近日，北京交通大学宣布自主研发的世界首套城轨交通地面式超级电容/电池混合储能装置，在北京地铁八通线梨园站挂网试验成功。该装置能回收利用列车再生制动能量，降低城轨列车能耗10%—15%。该装置的研发团队是杨林实验室，负责人是杨中平教授和林飞教授。他们预测，高效利用轨道交通车辆的再生能量，将成为城市轨道交通节能的主要手段。
什么是牵引用电？什么是再生制动能量？杨中平说，地铁在站间运行，先经历牵引阶段，车辆由静止开始加速，电机消耗大功率从而产生牵引力，车辆加速到如70公里/小时的限速；之后进入等速巡航阶段或惰行阶段，电网只需要小功率即可维持巡航；车辆快到站时，进入制动阶段，车速降为0。
能量守恒定律告诉我们：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会转移或者改变形式。'经测算，6节车厢的八通线地铁列车一次制动，从70公里/小时降到0，产生的再生制动能量大约是14度电，因为无法返回公共电网的大池子，怎样把这部分能量储存起来并有效释放利用起来？'这个问题可以简要解释杨&林实验室的工作。
这对整个地铁系统的节能减排意义有多大？要想搞明白这项研发的价值，得先弄明白一个'50%'。杨中平解释说，列车牵引用电和其他如车站电梯、扶梯、空调等附属设备的用电量各占50%左右，地铁运营电费的一半花在了牵引用电上！这是关系整个地铁系统节能减排的关键技术之一。
从2007年，杨&林实验室就开始做小功率的储能装置，慢慢地，10千瓦、200千瓦，随之自主研发我国首套一兆瓦的地面超级电容，2016年在八通线试验成功。该储能装置已在青岛、广州等地多条地铁线路投运，节能效果显著。
本次试验成功的混合储能装置，是继2016年研发的超级电容储能系统的第二代产品，相较第一代纯超级电容储能系统，平均每天可多节电150度。当列车牵引时，再将储存的能量释放出来，使再生能量被充分利用起来。此外，该装置可减少列车基础制动磨损，提高城市轨道交通运营安全性和可靠性，降低运营维护成本，延长车辆设备使用寿命。
（北京交通大学师生根据试验波形对储能装置参数进行调整）
该研发团队在北京八通线梨园站试验的结果表明，夜间单车运行时，每趟节能率均能达到20％；在地铁正常运行期间，工作日日均节能1500度电，节能率达13％；而周末日均节能900度电，节能率超过17%。
'可以说，我们的成果降低地铁能耗的10％—15％是没有问题的。'林飞说。这意味着什么？就拿北京地铁来说，总里程600多公里，2019年耗电量为16亿度电，能节约1亿多度电，一度工业用电按0.8元来算，折合人民币1亿元左右。
北京市地铁运营有限公司技术部副部长李宇杰说，节能是北京'智慧地铁'的一项重要需求，杨中平和林飞的团队面向行业需求开展研究下一代储能装置，效果显著，是国际上真正的第一个兆瓦级混合型储能装置，有很强的推广价值。
从科研立项、理论研究、系统建模与仿真、软硬件设计、样机的研发，再到设备的安装、挂网试验，从第一代产品到第二代，凝聚了团队师生无数心血。
当时试验设备安装正处在北京隆冬时节，为了不影响八通线白天的正常运营，所有安装和使用工作都必须在凌晨12点至3点半进行。这个昼伏夜出的团队，见证了北京无数个凌晨。
从2017年研究被纳入国家'十三五'重点研发计划，到2018年方案设计、样机研制，到2019年采购、组装、调试，在北京交大长三角研究院长达几个月的试验，林飞说，研究碰到了数不清的困难，'所幸我们带着一茬茬的学生挺过来了'。
在众多参与学生中，秦强强、艾明成、杨浩丰、陶孝涛、刘宇嫣、信月、兰笠夫、刘耀文、宋美玉、赵紫薇、米佳雨等11人作为主力参与了项目。今年上半年，因为疫情影响，学生们无法回到校园居住，团队只好在通州租了房子，方便队员研究，从6月一直住到9月。
硕士研究生杨浩丰参与了项目的全过程。在北京地铁梨园站挂网试验期间，需要一直在变压器室观察、记录储能装置的试验数据，他和同学们在设备前一蹲就是一天。变压器室内设备较多，噪音很大，而且北京地铁管理严格，大门不能打开，他们在接近40摄氏度的燥热环境里，苦苦熬着。
网压问题、信号干扰、不明原因跳闸……面对学校电脑里永远碰不到的难题，学生们在老师的指导下，挨个排除故障，找出方案。研二学生兰笠夫，数不清自己接了多少根线。
杨中平说：'一代更比一代强，他们比我读书时的眼界宽多了。只要给他们足够的条件和环境，这些90后的科研后备军就能担负重任，这是我最欣慰的地方，感觉人生没有白活一场。'
杨林实验室隶属于北京交通大学电气工程学院电力电子研究所，致力于现代轨道交通技术领域的研究。实验室目前主要有轨道交通牵引传动、系统节能、无线电能传输等研究方向，组建了牵引电机控制、新器件应用、系统耦合分析、再生能量利用、WPT等研究小组。近年来，实验室承担了多项轨道交通领域的国家重点研发计划、国家科技支撑计划、973项目、863项目等国家级和省部级课题，并与中车四方股份、四方研究所、北京地铁、北京城建院、美国Maxwell、日本东芝、日本富士、日本贵弥功等公司建立了长期合作关系，秉承'知行合一'的理念，期待用自己的勤奋和智慧，为轨道交通事业贡献自己的力量！
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