Przykładowy schemat, w którym zasobnik energii został przyłączony
do kabiny sekcyjnej przedstawiono na rys. 6.
Wadą tego rozwiązania są większe straty energii niż w przypadku
zastosowania podstacji trakcyjnej, gdyż oprócz strat występują-
cych w zasobniku, pojawiają się jeszcze znaczne straty przy ładowa-
niu. Można je obniżyć, wydłużając czas ładowania, jednak ogranicza
to maksymalną przepustowość danego odcinka linii kolejowej, gdyż
zasobnik energii powinien zostać naładowany w okresie, kiedy przez
zasilany przez niego odcinek nie przejeżdża żaden pociąg. Prototypowy
zasobnik służący do poprawy warunków napięciowych, wykonany
w Instytucie Kolejnictwa opisany został w [5]. Wykorzystano w nim
baterie litowo-żelazowo-fosforanowe (LFP).
Efekt starzenia się baterii elektrochemicznych jest główną przesz-
kodą w zastosowaniu zasobnika stacjonarnego dla poprawy
warunków napięciowych, jak również dla obniżenia mocy szczytowej.
Na całym świecie trwają jednak prace badawczo-rozwojowe mające
na celu zmniejszenie efektu ich starzenia. Dłuższa eksploatacja
baterii pozwoli znacznie obniżyć koszty operacyjne takich
rozwiązań.
OBNIŻENIE ZUŻYCIA ENERGII PRZEZ WYKORZYSTANIE ENERGII
REKUPERACJI
W celu wykorzystania energii rekuperacji pociągów musi być
spełniony warunek receptywności sieci trakcyjnej. Oznacza to, że
w pojazdach hamujących z odzyskiem energii rezystancja sieci od
strony zacisków pantografu i kół powinna być na tyle niska, aby
umożliwić jej transfer bez przekroczenia dozwolonej wartości
napięcia.
Jeśli w momencie hamowania pojazdu, brak w okolicy innych, mogą-
cych odebrać energię rekuperacji, to w celu jej zgromadzenia można
wykorzystać zasobnik stacjonarny. W odróżnieniu od zespołów pro-
stownikowych jego parametry mogą być niedowymiarowane w sto-
sunku do maksymalnego zapotrzebowania – dotyczy to zarówno
mocy, jak i pojemności energetycznej. Wartość optymalna tej ostat-
niej w celu wykorzystania energii rekuperacji z ekonomicznego punktu
widzenia powinna wynosić 5–10 kWh [4], a zatem znacznie mniej
niż w przypadku rozwiązań wykorzystywanych do poprawy warun-
ków napięciowych i obniżenia mocy szczytowej. Najlepszym magazy-
nem energii dla tego zastosowania są superkondensatory, biorąc pod
uwagę coraz niższe ich ceny. Analizy ekonomiczne z końca 2017 r.
wskazują, że okres zwrotu nakładów inwestycyjnych dla instalacji sta-
cjonarnego zasobnika energii na wybranych podstacjach w Polsce
wynosi 7,5–12 lat.
Na rys. 5. przedstawiono wykres mocy 15-minutowej podstacji trak-
cyjnej z zasobnikiem i bez niego, zaznaczono również różnicę mak-
symalnej mocy szczytowej ΔP
15 min
. Można tu zauważyć, że moc
15-minutowa z zasobnikiem zaraz po wystąpieniu mocy szczyto-
wej jest większa niż bez zasobnika, co wynika z procesu jego ładowa-
nia. Przez większość czasu w cyklu dobowym widać także, że moc
15-minutowa z zasobnikiem jest mniejsza niż bez, co wynika z faktu,
że realizuje on również funkcję odzysku energii hamowania.
Obecnie w zasobnikach stacjonarnych obniżających moc zamawianą
stosuje się ogniwa litowo-jonowe LFP i LTO [3]. Przy wyborze ich
rodzaju dla konkretnego rozwiązania konieczna jest analiza kosztów
operacyjnych wynikających z efektu starzeniowego.
POPRAWA WARUNKÓW NAPIĘCIOWYCH W SIECI TRAKCYJNEJ
Dane kryterium instalacji zasobnika energii wynika najczęściej
z konieczności elektryfikacji lub rewitalizacji układu zasilania odcin-
ków linii kolejowej o małym obciążeniu ruchowym. W takich przypad-
kach zamiast podstacji trakcyjnej można wykorzystać stacjonarny
zasobnik energii. Koszt jego instalacji jest niższy niż realizacji nowej
PT, ponadto nie ma konieczności budowy linii energetycznych. Jest
on ładowany z sąsiednich podstacji przez sieć trakcyjną, a rozłado-
wywany, gdy przez sekcje zasilane przez zasobnik przejeżdża pociąg.
rys. W. Jefimowski
Schemat układu zasilania 3 kV DC jednotorowej linii kolejowej
6
rys. W. Jefimowski
Przykładowy wykres mocy 15-minutowej podstacji trakcyjnej z zasobni-
kiem i bez w dobowym cyklu obciążenia podstacji trakcyjnej
5
127
Sektor Elektroenergetyczny 2019
