मेट्रो में पुनर्योजी ब्रेकिंग के लिए आयनस्ट्रा का उपयोग

आप में से कई ने देखा है कि गर्मियों में मेट्रो बहुत गर्म होती है और एक अप्रिय गंध होता है। तो मैंने एक बार सोचा कि यह गर्मी और यह गंध कैसे आती है। वास्तव में, मेट्रो में 4 बदबू आती है: सोते हुए पेड़ को क्षय से बचाने के लिए रचना की गंध, गर्म तारों की गंध, ब्रेक पैड से ठीक धूल की गंध और जले हुए ठीक लोहे की गंध। मुझे लगा कि यह मेरी सेहत के लिए बुरा है।

एक और समय, कार से बाहर निकलते हुए, मैंने देखा कि कार के नीचे से हवा की एक गर्म धारा निकलती है। और मैंने सोचा, वह कहाँ से है। और फिर मुझे याद आया कि कारें इलेक्ट्रिक होती हैं और जब ब्रेकिंग होती है, तो इंजन (इलेक्ट्रोडायनामिक ब्रेकिंग) के कारण ब्रेकिंग होती है। लेकिन, इस ऊर्जा का उपयोग क्यों नहीं किया जाता है? आखिरकार, तब तारों का कोई हीटिंग नहीं होगा, ब्रेक पैड से कोई धूल नहीं होगी। इसके लिए एक रिकवरी सिस्टम की आवश्यकता होती है।

पुनर्प्राप्ति आपको ऊर्जा वापस लौटाने की अनुमति देती है। टोयोटा प्रियस हाइब्रिड पर एक समान प्रणाली लागू की गई है।

लेकिन यहां समस्या यह है कि इसे कहां लौटाया जाए? 2 विकल्प हैं: या तो पावर ग्रिड पर वापस जाएं या इसे कहीं स्टोर करें। पावर ग्रिड पर वापस लौटने के लिए - अन्य आवश्यक कर्षण सबस्टेशन और अन्य कारों को स्वयं की आवश्यकता होती है। साथ ही, उन ट्रेनों के बीच पुनर्प्राप्त करना असंभव है जो विभिन्न ट्रैक्शन सबस्टेशनों द्वारा संचालित हैं। नतीजतन, वसूली प्रभाव 15% तक पहुंच जाता है, जो काफी छोटा है। और कर्षण सबस्टेशनों को महंगा और लंबे समय तक परिवर्तित करने के लिए। और कारों को हर 30 साल में अपडेट किया जाता है। इसलिए यह विकल्प काफी लंबा है।

दूसरा विकल्प ऊर्जा को वापस ट्रेन में लौटाना है। फिर यह ट्रेन को बदलने के लिए पर्याप्त है और दक्षता 80% तक पहुंच सकती है।

ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए, बैटरी का उपयोग नहीं करना बेहतर है, लेकिन आयनस्ट्रा।

फायदे:


1. ट्रेनों के रूपांतरण के लिए ट्रैक्शन सबस्टेशन की आवश्यकता नहीं है।
2. बिजली की विफलता के मामले में ट्रेन यात्रियों को स्वतंत्र रूप से चलाने के लिए निकटतम स्टेशन पर जा सकती है।
3. आप मौजूदा ट्रेनों को परिवर्तित कर सकते हैं।
4. एक ट्रेन से दूसरी ट्रेन में ऊर्जा स्थानांतरित करने में कोई समस्या नहीं है। यही है, मेट्रो स्टेशनों पर ट्रेनों के बहुत असमान भार के मामले में अतिरिक्त बिजली आपूर्ति नेटवर्क की कोई आवश्यकता नहीं है।


नुकसान:

1. आयनस्ट की लागत।
2. आयनस्ट्रा के कारण ट्रेन के द्रव्यमान में वृद्धि (ट्रेन और यात्रियों के द्रव्यमान के संबंध में इतना नहीं)।

बैटरी की तुलना में आयनों के लाभ:

1. उच्च प्रभार / निर्वहन गति - उच्च निर्वहन वर्तमान।
2. चार्जर की सादगी।
3. सैकड़ों या हजारों चार्ज / डिस्चार्ज चक्रों के बाद छोटा गिरावट।
4. कम तापमान पर चार्ज / डिस्चार्ज क्षमता।

नुकसान:

1. कम विशिष्ट ऊर्जा।
2. चार्ज की डिग्री पर वोल्टेज की निर्भरता।

इस प्रकार, आयन एक मोबाइल ऊर्जा स्रोत के रूप में बैटरी की तुलना में वसूली के लिए अधिक उपयुक्त हैं।

और आयनकारक क्या है? आयनिस्टर एक सुपरकैपेसिटर है, यह अनिवार्य रूप से एक इलेक्ट्रिक कैपेसिटर है, लेकिन एक डबल इलेक्ट्रिक परत के साथ। वास्तव में, यह एक बैटरी का एक संकर और एक संधारित्र है। एक इलेक्ट्रोलाइट (बैटरी में) की तरह, आवेश (संधारित्र की तरह) तैरते हैं, जो एक-दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। ताकि ये फ्लोटिंग चार्ज एक-दूसरे से न टकराएं और एक-दूसरे को बेअसर न करें, इनके बीच एक डिलेक्ट्रिक होता है। इस प्रकार, एक डबल इलेक्ट्रिक लेयर बनता है

आयनों का उपयोग-मोबाइल में किया जाता है।

लेकिन अभी भी आयनस्ट्रा से इंजन और इसके विपरीत ऊर्जा की आपूर्ति को विनियमित करने की समस्या है।

इसके लिए, इन्वर्टर सर्किट के साथ जोड़ा गया पल्स-चौड़ाई मॉडुलन अच्छी तरह से अनुकूल है। पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) का उपयोग अब पूरी तरह से सभी पावर सर्किट में किया जाता है, चाहे वह कंप्यूटर बिजली की आपूर्ति हो, मदरबोर्ड पर प्रोसेसर वोल्टेज रेगुलेटर, या कुछ अन्य पावर डिवाइस। पीडब्लूएम का सार यह है कि पल्स की चौड़ाई (चौड़ाई) कई दसियों से सैकड़ों किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति के साथ बदलती है, और इसके कारण, उपभोक्ता को प्रेषित ऊर्जा की मात्रा में परिवर्तन होता है। प्रत्यावर्ती संकेत संधारित्र द्वारा चिकना किया जाता है और यदि आवश्यक हो तो स्थिर हो सकता है। आमतौर पर एक PWM में एक उच्च-आवृत्ति वाला ट्रांसफार्मर होता है, जिस पर नियंत्रण दालों को लगाया जाता है।
और इन्वर्टर एक सर्किट है जहां निरंतर वोल्टेज बारी-बारी से (उल्टा) हो जाता है और फिर वापस स्थिरांक में परिवर्तित किया जा सकता है - यह आवश्यक होने पर रेक्टिफायर द्वारा किया जाता है। वांछित वोल्टेज और इसके समायोजन को प्राप्त करने के लिए एसी में रूपांतरण आवश्यक है। प्रत्यक्ष वर्तमान को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित किया जा सकता है और फिर एक ट्रांसफार्मर का उपयोग करके वांछित वोल्टेज प्राप्त किया जा सकता है। लेकिन न केवल बारी-बारी से चालू, बल्कि एक उच्च आवृत्ति के वर्तमान (दसियों kHz के दसियों) का उपयोग करके, आप बेहतर जन-आयामी संकेतक, दक्षता और कम लागत के साथ एक ट्रांसफार्मर प्राप्त कर सकते हैं। सफलतापूर्वक क्या किया जा रहा है, उदाहरण के लिए, वेल्डिंग मशीन या कंप्यूटर बिजली आपूर्ति इकाई में।
लेकिन समस्याएं यहीं खत्म नहीं होती हैं। एक उपयुक्त स्विचिंग तत्व ढूंढना अभी भी आवश्यक है। आदर्श विकल्प IGBT (इंसुलेटेड गेटवे बाइपोलर ट्रांजिस्टर) तकनीक है। इस तकनीक का सार यह है कि उन्होंने ट्रांजिस्टर की 2 तकनीकों को संयोजित किया, लंबे समय तक एक-दूसरे से, एक तत्व में प्रतिस्पर्धा करते हुए। इनपुट में एक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर है जो एक द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर को नियंत्रित करता है। इस प्रकार, दोनों ट्रांजिस्टर के लाभ प्राप्त किए जाते हैं और उनके नुकसान को दूर किया जाता है:

1. संतृप्ति मोड में एक छोटा वोल्टेज ड्रॉप।
2. त्वरित स्विच।

एक छोटा वोल्टेज ड्रॉप दक्षता को बढ़ाने और हीटिंग को कम करने के साथ-साथ अधिक वर्तमान को पारित करने के लिए संभव बनाता है।
एक त्वरित स्विच आपको अपेक्षाकृत उच्च आवृत्तियों (दसियों से सैकड़ों किलोहर्ट्ज़) पर काम करने वाले सर्किट के लिए इस ट्रांजिस्टर का उपयोग करने की अनुमति देता है।

वास्तविक उपकरणों में, ऐसे ट्रांजिस्टर के पूरे ब्लॉक का उपयोग किया जाता है, आमतौर पर उन्हें बेहतर शीतलन के लिए रेडिएटर पर रखा जाता है। ऐसी एक इकाई विशाल शक्ति को स्विच करने में सक्षम है। सैकड़ों एम्पीयर की एक धारा और सैकड़ों वोल्ट का वोल्टेज। अर्थात्, दसियों की कुल स्विचिंग शक्ति - सैकड़ों किलोवाट। मेट्रो कारों के इंजन में बस इतनी ही ताकत। आमतौर पर प्रत्येक में 110 kW के 4 इंजन होते हैं।

अब गणना करते हैं कि कितनी बिजली बचाई जा सकती है।

स्रोत डेटा:

वैगन ट्रे का वजन: 34 टन।
अधिकतम वैगन क्षमता: 330 यात्री।
Metrovagonmash
औसत यात्री वजन: 70 किग्रा।
ट्रेन की गति, उदाहरण के लिए: 60 किमी / घंटा।
बिजली की लागत: 4 रूबल / kW * एच।
कारों की संख्या: 10
वैगन वॉकिंग अंतराल: 30 सेकंड।
लैंडिंग का समय: 30 सेकंड।
मेट्रो लाइनों की संख्या: 12
प्रत्येक शाखा पर अंत से लेकर विपरीत छोर तक औसतन लंबी यात्रा: एक घंटा
मेट्रो की अनुसूची: 5 से 01 घंटे तक।
औसत पर टिकट की कीमत: 20 रूबल।
प्रति दिन सभी व्यक्ति यात्राओं की संख्या: 8 मिलियन

हम गतिज ऊर्जा की गणना करते हैं कि त्वरण के दौरान ट्रेन लाभ करती है और ब्रेकिंग के दौरान खो जाएगी

E = m * v ^ 2/2 = (34000 kg + 330 * 70 kg) * (60 / 3.6) ^ 2/2 = 8 * 10 ^ 6 J = 8 MJ (1)

यह बहुत या थोड़ा है, अपने लिए विचार करें। लेकिन 1,500 किलोग्राम के द्रव्यमान वाली कार और 614 किमी / घंटा की गति से चलने वाली ऊर्जा समान होती है। यह स्पष्ट है कि वह उस गति से आगे नहीं बढ़ता है। लेकिन एक तुलना यह अंदाजा लगाती है कि यह कितनी ऊर्जा है।

हम संभावित ऊर्जा पर विचार नहीं करते हैं, क्योंकि जब ट्रेन नीचे जाती है, तो वह वापस आ जाती है। और विघटनकारी ताकतों - चलती तंत्र में घर्षण के कारण ऊर्जा हानि और वायु प्रतिरोध वापस नहीं किया जा सकता है, इसे केवल कम किया जा सकता है।

ब्रेक लगाने पर, यह सारी ऊर्जा गर्मी में बदल जाती है और खाली में खर्च होती है। इसके अलावा, ब्रेक पैड मिटाए जाते हैं और संभव रूढ़िवादी ब्रेकिंग है - शक्तिशाली प्रतिरोधों का एक सेट जो कर्षण मोटर्स से जुड़ा हुआ है और इस प्रकार मोटर्स को धीमा कर देता है। ब्रेक लगाना स्टेप वाइज है। कोई सुगम ब्रेकिंग नहीं है - पहिए और रेल की बढ़ी हुई पहनने और तेज नकारात्मक त्वरण (ट्रेन का मरोड़ना), जो यात्रियों के लिए असुविधाजनक है। और एयर ब्रेक का संचालन हवा में ब्रेक पैड में फैलने वाली धूल बनाता है। रिकवरी इन सभी समस्याओं को खत्म करती है।

8 एमजे / 3.6 एमजे = 2.22 किलोवाट * 4 रूबल / केडब्ल्यूएच = 8.88 रूबल।

एक रचना के लिए: 8.88 * 10 = 88 रूबल।

ट्रेन प्रति घंटा कम से कम 60 मिनट / (30 + 30 सेकंड) / 60 = 60 शुरू / रुकती है।

शायद अधिक अगर आपको किसी अन्य ट्रेन की प्रतीक्षा करने की आवश्यकता है। आंशिक गति में कटौती भी होती है।

प्रति घंटे 60 * 88 = 5280 रूबल प्रति घंटे।
एक लाइन पर 60 ट्रेनें।
कुल बिजली की खपत: प्रति घंटे 60 * 12 * 5280 रूबल = 3,801,600 रूबल।

लेकिन जल्दी घंटे सुबह 2 घंटे और शाम 2 घंटे है।

कुल घंटे में 4 * 3.8 मिलियन रूबल = 14.2 मिलियन रूबल।

बाकी समय, चलने का अंतराल 3 मिनट है, जो लाइन पर स्टार्ट / स्टॉप और ट्रेनों से 9 गुना कम है, यानी 3.8 मिलियन रूबल / 9 = 420 हजार रूबल। प्रति घंटे।

तो, बिजली की लागत भीड़ घंटे 16 * 420 = 6.7 मिलियन रूबल से नहीं है।

कुल: 20.9 मिलियन रूबल। प्रति दिन।

प्रति व्यक्ति लागत 2.61 रूबल है। और अगर एक टिकट की कीमत औसतन 20 रूबल है, तो यह टिकट की कीमत का 13% है, इतना नहीं।

एक महीने में 627 मिलियन रूबल।