为了地铁节能我们耗尽了能

编者按：

一套名为“地面式超级电容/电池混合储能装置”的设备，日前已在北京地铁通过了挂网试验。在北京地铁的试验表明，夜间单车运行时，每趟节能率均能达到20%。该装置工作日每日节能约1500度电，周末每日节能约900度电。

这套由北京交通大学自主研发的世界首套城轨交通地面式混合储能装置，能够回收利用列车制动能量，还能够在供电系统突发故障时，利用储能将列车紧急牵引至地铁站。

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，都有北京交通大学学生的深度参与，北交大硕士研究生杨浩丰及博士研究生劉宇嫣参与了该项目的全过程。

故事要从在镇江调试的时候说起。2019年9月，完成了前期的一些设计工作后，混合储能系统从仿真和设计的图纸，变成具象化的实物——那五个两米多高几吨重的装置占据了大半个实验区。

接下来，要完成从仿真阶段到实物调试的切换，并完成实验室情况下模拟真实地铁列车运行工况，完成所有装置软件的开发工作。想着这些，站在实验区的我和另外几位同学略显手足无措，不知从何下手。

那段时间，熬夜成了家常便饭，通常完成当天的测试已经是夜里12点。印象最为深刻的是2020年1月，按计划春节前要将装置运往北京地铁八通线梨园站，但当时我们还没有进行系统的联合调试，这是非常重要的一环，如果联合调试没有成功，储能装置就不具备在地铁正线运营的能力。

1月8日，系统的调试仍然存在一些问题，为了解决一个又一个问题，当天晚上我们熬了整个通宵。第二天早上，也就是1月9日7点，调试仍在继续。我不经意间望着窗外，竟不知何时这个南方小镇下起了雪，没想到第一次看到南方的雪是在这样的情境之下。终于，赶在9日晚上18点完成了所有的测试，此时运输工人已经在实验室外等待两个多小时了。之后就是将装置打包、装车运往北京。我们随后也坐上火车，按计划前往北京地铁进行装置的现场安装。

那是我第一次进入地铁站的变电所，储能系统虽然已经运到地铁的变电所中，但是在混合储能系统投入地铁运行之前还有很多事情要做。比如与安装工人一起下到变电所的地下电缆沟中，用电缆将储能系统接入到地铁的供电系统中。第一次下到电缆沟中，映入眼帘的是错综复杂数量庞大的电缆，没想到地上变电所整整齐齐的供电设备下竟会是这般景象。电缆沟下满是灰尘，即使戴着口罩也能闻到空气中刺鼻的味道，后来问了变电所值班员才知道，为了防止老鼠咬食电缆在电缆沟中撒了老鼠药。除了与地铁供电系统的电缆连接外，还需要铺设储能系统间控制回路的接线。一个师弟回忆起这段经历，他说数不清接了多少根线，核验了多少次。因为哪怕有一根线接错，整个储能系统都将无法正常运行。

春节前，我们把之前规划的事情基本完成后，便放假回家了。突如其来的疫情打乱了我们的计划，原计划春节后回京继续储能装置的恢复和调试工作，只能一拖再拖。我们当时心急如焚。只能通过线上视频会议，尽可能完善测试和试验方案，为回京调试做准备。

6月份，疫情情况有所好转，在向北京地铁方面申请了调试计划后，于6月20日我和三位师兄弟各自从家回到北京。

当时正值入夏，但是按照地铁的安全规程，我们进入地铁做调试时必须要穿劳保服和绝缘鞋。长袖和长裤的劳保服，比普通夏装还要厚一些，同时因为防疫还要佩戴口罩。变电所没有空调，里面的设备运行散发着巨大的热量，身上的衣服是湿了又干，干了又湿。为了保证调试的顺利进行，两位2020年毕业的师兄，一直坚守到入职的前一天，才从北京赶去各自的工作地点入职。

为了保证地铁运行安全，一些调试只能放在夜间变电所停运之后才能进行。整座城市寂静下来以后，我们与老师在夜色下一起赶往梨园变电所。23：30到达变电所，00：30待最后一班列车入库，变电所停运后，才进入到我们的主场，开始进行调试，凌晨3：30调试工作结束。回去简单休整后，第二天一早九十点钟起床立即对夜间做的试验进行分析。

夜间调试的时间其实是非常有限的。即使在实验室中尽可能模拟地铁的运行工况并多次进行实验，调试中总会出现各种意想不到的问题。有一次调试出现问题实验被迫终止，所有人的目光都投向我，问怎么回事，当时我倍感压力，甚至能感觉到脸在发烫。我清楚地记得7月27日夜里，第一次行车试验，利用一班地铁列车模拟日间的运行工况，这也是储能系统能否进行日间挂网的关键前提。当时我身着劳保服在高温变压器室中进行试验，高度紧张的我居然一滴汗都没出。直到凌晨3点多，第一趟试验列车走完，我才如释重负，激动地问：这就成功了？是成功了吗？

夜间的行车成功，证明储能系统已经具备日间挂网的能力。在日间挂网试验前，还需要去采集梨园变电所及其相邻变电所全天的电压电流数据。有一次在土桥变电所考取数据，看着空荡荡的地铁站和忙碌的地铁站工作人员，望着这城市我不曾见过的另外一面，不禁感叹我们享受着的便利交通的背后竟有这样一群人在默默付出，这也是我之前从未知晓的。

8月底，日间挂网试验迎来了最终的考验，能否完成科技部的要求在此一搏。那段时间，我们每天要在凌晨4：30前与变电所一起投入运行，同时一直在变压器室观察、记录储能装置的试验数据。虽然期间多有波折，但是最后结果还是令人满意的。（杨浩丰）

杨浩丰

以前觉得列车跑起来全靠司机操控，从来没想过列车为什么能动起来，怎样才能动起来？现在再乘坐地铁，看着列车经过一站又一站，眼里不再只有列车和站台，还有地下为列车供电的变电站、列车夜间休息和检修的车辆段，这些变化还得从我们开始试验用于城轨交通节能的地面混合储能说起。

列车在每站间的运行都是由牵引、惰行和制动组成的。列车的牵引，就是我们平常说的加速运动，制动就是列车刹车的过程。列车牵引的时候需要很大一部分电能，这部分电能转换为列车向前运动需要的能量。根据能量守恒，当列车制动停站的时候动能可以转换为电能，这部分能量相當可观，如果合理利用好这部分能量能大大减少列车的运行能耗。地面混合储能系统可以充当中转站的角色，收集起这部分能量待需要时再释放，可以达到节能的效果。

2020年7月17日晚上10：30，我和同实验室的师妹一起到达土桥车辆段，准备配合变电站的同学进行第一次地面混合储能系统挂网试验。我们比预定的时间早到了半小时，先和配合我们试验的司机讨论驾驶方案。夜里12点，我们上车准备开始试验。到达库里的时候看着眼前停着一排排的列车，很壮观也很新奇，这是我们第一次见到列车晚上“休息”的地方。

大伙坐在车里等待着12：30的到来，既紧张又兴奋。我和师妹总是互问实验会顺利吧，然后再互相打气说肯定没问题的！那天晚上我们共设计了三圈土桥到果园的往返实验。我拿着手台与变电站的同学保持沟通，询问他们的设备投入情况。第一次投入时发生了故障，老师让我们继续待命。司机说：“这都1点了，三圈估计跑不完了，不管实验做没做完，3点钟我们都得返回车辆段了。”我和师妹相互对视了下，焦急却使不上力。又过了一会儿，地面上的同学说设备投入成功了，可以跑车了。司机按照我的指令开始加速，然后减速到达临河里站。我问站里做测试的同学有效果吗？她说：“师姐，储能系统可以放电，但是充不了电，你们再等一下，我们调整下参数。”于是，又是难熬地等待设备调整。就这样反复调试、试验、调试再试验，在第二圈梨园到临河里的时候，终于看到了我们想要的效果。此时已近凌晨3点，3小时的实验时间过得远比想象中快得多，为了保证第二天地铁的正常运营，我们不得不中断实验，返回库里。我和师妹十分开心，凌晨3点仍毫无困意。

经历了5天的夜间调试，我们的设备终于能正常运行了。8月25日开始正式投入使用。白天在列车正常运营的时候，让储能装置工作，验证它实际的节能效果。白天的试验为期5天，从每天早上4点半开始到晚上7点收工。设备房里的噪声很大，师弟总是开玩笑说，每次结束实验感觉整个世界都安静了。没有能坐的地方，也顾不了形象，累了就直接坐在地上。导师也很辛苦，每天一大早从西直门赶到梨园陪我们实验，大部分时间他都是站着。第二天来的时候我们都能闻到他身上的膏药味。

在大家的共同努力下，最终的节能效果达到了我们的预期。（刘宇嫣）

责任编辑：陈思