交通行業為例,Maxwell的超級電容器已用在小汽車啟停系統的電壓穩定模塊,城市混合動力大巴的能量回收系統以及軌道交通的能量回收系統。
Maxwell超級電容器在軌道交通領域的應用可追溯到2002年:西門子公司采用Maxwell的單體用于其站上能量回收系統。該系統已在歐洲的城市如西班牙的馬德里和德國的德累斯頓安全穩定運行至今。西門子還采用Maxwell的超級電容器模塊用于它的混合能量回收系統。該系統已于2008年在葡萄牙的里斯本運行,并將于2015年用于卡塔爾的多哈的軌道交通系統。除了西門子之外,龐巴迪,韓國的Woojin和美國的American Maglev等都采用Maxwell的超級電容器單體或模塊用于他們的能量回收系統。中國的北車也采用Maxwell的模塊用于沈陽的輕軌。
鑒于Maxwell超級電容器的高可靠性,廣泛的應用領域,和良好的運行記錄,全球工業巨頭ABB在美國費城地區的鐵路能量回收項目上采用了Maxwell的產品。如前所述,該項目不僅能回收列車制動時的能量,而且還將回收的多余能量供給所在區域的電力運營商,用于快速調節電網頻率,提高供電質量。早在2012年,ABB就在在費城所屬的東南賓夕法尼亞州交通局(SEPTA)的一個配電站安裝了電池供電的制動能量回收系統。前不久,ABB將Maxwell的超級電容器用于這一系統。超級電容器的加入不僅使能量回收效率得以提升,而且延長了電池的使用壽命。數據表明,此超級電容器和電池的混合能量回收系統能將SEPTA鐵路車輛耗電量降低30%左右。此外,該系統還能使SEPTA為美國電力聯營體(PJM Interconnection Network)提供頻率調節服務。**PJM是一個區域性輸電機構,負責協調特拉華州、伊利諾伊州、印第安納州、肯塔基州、馬里蘭州、密歇根州、新澤西州、北卡羅萊納州、俄亥俄州、賓夕法尼亞州、田納西州、弗吉尼亞州、西弗吉尼亞州和哥倫比亞特區全境或部分地區的電力批發業務。
ABB在費城的鐵路制動能量回收項目項目開創了業界先河:它不僅能夠回收制動能量,而且還可支持快速電網頻率調節,幫助進一步穩定電網,提高供電質量。ABB公司的公共交通運輸儲能業務總監Jacques Poulin表示,鐵路能量回收系統是一種較新的技術,他舉例說,奧斯陸地鐵系統可以把制動能量回收傳輸到其網絡中,但是鐵路當局很少會采集和儲存此類能量。費城項目在全球的獨特之處就是電池和超級電容器組成的混合儲能系統不僅回收儲存制動能量用于列車加速,而且還能夠為本地電網提供功率平衡服務。通過在本地把儲能系統連接到調頻市場,鐵路公司便能夠全天候利用回收的能量資源幫助電網進行調頻,實現創收。
電網運營商需要維持供電與用電需求的平衡,以確保電網頻率保持在小范圍內波動。一般情況下是由熱電廠為電網供電,以滿足用電需求并保持適當頻率。不過近年來,憑借其快速放電的優勢,儲能系統已經開始承擔起頻率調節的任務。
就SEPTA項目而言,現有儲能系統能夠在一秒鐘內快速達到其1.5MW滿載電量,而相比之下熱電廠則需要幾分鐘時間。顯然,快速反應的儲能系統更有利于維持頻率在正常運行范圍。本地電網運營商PJM已經實施了美國聯邦能源管理委員會的新指令,向能夠提供快速調頻服務的供應商支付更高費用。這讓該儲能系統獲得了極富競爭力的經濟效益。SEPTA現有儲能系統每天可以回收1.5~2MWH的能量,這相當于成本是該系統兩倍的太陽能系統的日供電量。SEPTA預計,其系統提供的電網調頻服務每年能夠創收15~20萬美元。
Maxwell科技公司代理總裁兼CEO John Warwick表示:“交通運輸是世界上耗能最大的行業,具備節能降耗減排效應的系統的開發,為我們業界領先的超級電容器技術的長遠發展創造了巨大機遇。”
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