Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 4.
Кацай А. В. Дополнительный расход и экономия оплачиваемой энергии. Условия работы вагонов со СН отличаются от условий работы этих же вагонов с бортовыми накопителями и имеют следующие особенности: 1) П ккс = 0,93; 2) ^сн = "Лбн= 0,64; 3) "Етяги= Em, (в сети со СН масса вагонов и, соответственно, тяговая работа не изменяются в сравнении с вариантом без накопителей); 4) "Енетяги = 0,6062Етяги [нетяговое энергопотребление системы со СН увеличивается в сравнении с таковым у систем без накопителей энергии за счет собственных нужд накопителя (вентиляция, система управления, компенсация просадок напряжения накопительных элементов)]. Из формулы (3) видно, что стационарный накопитель имеет существенно меньшее абсолютное значение омических потерь при обеспечении использования всей энергии рекуперации вагонов на повторное полезное применение для транспортной работы в сравнении с бортовыми накопителями, что отражено в выражении ( 2 ), поскольку ^ ккс >> ^ бн. Этот факт объясняется конфигурацией электрической цепи при эксплуатации стационарных накопителей, отличающейся от конфигурации цепи при использовании бортовых накопителей: - СН сохраняет все перетоки полезной рекуперации от тормозящих вагонов к потребляющим, при которых омические потери в КС составляют всего 7 %; - появляется эффект, когда в ходе зарядки накопителя часть энергии избыточной рекуперации, которая при зарядке стационарного накопителя перетекает к нему по КС от избыточно рекуперирующего тормозящего вагона, непосредственно потребляется полезной сетевой нагрузкой (нетяговой бортовой и стационарной, а также тяговой малой мощности). Такой эффект получил название "эффект КБК2" (Кацай и др., 2022б). Поскольку эта часть избыточной рекуперации не попадает в накопитель, хотя и появляется в сети благодаря ему, то от нее теряется только энергия в КС, т. е. имеют место лишь омические потери в сети (7 %), а не омические потери в накопителе (36 %). Такой эффект невозможен при работе бортовых накопителей, так как вся рекуперация циркулирует между тяговым приводом вагона и бортовым накопителем (рис. 1), в котором омические потери составляют 36 %; - оставшаяся часть избыточной рекуперации принимается в СН, хранится там незначительное время (до появления в КС потребляющего оборудования), после чего выдается накопителем в сеть. Если бортовой накопитель принимает 100 % рекуперации ПС, то стационарный накопитель не участвует в перетоках полезной рекуперации (68,5 % от полного объема рекуперации), позволяет сетевой нагрузке потреблять непосредственно часть избыточной рекуперации ("эффект КБК" составляет 14,7 % от всего объема рекуперации), и оставшийся объем от полного значения рекуперации (16,74 %) накопитель опосредствует своей работой (принимает, хранит и затем выдает в сеть на появившуюся нагрузку). Омические потери бесплатной рекуперации в накопителе (^сн= 0,64) распространяются только на эту последнюю часть; - СН находится на земле, поэтому отсутствуют затраты энергии на его перевозку (тягу) (в отличие от бортовых накопителей, которые перевозятся вагоном как дополнительный балласт к массе тары); - собственное потребление энергии стационарным накопителем (такое же, как и потребление бортового накопителя на его собственные нужды) лишь частично удовлетворяется оплачиваемой энергией от тяговой подстанции (пропорционально его коэффициенту загрузки). Остальная часть электропотребления на собственные нужды СН удовлетворяется за счет избыточной энергии рекуперации вагонов в периоды, когда накопитель принимает или выдает избыточную энергию рекуперации (бесплатную). В это время напряжение на клеммах накопителя формируется в процессе оборота избыточной рекуперации и всегда выше, чем формируемое в этой точке цепи напряжение от ТП. Как показала длительная эксплуатация стационарного накопителя типа НКЭ-3Г в КС трамвая (Кацай и др., 2023б), снижение потребления оплачиваемой энергии от ТП в сравнении с вариантом отсутствия накопителей энергии (когда только часть полной рекуперации становится полезной - перетекает по КС к потребляющим вагонам), составляет 10 %. Затраты на обслуживание одного стационарного накопителя суперконденсаторного типа такие же, как и для аналогичного одного бортового накопителя. Если применяется в качестве СН маховичный накопитель, обладающий более простой конструкцией накопительного элемента, то его обслуживание для транспортного предприятия обойдется значительно дешевле (все остальные подсистемы его аналогичны таковым у суперконденсаторных устройств: силовой преобразователь, система вентиляции, система контроля и управления). Срок службы маховичной системы вдвое превышает срок службы суперконденсаторов. Следует упомянуть также и о необходимости затрат сетевой энергии на поддержание минимального уровня заряда накопительных элементов СН. Разработчики и исследователи БН отмечают, что в среднем за рабочий день бортовой накопитель производит 400 циклов зарядки/разрядки (именно столько торможений с рекуперацией делает одна единица ПС за день). Некоторые исследователи указывают, что этот показатель 2 Эффект КБК - процесс электропитания полезной сетевой нагрузки, перенаправленной избыточной энергией рекуперации подвижного состава в ходе зарядки стационарного накопителя (эффект Кацая - Бизяева - Козаревича). 380
Made with FlippingBook
RkJQdWJsaXNoZXIy MTUzNzYz