鐵路系統(tǒng)中能量存儲(chǔ)設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

隨著全球鐵路系統(tǒng)的電氣化進(jìn)程加快，各種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)（Energy Storage Systems, ESS）技術(shù)也隨之發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展也反作用鐵路ESS在提升能效、降低排放中的應(yīng)用形式的發(fā)展，此時(shí)不同的ESS技術(shù)，也都會(huì)因各種面臨著缺陷被放大的挑戰(zhàn)。

鐵路電氣化與能量存儲(chǔ)

當(dāng)前，鐵路行業(yè)注重提升效率和減少排放，全球范圍內(nèi)的電氣化趨勢(shì)為鐵路ESS帶來(lái)了新的應(yīng)用機(jī)遇。再生剎車技術(shù)的應(yīng)用能有效轉(zhuǎn)換并重復(fù)使用動(dòng)能，而ESS則在這一過(guò)程中扮演著核心角色。同時(shí)鐵路系統(tǒng)融合可再生能源和ESS也得到了熱度。

ESS的種類及其在鐵路系統(tǒng)中的運(yùn)用

鐵路系統(tǒng)中常見(jiàn)的ESS包括飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)雙層電容器（EDLCs）、各類電池系統(tǒng)、燃料電池及超導(dǎo)磁性能源儲(chǔ)存（SMES）系統(tǒng)等，它們各有優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。如飛輪系統(tǒng)通過(guò)磁懸浮軸承減少能量損失，而EDLCs通過(guò)碳材料電極實(shí)現(xiàn)高效率電能存儲(chǔ)。電池如鉛酸、鎳基、鈉基、鋰離子以及液流電池等，則根據(jù)不同應(yīng)用需求提供多樣化的選擇。氫燃料電池和超導(dǎo)磁力儲(chǔ)能均為高新技術(shù)應(yīng)用。此外，為了滿足不同的能量和功率需求，混合能源儲(chǔ)存系統(tǒng)（HESS）的應(yīng)用也越發(fā)普遍。

鐵路車輛中的再生剎車能源（RBE）管理通常有三種解決方案：(i)同步牽引電源供應(yīng)線上的負(fù)載；(ii)將RBE反饋至外部電網(wǎng)；(iii)在ESS中存儲(chǔ)RBE。

ESS技術(shù)

法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鐵路ESS的商用化和大規(guī)模應(yīng)用起到?jīng)Q定性的作用。對(duì)ESS的重要性的公認(rèn)，尤其是在制定能源效率和環(huán)境可持續(xù)性的法規(guī)中，已經(jīng)成為推動(dòng)其發(fā)展的一個(gè)重要因素。我們要從多個(gè)方面，如能量密度、功率密度、效率、自放電率、存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)、壽命、成本與環(huán)境影響，以選擇不同ESS技術(shù)適用于不同場(chǎng)景下的原因。甚至在ESS的位置上，也可以在鐵路系統(tǒng)中分為兩類，即在軌道旁和在現(xiàn)有牽引變電站內(nèi)。這所有的跡象都表明系統(tǒng)化的ESS技術(shù)正在完善，“專用”、“系統(tǒng)”會(huì)成為它發(fā)展的方向。經(jīng)濟(jì)性是決定鐵路ESS應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前，高成本和電力電子設(shè)備的高維護(hù)費(fèi)用仍然使得許多大型鐵路ESS的實(shí)施成為問(wèn)題。然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的效應(yīng)，預(yù)計(jì)ESS的成本將會(huì)降低，使得ESS在鐵路系統(tǒng)里獲得廣泛應(yīng)用。

挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)

盡管目前某些ESS技術(shù)已在商業(yè)化途徑中找到了落腳點(diǎn)，鐵路ESS的廣泛應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。有效且經(jīng)濟(jì)地利用ESS是當(dāng)前的關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)鐵路系統(tǒng)與可再生能源加ESS的集成也受到重視。其中，ESS的選擇至關(guān)重要，需要考量技術(shù)特性與應(yīng)用場(chǎng)景。合理規(guī)模化ESS、確定其最佳位置以及特別針對(duì)高速鐵路系統(tǒng)實(shí)施ESS都是當(dāng)前亟需探索的領(lǐng)域。

推動(dòng)ESS發(fā)展的不止于技術(shù)創(chuàng)新，更包括政策法規(guī)的支持和經(jīng)濟(jì)性的改進(jìn)。未來(lái)，鐵路ESS必將在提升運(yùn)輸效率、支持可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮更大作用。