Mengapa rem regeneratif Metro Oslo hanya berbagi energi dengan kereta lain jika mereka "dekat"?

36

Saya membaca di Wikipedia bahwa Metro Oslo memiliki pengereman regeneratif, tetapi tidak ada baterai untuk menyimpan energi. Oleh karena itu, energi hanya dapat dimanfaatkan jika ada kereta lain "di dekatnya" untuk memanfaatkan energi.

Seberapa jauh "dekat"?

Karena kemacetan terowongan umum, semua jalur memiliki celah 15 menit antara keberangkatan. Itu berarti bahwa ada beberapa kilometer di antara setiap kereta, kecuali di bagian jaringan di mana beberapa jalur berbagi jalur yang sama (seperti terowongan umum dan beberapa jalur lainnya).

  • Mengapa energi tidak dapat dibagikan melintasi beberapa kilometer itu?

  • Apakah hambatan di kabel di sepanjang lintasan membuatnya tidak layak?

  • Tidak bisakah energi diumpankan kembali ke dalam jaringan?

Revetahw berkata Reinstate Monica
sumber
2
@Revetahw Tidak juga. Kereta memiliki sedikit rolling resistance dan tetapi banyak inersia, jadi setiap kali Anda tidak merasa akselerasi, hampir pasti metro meluncur.
Agent_L
3
@ Agg_L jangan lupa hambatan udara. Setiap kendaraan memiliki kecepatan tertinggi, yang hanya dicapai pada kecepatan maksimum, dan hanya dapat dipertahankan pada kecepatan maksimum. Dengan kata lain, akselerasi jatuh ketika kecepatan meningkat, akhirnya mencapai nol, tetapi konsumsi daya tidak.
phoog
2
@phoog Tentu, ada hambatan udara (di dalam terowongan yang jauh lebih tinggi daripada di permukaan). Yang saya katakan bahwa kereta yang melaju dengan kecepatan 50 km / jam mungkin kehilangan hanya beberapa km / jam lebih dari satu atau dua kilometer - dan itu sudah stasiun berikutnya. Jadi, kereta berakselerasi dengan tenaga penuh hingga kecepatan yang diinginkan tercapai, melaju hampir sepanjang jarak (motor terputus, daya ditarik misalnya dengan lampu) dan mengerem keras di stasiun berikutnya. Stok yang lebih baru dengan elektronika daya memiliki kontrol yang baik atas daya, tetapi yang lama hanya memiliki beberapa pengaturan terpisah. Hanya dua, 25% (motor dalam seri) dan 100% (motor paralel) sudah cukup.
Agent_L
2
@phood Ketika berbicara dengan kecepatan penuh, kereta dibatasi oleh motor seri DC mereka. Mereka memiliki sifat lucu mendapatkan lebih sedikit kecepatan (tetapi lebih banyak torsi) semakin banyak mereka dimuat. Semuanya baik, tetapi akhirnya kecepatan motor dibatasi oleh hambatan kereta. Bagaimana Anda bisa lebih cepat? Anda melepaskan bagian dari stator, sehingga mengurangi daya, tetapi meningkatkan kecepatan tertinggi. Jadi, selucu kedengarannya, kereta dengan kecepatan penuh memiliki daya lebih sedikit daripada saat melambat. Listrik sama sekali tidak seperti throttle. (Itu berlaku untuk drive DC sederhana, motor AC yang
dirubah secara
3
@ Agg_L Saya tidak tahu aturan operasi di Oslo, tapi di NYC throttle umumnya tetap maksimal kecuali kereta sedang mengerem. Tidak ada meluncur kecuali dalam konteks yang membutuhkan kecepatan berkurang (sakelar, kurva, downgrade, sinyal restriktif, dll.). Jadi sangat umum untuk memiliki situasi di mana penumpang tidak merasakan akselerasi, atau sangat sedikit, tetapi throttle maksimum.
phoog

Jawaban:

34

Apakah hambatan di kabel di sepanjang lintasan membuatnya tidak layak?

Itu akan menjadi salah satu faktor. Artikel tersebut menyatakan bahwa setiap set memiliki 12 x 140 kW motor memberikan total 1680 kW (1,68 MW) untuk setiap set kereta. Sistem ini 750 V DC dan, luar biasa, menggunakan rel ketiga di beberapa bagian dan saluran udara di bagian lain. Pada level-level daya tersebut, arus dalam orde 2000 A akan terlibat sehingga garis resistan tentu menjadi masalah. Resistansi saluran juga dapat menjadi faktor dalam operasi pemutus sirkuit dan waktu trip serta menempatkan kendala lebih lanjut pada panjang maksimum bagian.

Faktor lain yang perlu diingat adalah bahwa pembangkit listrik (pada dasarnya transformator / penyearah / filter dan pemutus arus) akan tersebar sepanjang garis dengan isolator sectional antara masing-masing pembangkit listrik. Dalam hal ini, arus tidak dapat mengalir dari satu bagian ke bagian berikutnya. Saya menduga ini adalah alasan sebenarnya untuk kendala "terdekat".

Tidak bisakah energi diumpankan kembali ke dalam jaringan?

Itu bisa, tetapi akan membutuhkan inverter untuk mengubah DC ke AC dan ini tidak akan murah pada tingkat daya itu dan siklus kerja (jumlah waktu regenerasi yang terlibat) mungkin tidak membuatnya berharga.


Informasi tambahan.

Akselerasi dalam kisaran 0 hingga 40 kilometer per jam (0 hingga 25 mph) dibatasi hingga 1,3 meter per detik kuadrat (4,3 kaki / s2). Pada fase ini, kereta yang terisi penuh menggunakan 5,0 kiloampere.

Jadi, 5.000 A max saat ini per kereta. Saya tidak dapat menemukan meja resistensi untuk rel baja jadi saya tidak bisa memberikan perkiraan penurunan tegangan per km.

Transistor
sumber
1
Menurut Wikipadia itu adalah 750 V DC.
UweD
1
Cukup aneh bahwa bank kapasitor / baterai di halte kereta bawah tanah paling sentral tidak terpasang. Ini akan memiliki siklus tugas yang cukup tinggi, karena kereta seringkali berjarak 2-3 menit dari kedua arah pada jam-jam sibuk.
Stian Yttervik
11
@StianYttervik Saya juga tidak keberatan dengan bank daya listrik di rumah saya. Satu-satunya alasan saya tidak memilikinya adalah karena saya tidak ingin membayarnya.
Dmitry Grigoryev
6
@StianYttervik Listrik murah dan persyaratan keselamatan yang ketat (membuat semua sistem yang berhubungan dengan angkutan umum menjadi mahal) melakukan pekerjaan mereka.
Dmitry Grigoryev
8
95% pembangkit listrik Norwegia adalah pembangkit listrik tenaga air. Sangat murah sehingga penggunaan listrik 3 kali lebih tinggi dari rata-rata Eropa (misalnya, lebih murah untuk memanaskan rumah Anda dengan listrik daripada dengan gas). Mendaur ulang beberapa MW sepertinya bukan pilihan yang masuk akal secara ekonomi.
alephzero
29

Untuk alasan yang jelas, setiap jaringan kereta api dibagi menjadi beberapa bagian yang terisolasi dan masing-masing jaringan ini ditenagai secara terpisah dari jaringan tegangan menengah atau tinggi melalui transformatornya sendiri, pemutus sirkuit dan sakelar.

Dua kereta dalam bagian yang sama dapat berbagi daya secara langsung. Kereta di bagian yang berbeda hanya bisa melalui grid. Karena Metro Oslo menggunakan DC dan penyearah biasanya satu arah, pembagian daya melalui jaringan tidak tersedia dan karenanya terbatas pada kereta dalam bagian yang sama.

Gambar di bawah ini menunjukkan isolator bagian dalam saluran udara AC. Bagian-bagian ini didukung oleh fase berbeda dari jaringan tegangan tinggi tiga fase untuk menyeimbangkan beban.

Phasentrenner sumber gambar

Rainer P.
sumber
8
"penyearah biasanya satu arah" Tidak hanya biasanya, selalu. Sesuatu yang berubah dari DC ke AC adalah definisi bukan penyearah tetapi inverter.
Akumulasi
Apakah Anda tahu seberapa besar bagian ini?
Stig Hemmer
Bisakah Anda menguraikan "alasan yang jelas"? Saya punya beberapa ide, tetapi tidak selalu jelas bagi semua orang.
pericynthion
27

Orang kereta api listrik di sini.

Perambatan jarak jauh

Saya telah melihat 600V dip troli kawat hanya 200V empat mil dari gardu di bawah beban berat ~ 300A dari satu mobil artikulasi. (Kabel 4/0, 107 mm2, rel sebagai pengembalian).

Rel ketiga jauh lebih gemuk, tapi kereta bawah tanah jauh lebih berat. Biasanya sepatu rel ketiga menyatu pada 400 amp (per sepatu, dan tidak setiap sepatu bersentuhan sekaligus) dengan sebanyak 8 mobil. Oslo menjalankan mobil gandeng besar yang elektrik 3 mobil.

Jika listrik yang diperbarui melewati gardu induk, itu bahkan lebih tidak menguntungkan.

Maksud saya kereta bawah tanah bisa mendorong kekuatan regenerasi jaraknya jika mau atau mampu meningkatkan tegangan tanpa batas. Regen motor DC yang tidak diregulasi dapat bertindak seperti sumber arus konstan induktif yang lama, meningkatkan voltase hingga arus mengalir. Membakar sebagian besar dalam kehilangan transmisi akan baik-baik saja, itu "energi bebas". Namun ia mencapai batas a) peralatan di atas kapal (paling tidak, kekuatan isolasi pada motor), dan b) rel ketiga . BART bertujuan untuk memiliki 1000 volt rel ketiga, tetapi menemukan skenario terburuk hujan pada debu rem menyebabkan flash-overs spektakuler bahkan di iklim sedang mereka. Mereka mundur ke 900 volt tetapi masih merepotkan. Oslo sudah di 750, tidak banyak ruang kepala.

Sungguh, untuk regenerasi secara produktif, perlu ada kereta api di dekatnya yang menarik tegangan turun dan mampu melahap ampli itu.

Regen ke grid

Ini sulit, paling tidak karena beberapa megawatt daya yang disuntikkan selama beberapa detik tidak terlalu berguna untuk jaringan.

Juga, DC-AC regen sendiri sulit, dengan inverter silikon besar diperlukan di setiap gardu.

Di Zaman Keemasan, konverter rotary sangat mampu menghasilkan regen DC-AC yang efisien (pada kenyataannya, mereka memiliki sirkuit untuk mencegah regen yang tidak disengaja, misalnya kisi-kisi lokal gardu induk yang mengalami kecoklatan, sehingga menyebabkan kiriman mundur dari gardu lain melalui kawat troli) . Kereta api listrik memiliki lebih banyak distribusi daya AC sendiri. Dan tegangan rel ketiga hanya 600V, jadi lebih banyak ruang kepala. Namun, mobil-mobil tidak mampu: kereta bawah tanah sangat sederhana saat itu, dengan hanya 7-12 kabel pada jalur kontrol antar-mobil.

Konverter rotary dihapuskan begitu penyearah merkuri tersedia, dan bahkan yang hilang pada saat mobil regen pertama.

Saya tidak mengharapkan kebangkitan konverter berputar (lebih dari itu, karena mereka sederhana, benar-benar faktor daya dalam jaringan lokal , dan mungkin kompetitif karena mereka sederhana). Jadi turun ke inverter yang kompleks dan besar. Mengingat keuntungan finansial terbatas dari daya jual kembali, hanya sistem yang sangat canggih (R&D tinggi) seperti BART yang mencelupkan jari kaki mereka ke dalam regen grid dari DC.

Harper - Pasang kembali Monica
sumber
Terima kasih atas jawabannya. Apa artinya menjadi "orang kereta api listrik"?
Revetahw mengatakan Reinstate Monica
2
Yah, saya telah bekerja pada kawat troli di sebuah kereta api warisan, dan mengikuti kejadian kereta api listrik di AS (yang, mengingat tingkat aktivitasnya, tidak sulit) termasuk dalam pelestarian.
Harper - Pasang kembali Monica
"Saya tidak mengharapkan kebangkitan konverter berputar (lebih dari itu kasihan ..." -> memberikan keuntungan yang mungkin, akan menyenangkan untuk mengetahui mengapa Anda tidak mengharapkan kebangkitan
hmijail
1
@hmijail Karena kerajinan itu hilang. Cukup sulit akhir-akhir ini menemukan toko yang kompeten membangun kembali motor DC besar, apalagi mendesain-membangun motor yang jauh lebih besar daripada motor.
Harper - Pasang kembali Monica
10

Saat Anda melakukan pengereman, tujuan utama Anda adalah menyingkirkan energi ekstra, jadi Anda tidak terlalu peduli seberapa efisien energi itu akan digunakan. Bahkan jika kerugian resistif mendekati 100%, memiliki rem regeneratif lebih baik daripada memiliki rem mekanis saja. Jadi ini tentu saja bukan tentang resistensi saluran listrik, hanya tentang apa yang dapat ditangani oleh jaringan listrik.

Mengapa energi tidak dapat dibagikan melintasi beberapa kilometer itu?

Dalam kasus sederhana dari bagian yang terisolasi, ini merupakan pertukaran antara panjang peregangan garis di mana pengereman regeneratif dimungkinkan, dan panjang peregangan garis yang dipengaruhi oleh kegagalan listrik. Yaitu jika seluruh jaringan listrik dapat digunakan untuk pengereman regeneratif, kegagalan tunggal juga akan menurunkan seluruh jaringan.

Solusi yang lebih kompleks memang mungkin secara teoritis, tetapi tidak secara ekonomis.

Tidak bisakah energi diumpankan kembali ke dalam jaringan?

Memberi makan energi di grid dengan konsumsi energi yang stabil akan menaikkan tegangan dengan sangat cepat, dan pembangkit listrik tipikal tidak akan dapat membentuk output mereka dengan cukup cepat untuk mengimbanginya. Jika jaringan lokal tidak dapat menangani lonjakan tegangan lebih seperti itu, tidak ada gunanya membangun inverter. Dan bahkan jika grid dapat menangani energi masuk tambahan, solusinya mungkin tidak layak secara ekonomi.

Dmitry Grigoryev
sumber
"Bahkan jika kerugian resistif mendekati 100%, memiliki rem regeneratif lebih baik daripada hanya memiliki rem mekanis." Dari perspektif pengereman, ya, tetapi dari perspektif pemanfaatan energi, itu belum tentu benar.
Akumulasi
@Akumulasi Mengapa? Bagaimana pengereman regeneratif bisa lebih buruk dalam hal pemanfaatan energi?
Revetahw mengatakan Reinstate Monica
1
@Revetahw Klaim aslinya adalah bahwa itu lebih baik, jadi negasinya tidak harus berarti itu lebih buruk, tetapi hanya saja itu tidak lebih baik.
Akumulasi
@Akumulasi saya mengerti.
Revetahw mengatakan Reinstate Monica