作為“耗電大戶”的地鐵，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗是行業(yè)內(nèi)一直關(guān)注的部分。隨著時(shí)代發(fā)展與技術(shù)的日益成熟，車輛剎車時(shí)會(huì)變成“發(fā)電機(jī)”，產(chǎn)生再生制動(dòng)能量，無(wú)論是地鐵車輛還是汽車，均已普遍適用。面對(duì)再生制動(dòng)能量這個(gè)意外的能量來(lái)源，車輛一般會(huì)有四個(gè)利用方案：直接變成電阻熱耗散掉、給其他的車輛加速用、把能量送回去和把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。相較于前幾種再生能量的利用方式，儲(chǔ)能的技術(shù)方案更具有一般性和在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的推廣價(jià)值，儲(chǔ)能的思想也很早便應(yīng)用在軌道交通領(lǐng)域，例如通過把站臺(tái)部位修高，使得車輛進(jìn)站時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為一部分重力勢(shì)能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，出站時(shí)再轉(zhuǎn)回為動(dòng)能，就對(duì)列車系統(tǒng)的節(jié)能具有顯著效果。
以成都地鐵為例，大多車站都采用了進(jìn)站上坡、出站下坡的設(shè)計(jì)，但是坡度為千分之36，一般乘客是難以感受到的。
事實(shí)上，目前使用的儲(chǔ)能技術(shù)方案，比起單純地把站臺(tái)修高則要復(fù)雜和有效得多，為地鐵系統(tǒng)節(jié)能降耗提供了更多的調(diào)度和使用的靈活性，其能量流轉(zhuǎn)過程如下圖所示，儲(chǔ)能的代表技術(shù)主要有蓄電池儲(chǔ)能、電容儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能3種。
就支出和壽命周期的運(yùn)營(yíng)成本而言，基于電池的系統(tǒng)是最貴的，此外，現(xiàn)在的鋰電池技術(shù)還不能重復(fù)產(chǎn)生滿足地鐵2分鐘及以下典型工作循環(huán)的充放電時(shí)間，因此，對(duì)于應(yīng)用而言，基于電池的系統(tǒng)通常過于龐大，而且電池也需要更多的空間，必須定期替換和控制環(huán)境。
超級(jí)電容器（雙電層電容器）可以進(jìn)行更快的重復(fù)充放電循環(huán)，而且比電池便宜，且不需要過大尺寸即可滿足鐵路再生能量應(yīng)用需要，但其也有局限性。
超級(jí)電容器壽命較短，而且效率隨時(shí)間衰減，因此每隔幾年就得更換一次。目前國(guó)內(nèi)技術(shù)剛剛起步，依舊處于實(shí)驗(yàn)階段，并沒有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，而且電容器組成本較高，國(guó)內(nèi)僅有少量應(yīng)用，如北京5號(hào)線地鐵就安裝有超級(jí)電容儲(chǔ)能設(shè)備。
而第三種——飛輪儲(chǔ)能屬于一種物理儲(chǔ)能方式，它利用的是旋轉(zhuǎn)體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所具備的動(dòng)能來(lái)存儲(chǔ)能量，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流牽引網(wǎng)上的電壓與母線電壓，判斷飛輪是進(jìn)行加速儲(chǔ)能或者減速反饋能量。
當(dāng)對(duì)裝置發(fā)出儲(chǔ)能指令時(shí)，飛輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行儲(chǔ)能工作，隨著制動(dòng)過程減弱，制動(dòng)產(chǎn)生的能量在逐漸下降，飛輪系統(tǒng)停止儲(chǔ)能，當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)直流網(wǎng)網(wǎng)壓降低時(shí)，發(fā)出指令，飛輪減速，向直流牽引網(wǎng)回饋能量。
用飛輪儲(chǔ)能，除了可以吸收過剩的再生能量，還能減小牽引網(wǎng)電壓的波動(dòng)?；陲w輪的能量存儲(chǔ)技術(shù)是經(jīng)過驗(yàn)證的成熟技術(shù)，提供了一種低風(fēng)險(xiǎn)、低成本的解決方案。飛輪具有高可靠性、高耐久性和高可用性，可以以2分鐘的間隔時(shí)間持續(xù)工作而不危害產(chǎn)品壽命。
國(guó)產(chǎn)兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能裝置，一臺(tái)一年省電50萬(wàn)元
2019年7月9日，中國(guó)能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃中的兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)突破，國(guó)產(chǎn)GTR飛輪儲(chǔ)能裝置于8日在北京地鐵房山線廣陽(yáng)城站正式實(shí)現(xiàn)商用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)應(yīng)用飛輪儲(chǔ)能裝置解決城市軌道交通再生制動(dòng)能量回收方式的空白。
這樣的兆瓦級(jí)設(shè)備，每天可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省電能約1500千瓦時(shí)，一年下來(lái)可以節(jié)省用電成本50萬(wàn)元。
飛輪儲(chǔ)能型裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且對(duì)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的技術(shù)要求很高。
