施耐德电气如何助力城市轨道交通低碳绿色运行

在乘坐新能源车的时候，你是否偶尔会有一种异样的“顿挫感”？

这其实可能要归因到新能源车的“动力回收系统”。但你知道吗：城市轨道交通系统也有叫做“再生制动”的类似设计，用于提升能源使用效率、助力城轨低碳绿色运行。

城轨交通制动系统分为哪几类、又是如何做到再生制动与能量回收？施耐德电气发布《城市轨道交通牵引供电再生制动和能量回收系统》，明晰再生制动系统要点，为城市轨道交通事业高效进化提供更多“绿色引力”。

制动系统，潜在的节能良机

截至2024年12月，中国内地城市轨道交通线路达325条、运营里程达10945.6km，稳居世界第一，可谓名副其实的交通强国。但朝向更快、更广阔发展的城轨交通行业同时也是“用能大户”，在双碳目标的时代背景下，也面临着让用能更高效、运营更低碳的挑战。

众所周知，列车在启动、行驶、制动的过程中具有大量的动能，城轨交通启制动频繁，制动能量相当可观，如果能够妥善回收利用，对于能源使用效率与经济效益的提升都大有裨益！

列车制动根据制动形式可以分为机械制动和电制动

其中电制动被广泛采用并与空气制动协调配合，构成了日常运行中主要的制动系统。机械制动虽然有易磨损、能源无法回收等弱势之处，但其可靠可控的优点使之成为了车辆制动系统的最后安全保障与必选项。

电制动根据能量利用方式可以分为四大类：耗能式、储能式、能馈式、双向逆变式。其中耗能式采用电阻将电能转化为热能的方式进行制动，制动能量会大量浪费；储能式、能馈式、双向逆变式均可借助储能技术和能量回收技术的应用，实现制动能量的再生利用，所以又可称为再生制动。

通过制动能量再生系统，城市轨道交通可以提升电能利用率、提升供电可靠性、实现节能减排与“削峰填谷”，可谓好处多多。以北京地铁5号线为例，日平均用电量可达约300万度，其中牵引电用电量约占 49%（2008年数据），依托制动能量再生系统每天可回收的制动能量约为22万度电，折合70吨标煤。

再生制动，发掘“绿色引力”

如此可观的节能效果，再生制动又是如何做到的？首先，电动车辆需具备四象限牵引变流器，制动时牵引电机切换到发电模式，将产生的电能经变流器整流和逆变回馈到牵引网，若制动能量无法被完全吸收，则由牵引变电所的再生制动能量吸收装置出动，吸收多余再生电流，保证车辆再生电流持续稳定并限制牵引网电压的进一步升高。

而在不同能量利用方式中，逆变式仅有“削峰”作用、没有“填谷”功能，此处暂不赘述。储能型与能馈型则各有所长——

储能型再生制动装置主要采用可控硅逆变器将再生制动能量吸收到大容量电容器组、电池组或飞轮单元中，在列车起动、加速时释放电能，起到“削峰填谷”的作用。不同的储能方式也有自己各异的特点：

01飞轮储能响应速度快、功率密度高、寿命长且环保友好，但能量密度略低且一次投资成本更高。

02超级电容储能能量密度更高、响应速度快、成本低，但缺点是寿命受限于电容。

能馈型再生制动装置由逆变单元和变压器两部分组成

逆变单元将直流侧制动能量转化为交流电，经变压器升压或降压回送到中压或低压系统。按照交流侧输出电压等级可以分为中压逆变回馈和低压逆变回馈两种：中压能馈装置自身具有四象限工作能力，能够将列车再生制动能量反馈回交流中压电网再利用，还可以为列车提供牵引能量；而受制于逆变电压等级（0.4kV）与可控硅器件生产工艺，低压逆变装置仍需加装消耗电阻以消耗超出部分能源。

虽然再生制动产生的可利用能量相当可观，但地铁牵引供电系统普遍采用12/24脉波整流机组，能量只能由电网向直流牵引母线单向流动，电网却不能吸收再生制动能量。但借助双向变流器可实现交流电与直流电的转换，列车牵引时将交流电能输送给直流牵引网、制动时将再生制动能量回馈给交流电网，还可集成谐波治理、无功补偿、协同吸收等多种功能，提高供电系统电能质量，未来可期。

城市轨道交通的发展，为居民出行提供了更多“动态”的便利，但是在不断变化的时代需求下，更加高能效、低浪费的理想蓝图却隐藏在制动这一“静态”环节之中。在未来，施家将依托多样的创新解决方案及行业经验，继续赋能城市能源与资源的合理化利用，为城市轨道交通的高质量发展与绿色转型贡献智慧。