在乘坐新能源車的時(shí)候，你是否偶爾會(huì)有一種異樣的“頓挫感”？

這其實(shí)可能要?dú)w因到新能源車的“動(dòng)力回收系統(tǒng)”。但你知道嗎：城市軌道交通系統(tǒng)也有叫做“再生制動(dòng)”的類似設(shè)計(jì)，用于提升能源使用效率、助力城軌低碳綠色運(yùn)行。

城軌交通制動(dòng)系統(tǒng)分為哪幾類、又是如何做到再生制動(dòng)與能量回收？施耐德電氣發(fā)布《城市軌道交通牽引供電再生制動(dòng)和能量回收系統(tǒng)》，明晰再生制動(dòng)系統(tǒng)要點(diǎn)，為城市軌道交通事業(yè)高效進(jìn)化提供更多“綠色引力”。

制動(dòng)系統(tǒng)，潛在的節(jié)能良機(jī)

截至2024年12月，中國(guó)內(nèi)地城市軌道交通線路達(dá)325條、運(yùn)營(yíng)里程達(dá)10945.6km，穩(wěn)居世界第一，可謂名副其實(shí)的交通強(qiáng)國(guó)。但朝向更快、更廣闊發(fā)展的城軌交通行業(yè)同時(shí)也是“用能大戶”，在雙碳目標(biāo)的時(shí)代背景下，也面臨著讓用能更高效、運(yùn)營(yíng)更低碳的挑戰(zhàn)。

眾所周知，列車在啟動(dòng)、行駛、制動(dòng)的過程中具有大量的動(dòng)能，城軌交通啟制動(dòng)頻繁，制動(dòng)能量相當(dāng)可觀，如果能夠妥善回收利用，對(duì)于能源使用效率與經(jīng)濟(jì)效益的提升都大有裨益！

列車制動(dòng)根據(jù)制動(dòng)形式可以分為機(jī)械制動(dòng)和電制動(dòng)

其中電制動(dòng)被廣泛采用并與空氣制動(dòng)協(xié)調(diào)配合，構(gòu)成了日常運(yùn)行中主要的制動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械制動(dòng)雖然有易磨損、能源無(wú)法回收等弱勢(shì)之處，但其可靠可控的優(yōu)點(diǎn)使之成為了車輛制動(dòng)系統(tǒng)的最后安全保障與必選項(xiàng)。

電制動(dòng)根據(jù)能量利用方式可以分為四大類：耗能式、儲(chǔ)能式、能饋式、雙向逆變式。其中耗能式采用電阻將電能轉(zhuǎn)化為熱能的方式進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)能量會(huì)大量浪費(fèi)；儲(chǔ)能式、能饋式、雙向逆變式均可借助儲(chǔ)能技術(shù)和能量回收技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的再生利用，所以又可稱為再生制動(dòng)。

通過制動(dòng)能量再生系統(tǒng)，城市軌道交通可以提升電能利用率、提升供電可靠性、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與“削峰填谷”，可謂好處多多。以北京地鐵5號(hào)線為例，日平均用電量可達(dá)約300萬(wàn)度，其中牽引電用電量約占 49%（2008年數(shù)據(jù)），依托制動(dòng)能量再生系統(tǒng)每天可回收的制動(dòng)能量約為22萬(wàn)度電，折合70噸標(biāo)煤。

再生制動(dòng)，發(fā)掘“綠色引力”

如此可觀的節(jié)能效果，再生制動(dòng)又是如何做到的？首先，電動(dòng)車輛需具備四象限牽引變流器，制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)切換到發(fā)電模式，將產(chǎn)生的電能經(jīng)變流器整流和逆變回饋到牽引網(wǎng)，若制動(dòng)能量無(wú)法被完全吸收，則由牽引變電所的再生制動(dòng)能量吸收裝置出動(dòng)，吸收多余再生電流，保證車輛再生電流持續(xù)穩(wěn)定并限制牽引網(wǎng)電壓的進(jìn)一步升高。

而在不同能量利用方式中，逆變式僅有“削峰”作用、沒有“填谷”功能，此處暫不贅述。儲(chǔ)能型與能饋型則各有所長(zhǎng)——

儲(chǔ)能型再生制動(dòng)裝置主要采用可控硅逆變器將再生制動(dòng)能量吸收到大容量電容器組、電池組或飛輪單元中，在列車起動(dòng)、加速時(shí)釋放電能，起到“削峰填谷”的作用。不同的儲(chǔ)能方式也有自己各異的特點(diǎn)：

01飛輪儲(chǔ)能響應(yīng)速度快、功率密度高、壽命長(zhǎng)且環(huán)保友好，但能量密度略低且一次投資成本更高。

02超級(jí)電容儲(chǔ)能能量密度更高、響應(yīng)速度快、成本低，但缺點(diǎn)是壽命受限于電容。

能饋型再生制動(dòng)裝置由逆變單元和變壓器兩部分組成

逆變單元將直流側(cè)制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為交流電，經(jīng)變壓器升壓或降壓回送到中壓或低壓系統(tǒng)。按照交流側(cè)輸出電壓等級(jí)可以分為中壓逆變回饋和低壓逆變回饋兩種：中壓能饋裝置自身具有四象限工作能力，能夠?qū)⒘熊囋偕苿?dòng)能量反饋回交流中壓電網(wǎng)再利用，還可以為列車提供牽引能量；而受制于逆變電壓等級(jí)（0.4kV）與可控硅器件生產(chǎn)工藝，低壓逆變裝置仍需加裝消耗電阻以消耗超出部分能源。

雖然再生制動(dòng)產(chǎn)生的可利用能量相當(dāng)可觀，但地鐵牽引供電系統(tǒng)普遍采用12/24脈波整流機(jī)組，能量只能由電網(wǎng)向直流牽引母線單向流動(dòng)，電網(wǎng)卻不能吸收再生制動(dòng)能量。但借助雙向變流器可實(shí)現(xiàn)交流電與直流電的轉(zhuǎn)換，列車牽引時(shí)將交流電能輸送給直流牽引網(wǎng)、制動(dòng)時(shí)將再生制動(dòng)能量回饋給交流電網(wǎng)，還可集成諧波治理、無(wú)功補(bǔ)償、協(xié)同吸收等多種功能，提高供電系統(tǒng)電能質(zhì)量，未來可期。

城市軌道交通的發(fā)展，為居民出行提供了更多“動(dòng)態(tài)”的便利，但是在不斷變化的時(shí)代需求下，更加高能效、低浪費(fèi)的理想藍(lán)圖卻隱藏在制動(dòng)這一“靜態(tài)”環(huán)節(jié)之中。在未來，施家將依托多樣的創(chuàng)新解決方案及行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)賦能城市能源與資源的合理化利用，為城市軌道交通的高質(zhì)量發(fā)展與綠色轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)智慧。