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轨道交通行业全国首台完全自主知识产权飞轮储能装置在青岛地铁3号线投入使用

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青岛地铁积极践行“双碳”目标、打造世界一流绿色地铁取得新成果。记者从青岛地铁新闻通气会上了解到,青岛地铁联合知名科研院所开展技术攻关的飞轮储能技术取得新进展,2台1兆瓦飞轮储能装置4月11日在青岛地铁3号线万年泉路站完成安装调试,并顺利并网应用。在此前一天,青岛地铁13号线3兆瓦分布式光伏发电项目正式并网发电,这是青岛地铁建成启用的首个示范性光伏项目。

收放自如:飞轮储能打破垄断,减少牵引能耗15%

地铁本身是一种绿色低碳环保的交通工具,肩负着“减碳”重任。城市轨道交通车站间距短,列车频繁启动、制动,在运营过程中可以说是“用电大户”。列车在制动(也就是人们常说的“刹车”)过程中会产生数量可观的能量,具有回收利用价值。目前,现有的节能技术、产品,很难支撑新形势下轨道交通行业节能降碳的需要,低碳技术攻关是绕不过的关卡。据统计,轨道交通列车制动产生的能量可达到牵引系统耗能的20%-40%左右,若被充分利用,将显著降低轨道交通运营能耗。青岛地铁3号线的飞轮储能是我国轨道交通行业首台具有完全自主知识产权的兆瓦级飞轮储能装置。

飞轮储能属于物理储能,采用磁悬浮技术,飞轮转子在真空室内,无风阻环境下运行。飞轮储能装置安装于轨道交通牵引变电所内,当列车进站制动时,飞轮吸收能量,将电能转换为动能,转速高达每分钟20000转;当列车出站加速时,飞轮释放能量,将动能转化为电能,释放能量供列车使用,具有极佳的节能和稳压效果。

飞轮储能作为一种高功率密度、高可靠性、长寿命、环境友好的储能技术,相较中压逆变和电容储能技术具有显著优势。可是,飞轮储能技术较为复杂,长期被国外垄断,国内在该领域进行了大量尝试,但整体处于技术开发与验证阶段,尚未得到推广应用。2021年,国家发改委出台《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,指出“加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范”。青岛地铁结合行业需要,与湖北东湖实验室达成战略合作,充分发挥“产学研用”各方优势,在以飞轮储能为代表的轨道交通节能降碳技术领域进行联合攻关,打破国外技术垄断。

两台飞轮储能装置投用后,预计年节电约50万度,30年寿命周期可节电1500万度,节省电费约1065万元。同时,其拥有的网压波动抑制功能可显著提高轨道交通牵引供电系统稳定性,改善供电系统电能质量。

青岛地铁积极联合湖北东湖实验室等科研机构,全面推动飞轮储能装置的推广应用,可实现牵引能耗节约15%,线网每年可节电5000万度,年减少二氧化碳排放约5万吨。未来,青岛地铁全面推广“飞轮+逆变”复合储能、永磁牵引等方案后,可降低线路牵引能耗30%以上,将有力推动青岛地铁乃至整个轨道交通行业实现绿色转型发展,助力国家“双碳”战略目标实现。

逐“光”而行:光伏发电项目年提供330万度清洁电力

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,是国家近年来鼓励发展的新能源产业。

青岛属光资源较丰富地区,具有利用太阳能的良好条件。

凤凰山路站光伏一体化车站

董家口火车站光伏一体化车站

古镇口车辆基地光伏发电航拍图

董家口停车场屋面光伏发电

青岛地铁13号线充分利用场段面积大、高架站居多的优势,成为青岛地铁首条应用分布式光伏发电项目的线路。该项目选取适合光伏发电的古镇口车辆基地、董家口停车场、董家口火车站、凤凰山路站四处场站进行项目建设,总装机容量3兆瓦。其中,车辆段光伏项目充分考虑项目的经济性,所发电量将首先被用到场段的生产、生活用电。董家口火车站和凤凰山路站将车站屋顶传统玻璃构件替换为新型光伏组件,是全国第一批“建筑光伏一体化”应用车站,具有整体性好、美观性强、开发成本低的显著特点。

经估算,青岛地铁光伏发电项目的落地,每年可为青岛地铁13号线提供约330万度的清洁电力供应,年均节约标准煤约1082吨,减排二氧化碳约3290吨,年节约电费234万元,具有显著的生态和经济效益。在地铁行业内,该项目装机容量排名全国第三、北方第一。

多措并举:锚定“建成世界一流绿色地铁”目标

青岛地铁集团党委副书记、总经理张君在新闻通气会上表示,青岛地铁绿色发展秉持“1433”发展规划,即锚定“建成世界一流绿色地铁,实现节电30%,降碳40%”的双碳目标,统筹“安全与节能、效率与节能、服务与节能、投资与节能”四大关系,并坚持创新驱动、智慧赋能,以清洁能源为方向,以节能降耗为重点,按照“新线全面建设应用、既有线改造升级和产业化”三大路径,逐步推进城轨绿色发展。

青岛地铁总体构建出供能、配能、储能、用能、管能“五维一体”的能源管控架构。供能方面,地铁用电除来自城市电网外,还自建光伏、氢能、风力电站等,提升绿电占比;配能方面采用非晶合金、双向变流器等节能型设备,减少输配损耗;储能方面,配置飞轮储能、电容储能等技术,提高能源利用效率;用能方面采用永磁牵引列车、运行图优化、磁悬浮冷水机组、风水联动等技术、设备,降低设备耗能;管能方面建设智慧能源管理平台,以信息化、智慧化手段,实现用能全面管控。

同时,青岛地铁绿色发展将沿着“新线全面建设应用、既有线改造升级和产业化”三大路径逐步推进。一是以“三定、三落、三用”为抓手,实现新建线路全面建设应用,在规划设计阶段,三期规划所有线路全面融入绿色低碳理念,实现70%绿色线路,70%绿色车站,70%绿色场段目标;在设计阶段,从系统设计、功能要求、设备选型、工艺工法等方面落实规划要求及三大行动策略,实现系统头筹,源头降碳;在建设阶段,全面推广应用新工艺、新设备、新材料,实现绿色高效建造。二是以合同能源管理或结合中大修改造,率先打造一条绿色节能示范线,同步启动既有线升级改造,全面呈现光伏、复合储能、永磁牵引、能源管理系统、智慧照明等节能技术。三是全面实现产业化,目前青岛地铁正联合东湖实验室、太阳氢能等科研院所和优质企业,充分发挥产学研用优势,筹建绿色节能公司,研发、推广复合储能、永磁牵引系统、新型能量智能管理系统、氢能装备等先进技术产品,为轨道交通行业提供绿色发展系统解决方案。

近年来,青岛地铁积极践行国家双碳战略,锚定“建成世界一流绿色地铁,实现节电30%,降碳40%”的双碳目标,制定绿色发展行动方案,通过技术创新、智慧赋能,取得多项节能降碳实效。张君表示,青岛地铁作为城轨交通单位,要践行社会责任,引导市民绿色出行;作为大型国企,需要展现企业担当,推动全产业链升级,同时也需要助推城轨行业高质量、可持续发展。未来,青岛地铁将持续推进绿色发展行动方案,践行担当使命,为绿色城轨行业建设贡献力量。

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