在乘坐新能源車的時候，你是否偶爾會有一種異樣的“頓挫感”？

這其實可能要歸因到新能源車的“動力回收系統(tǒng)”。但你知道嗎：城市軌道交通系統(tǒng)也有叫做“再生制動”的類似設計，用于提升能源使用效率、助力城軌低碳綠色運行。

城軌交通制動系統(tǒng)分為哪幾類、又是如何做到再生制動與能量回收？施耐德電氣發(fā)布《城市軌道交通牽引供電再生制動和能量回收系統(tǒng)》，明晰再生制動系統(tǒng)要點，為城市軌道交通事業(yè)高效進化提供更多“綠色引力”。

制動系統(tǒng)，潛在的節(jié)能良機

截至2024年12月，中國內地城市軌道交通線路達325條、運營里程達10945.6km，穩(wěn)居世界第一，可謂名副其實的交通強國。但朝向更快、更廣闊發(fā)展的城軌交通行業(yè)同時也是“用能大戶”，在雙碳目標的時代背景下，也面臨著讓用能更高效、運營更低碳的挑戰(zhàn)。

眾所周知，列車在啟動、行駛、制動的過程中具有大量的動能，城軌交通啟制動頻繁，制動能量相當可觀，如果能夠妥善回收利用，對于能源使用效率與經濟效益的提升都大有裨益！

列車制動根據(jù)制動形式可以分為機械制動和電制動

其中電制動被廣泛采用并與空氣制動協(xié)調配合，構成了日常運行中主要的制動系統(tǒng)。機械制動雖然有易磨損、能源無法回收等弱勢之處，但其可靠可控的優(yōu)點使之成為了車輛制動系統(tǒng)的最后安全保障與必選項。

電制動根據(jù)能量利用方式可以分為四大類：耗能式、儲能式、能饋式、雙向逆變式。其中耗能式采用電阻將電能轉化為熱能的方式進行制動，制動能量會大量浪費；儲能式、能饋式、雙向逆變式均可借助儲能技術和能量回收技術的應用，實現(xiàn)制動能量的再生利用，所以又可稱為再生制動。

通過制動能量再生系統(tǒng)，城市軌道交通可以提升電能利用率、提升供電可靠性、實現(xiàn)節(jié)能減排與“削峰填谷”，可謂好處多多。以北京地鐵5號線為例，日平均用電量可達約300萬度，其中牽引電用電量約占 49%（2008年數(shù)據(jù)），依托制動能量再生系統(tǒng)每天可回收的制動能量約為22萬度電，折合70噸標煤。

再生制動，發(fā)掘“綠色引力”

如此可觀的節(jié)能效果，再生制動又是如何做到的？首先，電動車輛需具備四象限牽引變流器，制動時牽引電機切換到發(fā)電模式，將產生的電能經變流器整流和逆變回饋到牽引網，若制動能量無法被完全吸收，則由牽引變電所的再生制動能量吸收裝置出動，吸收多余再生電流，保證車輛再生電流持續(xù)穩(wěn)定并限制牽引網電壓的進一步升高。

而在不同能量利用方式中，逆變式僅有“削峰”作用、沒有“填谷”功能，此處暫不贅述。儲能型與能饋型則各有所長——

儲能型再生制動裝置主要采用可控硅逆變器將再生制動能量吸收到大容量電容器組、電池組或飛輪單元中，在列車起動、加速時釋放電能，起到“削峰填谷”的作用。不同的儲能方式也有自己各異的特點：

01飛輪儲能響應速度快、功率密度高、壽命長且環(huán)保友好，但能量密度略低且一次投資成本更高。

02超級電容儲能能量密度更高、響應速度快、成本低，但缺點是壽命受限于電容。

能饋型再生制動裝置由逆變單元和變壓器兩部分組成

逆變單元將直流側制動能量轉化為交流電，經變壓器升壓或降壓回送到中壓或低壓系統(tǒng)。按照交流側輸出電壓等級可以分為中壓逆變回饋和低壓逆變回饋兩種：中壓能饋裝置自身具有四象限工作能力，能夠將列車再生制動能量反饋回交流中壓電網再利用，還可以為列車提供牽引能量；而受制于逆變電壓等級（0.4kV）與可控硅器件生產工藝，低壓逆變裝置仍需加裝消耗電阻以消耗超出部分能源。

雖然再生制動產生的可利用能量相當可觀，但地鐵牽引供電系統(tǒng)普遍采用12/24脈波整流機組，能量只能由電網向直流牽引母線單向流動，電網卻不能吸收再生制動能量。但借助雙向變流器可實現(xiàn)交流電與直流電的轉換，列車牽引時將交流電能輸送給直流牽引網、制動時將再生制動能量回饋給交流電網，還可集成諧波治理、無功補償、協(xié)同吸收等多種功能，提高供電系統(tǒng)電能質量，未來可期。

城市軌道交通的發(fā)展，為居民出行提供了更多“動態(tài)”的便利，但是在不斷變化的時代需求下，更加高能效、低浪費的理想藍圖卻隱藏在制動這一“靜態(tài)”環(huán)節(jié)之中。在未來，施家將依托多樣的創(chuàng)新解決方案及行業(yè)經驗，繼續(xù)賦能城市能源與資源的合理化利用，為城市軌道交通的高質量發(fā)展與綠色轉型貢獻智慧。