- 頭條同濟大學提出地面超級電容陣列評價指標，功率容量約束配置法更優2021-04-14 作者：沈小軍 曹戈 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語地面儲能技術已成為提升城軌交通節能和供電質量的有效措施，而技術經濟性評價是儲能技術工程應用須解決的重要問題。同濟大學電子與信息工程學院的研究人員沈小軍、曹戈，在2020年第23期《電工技術學報》上撰文，在回顧城軌交通制動能量回收超級電容陣列功率—容量約束配置法與容量約束配置法的基礎上，提出了地面超級電容儲能系統的綜合技術經濟性評價指標并建立了凈收益數學模型，并通過案例對比分析了上述兩種典型配置方法的技術經濟性。
伴隨城軌交通的蓬勃發展，其重要性也日益突出，而其運營則面臨著緊迫的節能減排問題，需進一步提升“綠色”品質。儲能技術能“削峰填谷”，既能提高再生制動能量利用率，又能補償接觸網電壓，提高列車供電品質，降低牽引供電系統損耗，尤其是地面儲能技術具有節能效果好、方便系統維護、不占車體空間等諸多優勢。
超級電容具有功率密度大、循環壽命長和充放電速度快等一系列優點，在制動能量回收用儲能器件選型中備受青睞。眾所周知，儲能系統的技術經濟性是至關重要的，是工程推廣應用需考慮的關鍵因素，開展儲能技術經濟層面評估相關工作以指導技術方案的選擇制定具有理論意義和工程價值。儲能系統的技術經濟性與諸多因素相關，涉及儲能媒介、功能定位、配置方法、控制策略等。
城軌交通制動能量回收儲能技術的經濟性評價工作受到眾多學者的關注。但是，分析現有研究成果發現，城軌交通制動能量回收超級電容儲能陣列大多從技術層面上對比分析了不同的儲能媒介、優化控制策略、改進某種方法的配置流程等，超級電容陣列配置方法僅從基于制動能量回收率方面開展了對比分析，對經濟維度層面的評估較少，未建立綜合技術經濟性評價指標。開展超級電容陣列配置方法的技術經濟性評價與對比分析工作，建立一套兼顧效益和成本的綜合評價體系，對指導超級儲能陣列的配置具有較高的工程實用價值。
基于此，同濟大學電子與信息工程學院的研究人員首先回顧了城軌交通制動能量回收超級電容儲能陣列典型配置方法，然后從技術性能和經濟層面提出了超級電容陣列評價指標，建立了地面超級電容儲能成本回收與凈收益模型，最后通過案例對比分析了典型配置方法的技術經濟性，得出的結論如下：
圖1 超級電容陣列配置流程
圖2 城軌交通系統車網聯合仿真模型
圖3 地面儲能系統基本控制策略流程
1）提出了超級電容陣列的投資、制動能量回收率、能耗減少比、儲能系統的體積、回收成本年限等儲能經濟性評價指標，建立了超級電容陣列凈收益模型，可為評估超級電容儲能技術的經濟性提供參考。
2）案例仿真結果表明，基于功率—容量約束配置法配置的超級電容陣列在性能上的節能效果優于容量約束配置方法，可更有效縮短列車制動電阻開啟持續時間，提高再生制動利用率，節能效果更好。
3）當前技術條件下，功率—容量約束配置法的總投資成本高于容量配置法，但兩者的成本回收年限相近，儲能系統壽命周期內采用功率—容量約束配置法具有更大的經濟效益和社會效益。
4）考慮到超級電容儲能系統具有壽命長、可靠性高的特點，地面超級電容儲能系統在實際工程應用中應優先考慮采用功率—容量雙約束配置法，具體的儲能經濟效益還需結合儲能造價進一步確定。
以上研究成果發表在2020年第23期《電工技術學報》，論文標題為“城軌交通制動能量回收超級電容儲能陣列配置方法對比分析”，作者為沈小軍、曹戈。
