上海2014年6月4日電 /美通社/ -- 美國(guó)費(fèi)城地區(qū)的鐵路制動(dòng)能量回收項(xiàng)目中，鋰電池和Maxwell的超級(jí)電容器組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅回收制動(dòng)時(shí)的能量用于列車加速，而且還可將多余的儲(chǔ)存能量供給所在區(qū)域的電力運(yùn)營(yíng)商，用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率。這不僅提高了供電質(zhì)量，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)商而言，還是額外的收入。
列車在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生巨大的動(dòng)能，但在停靠站臺(tái)的制動(dòng)減速過(guò)程中，該能量通常是通過(guò)制動(dòng)電阻消耗浪費(fèi)掉。一種節(jié)約能源的設(shè)計(jì)是將該部分制動(dòng)能量反送至電網(wǎng)，供給其他負(fù)荷使用。但該方案的缺陷是反送的能量若過(guò)大，則有可能造成電網(wǎng)局部電壓過(guò)高。目前來(lái)說(shuō)較有效的解決方案是使用儲(chǔ)能設(shè)備回收制動(dòng)能量，然后在列車啟動(dòng)時(shí)，釋放該能量用于列車加速。這不僅能有效節(jié)約能量，而且能避免列車在制動(dòng)和加速過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。這樣的方案已經(jīng)成功地應(yīng)用到城市的地鐵和輕軌系統(tǒng)，并逐漸推廣。但在鐵路系統(tǒng)，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)回收列車制動(dòng)時(shí)的能量還是一個(gè)較新的技術(shù)。
列車在剎車和加速時(shí)，時(shí)間短暫但功率很大。常規(guī)的電池滿足不了大功率的運(yùn)行需求。而這正是超級(jí)電容器的強(qiáng)項(xiàng)：它能大電流充放電，大功率運(yùn)行。此外，若有頻繁的列車啟停，則要求用于能量回收的儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速充放電，且充放電次數(shù)多，壽命長(zhǎng)。和常規(guī)的通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生和儲(chǔ)存能量的電池不同，超級(jí)電容器的充放電過(guò)程是通過(guò)離子的移動(dòng)而產(chǎn)生的，即是個(gè)物理過(guò)程。因此它的壽命很長(zhǎng)，以Maxwell的超級(jí)電容器為例，其典型的充放電次數(shù)可達(dá)1百萬(wàn)次。此外靜電場(chǎng)儲(chǔ)能的機(jī)制使得它的充放電速度很快。因此，超級(jí)電容器完全可以滿足列車頻繁啟停的要求。
Maxwell是超級(jí)電容器開發(fā)，設(shè)計(jì)，制造和應(yīng)用的業(yè)界領(lǐng)先者。其獨(dú)有的干電極制造專利技術(shù)保證了其產(chǎn)品的高可靠性和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性。Maxwell的超級(jí)電容器產(chǎn)品線廣泛，涵蓋了1-3000F的單體和16V-160F的模塊。其產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用在交通，電力，工業(yè)系統(tǒng)和電子產(chǎn)品等不同領(lǐng)域。以交通行業(yè)為例，Maxwell的超級(jí)電容器已用在小汽車啟停系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定模塊，城市混合動(dòng)力大巴的能量回收系統(tǒng)以及軌道交通的能量回收系統(tǒng)。
Maxwell超級(jí)電容器在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)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(tǒng)。該系統(tǒng)已在歐洲的城市如西班牙的馬德里和德國(guó)的德累斯頓安全穩(wěn)定運(yùn)行至今。西門子還采用Maxwell的超級(jí)電容器模塊用于它的混合能量回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)已于2008年在葡萄牙的里斯本運(yùn)行，并將于2015年用于卡塔爾的多哈的軌道交通系統(tǒng)。除了西門子之外，龐巴迪，韓國(guó)的Woojin和美國(guó)的American Maglev等都采用Maxwell的超級(jí)電容器單體或模塊用于他們的能量回收系統(tǒng)。中國(guó)的北車也采用Maxwell的模塊用于沈陽(yáng)的輕軌。
鑒于Maxwell超級(jí)電容器的高可靠性，廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，和良好的運(yùn)行記錄，全球工業(yè)巨頭ABB在美國(guó)費(fèi)城地區(qū)的鐵路能量回收項(xiàng)目上采用了Maxwell的產(chǎn)品。如前所述，該項(xiàng)目不僅能回收列車制動(dòng)時(shí)的能量，而且還將回收的多余能量供給所在區(qū)域的電力運(yùn)營(yíng)商，用于快速調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率，提高供電質(zhì)量。早在2012年，ABB就在在費(fèi)城所屬的東南賓夕法尼亞州交通局(SEPTA)的一個(gè)配電站安裝了電池供電的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)。前不久，ABB將Maxwell的超級(jí)電容器用于這一系統(tǒng)。超級(jí)電容器的加入不僅使能量回收效率得以提升，而且延長(zhǎng)了電池的使用壽命。數(shù)據(jù)表明，此超級(jí)電容器和電池的混合能量回收系統(tǒng)能將SEPTA鐵路車輛耗電量降低30%左右。此外，該系統(tǒng)還能使SEPTA為美國(guó)電力聯(lián)營(yíng)體(PJM Interconnection Network)提供頻率調(diào)節(jié)服務(wù)。**PJM是一個(gè)區(qū)域性輸電機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)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(qū)全境或部分地區(qū)的電力批發(fā)業(yè)務(wù)。
ABB在費(fèi)城的鐵路制動(dòng)能量回收項(xiàng)目項(xiàng)目開創(chuàng)了業(yè)界先河：它不僅能夠回收制動(dòng)能量，而且還可支持快速電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)，幫助進(jìn)一步穩(wěn)定電網(wǎng)，提高供電質(zhì)量。ABB公司的公共交通運(yùn)輸儲(chǔ)能業(yè)務(wù)總監(jiān)Jacques Poulin表示，鐵路能量回收系統(tǒng)是一種較新的技術(shù)，他舉例說(shuō)，奧斯陸地鐵系統(tǒng)可以把制動(dòng)能量回收傳輸?shù)狡渚W(wǎng)絡(luò)中，但是鐵路當(dāng)局很少會(huì)采集和儲(chǔ)存此類能量。費(fèi)城項(xiàng)目在全球的獨(dú)特之處就是電池和超級(jí)電容器組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅回收儲(chǔ)存制動(dòng)能量用于列車加速，而且還能夠?yàn)楸镜仉娋W(wǎng)提供功率平衡服務(wù)。通過(guò)在本地把儲(chǔ)能系統(tǒng)連接到調(diào)頻市場(chǎng)，鐵路公司便能夠全天候利用回收的能量資源幫助電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收。
電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需要維持供電與用電需求的平衡，以確保電網(wǎng)頻率保持在小范圍內(nèi)波動(dòng)。一般情況下是由熱電廠為電網(wǎng)供電，以滿足用電需求并保持適當(dāng)頻率。不過(guò)近年來(lái)，憑借其快速放電的優(yōu)勢(shì)，儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)開始承擔(dān)起頻率調(diào)節(jié)的任務(wù)。
就SEPTA項(xiàng)目而言，現(xiàn)有儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在一秒鐘內(nèi)快速達(dá)到其1.5MW滿載電量，而相比之下熱電廠則需要幾分鐘時(shí)間。顯然，快速反應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)更有利于維持頻率在正常運(yùn)行范圍。本地電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商PJM已經(jīng)實(shí)施了美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)的新指令，向能夠提供快速調(diào)頻服務(wù)的供應(yīng)商支付更高費(fèi)用。這讓該儲(chǔ)能系統(tǒng)獲得了極富競(jìng)爭(zhēng)力的經(jīng)濟(jì)效益。SEPTA現(xiàn)有儲(chǔ)能系統(tǒng)每天可以回收1.5~2MWH的能量，這相當(dāng)于成本是該系統(tǒng)兩倍的太陽(yáng)能系統(tǒng)的日供電量。SEPTA預(yù)計(jì)，其系統(tǒng)提供的電網(wǎng)調(diào)頻服務(wù)每年能夠創(chuàng)收15~20萬(wàn)美元。
Maxwell科技公司代理總裁兼CEO John Warwick表示：“交通運(yùn)輸是世界上耗能較大的行業(yè)，具備節(jié)能降耗減排效應(yīng)的系統(tǒng)的開發(fā)，為我們業(yè)界領(lǐng)先的超級(jí)電容器技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展創(chuàng)造了巨大機(jī)遇。”
