隨著我國軌道交通運營總里程的快速增長，城市軌道交通系統用電量也逐年上升，2019年已占到全國總用電量的2.1‰。如何降低地鐵的供電能耗?

近日，北京交通大學自主研發的地面式超級電容/電池混合儲能裝置在北京地鐵八通線梨園站進行掛網試驗。試驗結果表明，這套裝置不但可以回收利用列車再生制動能量，還可以在供電系統突發故障時，利用儲能裝置將列車緊急牽引至地鐵站。夜間單車試驗時，每趟節能率均能達到20%;在地鐵正常運行期間，工作日日均節能1500度電，節能率達13%;而周末日均節能900度電，節能率超過17%。北京市地鐵運營有限公司技術部副部長李宇杰表示，目前，北京市地鐵系統一年的耗電量超過12億度。如果全面使用該技術，即使按照節能率10%計算，一年也能節約用電超過1億度，節省電費幾千萬元。

“這次試驗成功的混合儲能裝置，是繼2016年研發的超級電容儲能系統的第二代產品，相較第一代純超級電容儲能系統，平均每天可多節電150度。”北京交大實驗室負責人楊中平教授一直專注于研究軌道交通超級電容儲能和再生制動能量的吸收和利用。他介紹，這次團隊利用超級電容和鈦酸鋰電池的儲能特性，將列車制動能再生的電能，同時儲存在超級電容和鈦酸鋰電池中。當列車牽引時，再將儲存的能量釋放出來，使再生能量被充分利用起來。

“這是關系整個地鐵系統節能減排的關鍵技術之一。”楊中平解釋，列車牽引用電和其他如車站電梯、扶梯、空調等附屬設備的用電量各占50%左右，地鐵運營電費的一半花在了牽引用電上。“地鐵節能的方式有很多，比如減輕車體總重量、合理安排地鐵發車時間等，還有一種更加重要的節能手段，即回收、利用列車在制動時所產生的能量。”楊中平說，采用此方法，在一節列車從時速70公里減速至靜止的過程中，可以產生大約14度的電能。楊中平預測，高效利用軌道交通車輛的再生能，將成為城市軌道交通節能的主要手段。

交通運輸部科學研究院專家庫聘任專家、北京市地鐵運營有限公司原副總工程師兼設備部副部長黃旭虹表示，國外雖然也有軌道交通的節能技術，但對中國引進有所限制。之前，北京地鐵運營方曾考慮過用國外產品，但光一個站的超級電容設備就要600萬元。“我們的項目從立項開始就受到了國內外多家科研機構和高校的關注，接連收到了許多合作意向，他們認為此次試驗的成功，將推動我國軌道交通領域節能技術的進一步提高，推動我國儲能技術應用進一步發展。”楊中平說。

從科研立項、理論研究、系統建模與仿真、軟硬件設計、樣機的研發，再到設備的安裝、掛網試驗，都有團隊學生深度參與的身影，從立項開始，他們就放棄了寒暑假、國慶等節假日，積極投入其中。“通過親身參與、實踐，使我各方面的能力都得到了提升。這個項目給我們提供了一個踐行‘知行’校訓、不斷思考解決問題的機會。”博士研究生劉宇嫣表示。

伴隨項目進行，同學們也經歷了嚴冬和盛夏的考驗。當實驗設備安裝正處在北京的隆冬時節，為了不影響八通線白天的正常運營，所有安裝和使用工作都必須在深夜12點至3點半進行。而行車和掛網試驗又趕上盛夏，地鐵站配電室內沒有空調和電扇，老師和同學們身上的衣服往往濕透多次。碩士研究生楊浩豐參與了該項目的全過程。在北京地鐵梨園站掛網試驗期間，需要一直在變壓器室觀察、記錄儲能裝置的實驗數據。變壓器室內設備較多，并且噪音很大，他和同學們在設備前一蹲就是一天。

老師們也是如此，項目組林飛、孫湖、方曉春老師一直駐守在試驗現場。掛網試驗要在每天地鐵運行的早中晚高峰進行，于是他每天凌晨3點從家出發，開車近1個小時到達現場后，就投入到緊張的籌備工作中，準備迎接地鐵運營早高峰的試驗。再利用早中晚高峰中間的間隙，進行實驗數據分析，整個暑假都沒有休息。課堂上，楊中平經常這樣告訴學生：作為一名交通領域的科研人，一定要熱愛軌道交通事業，在實踐中發現問題，并將研究做深入，解決更多實際應用問題，這樣的研究也才有意義。