DE102008044842A1 - Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes (5), das insbesondere eine Fahrleitungsanlage versorgt. Teil der Vorrichtung ist eine Unterwerk (3), das einer Energiespeichereinheit (6) aufweist und über eine Zuleitung (2) mit einem Versorgungsnetz (1) und über eine Einspeiseleitung (4) mit dem Bahnnetz (5) in Verbindung steht. Es ist vorgesehen, dass die Energiespeichereinheit (6) mindestens einen elektrischen (7) und mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher (8) aufweist und dass der Energiespeichereinheit (6) eine Energiemanagementeinheit (9) zugeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes, das insbesondere eine Fahrleitungsanlage versorgt, mit einem Unterwerk, das eine Energiespeichereinheit aufweist und über eine Zuleitung mit einem Versorgungsnetz und über eine Einspeiseleitung mit dem Bahnnetz in Verbindung steht.
  • Als solche bekannte Unterwerke dienen primär dazu, die von einem Versorgungsnetz bereitgestellte elektrische Energie so umzuformen, dass sie für das Einspeisen in ein Bahnnetz und damit zum Antreiben elektrischer Schienenfahrzeuge geeignet ist.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, in einem Unterwerk einen elektrischen Energiespeicher anzuordnen, um bei einem erhöhten Bedarf an elektrischer Energie, der vom Versorgungsnetz momentan nicht gedeckt werden kann, eine Reserve bereitzuhalten. Es wurden dazu Doppelschichtkondensatoren oder rotierende Energiespeicher eingesetzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes anzugeben, die mit geringen Verlusten an elektrischer Energie eine zuverlässige Versorgung elektrischer Schienenfahrzeuge sicherstellt und folglich energiesparend und kostengünstig arbeitet.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Energiespeichereinheit mindestens einen elektrischen und mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher aufweist und dass der Energiespeichereinheit eine Energiemanagementeinheit zugeordnet ist.
  • Welcher der Energiespeicher bei Bedarf entladen wird, bestimmt die Energiemanagementeinheit. Dabei wird der Vorteil erzielt, dass ein elektrischer Energiespeicher schneller zur Verfügung steht und ein elektrochemischer Energiespeicher eine größere Speicherkapazität hat.
  • Mit der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass einerseits Schwankungen der Energieversorgung ausgleichbar sind und dass andererseits zur Verfügung stehende überschüssige Energie zuverlässig gespeichert werden kann, bis sie benötigt wird.
  • Beispielsweise ist das Versorgungsnetz ein Inselnetz. Ein solches Inselnetz reicht aus, weil vorteilhaft eine zuverlässige Speichermöglichkeit gegeben ist.
  • Zur Rückspeisung von elektrischer Energie in das Versorgungsnetz dient beispielsweise die Zuleitung als Rückspeiseleitung und die Einspeiseleitung als Rückleitung. Es wird der Vorteil erzielt, dass für den Fall, dass die Energiespeichereinheit nicht mehr aufnahmefähig ist und trotzdem, z. B. durch den generatorischen Betrieb eines Motors beim Bremsen eines Schienenfahrzeuges, elektrische Energie erzeugt wird, diese in das Versorgungsnetz zurückgelangen kann.
  • Das Bahnnetz ist beispielsweise ein Gleichspannungsnetz oder ein Wechselspannungsnetz. Bei einem Wechselspannungsnetz ist dann vor der Energiespeichereinheit ein Gleichrichter angeordnet.
  • Beispielsweise versorgt das Bahnnetz Streckenabschnitte einer Fahrleitungsanlage einzeln. Der Energiebedarf kann dann besser geregelt werden.
  • Beispielsweise steht die Energiemanagementeinheit mit einer Steuereinheit des Versorgungsnetzes in Verbindung. Damit wird der Vorteil erzielt, dass im Versorgungsnetz vorhandene überschüssige Energie in einfacher Weise der Energiespeichereinheit zugeführt werden kann.
  • Beispielsweise ist ein Regler für die Spannung und/oder den Phasenwinkel des Versorgungsnetzes vorhanden. Dadurch wird das Versorgungsnetz an die Erfordernisse angepasst.
  • Die Energiemanagementeinheit besteht beispielsweise aus einer zwei oder mehreren Einheiten. Falls sie aus mehr als einer Einheit besteht, können diese unterschiedliche Aufgaben haben.
  • Beispielsweise sind der mindestens eine elektrische und der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher in Serie oder parallel geschaltet.
  • Nach einem ersten Beispiel sind der mindestens eine elektrische und der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher direkt miteinander verbunden.
  • Nach einem zweiten Beispiel sind der mindestens eine elektrische und der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher über leistungselektronische und/oder mechanische Schalter miteinander verbunden. Falls diese Schalter von der Energiemanagementeinheit geschaltet werden, kann in einfacher Weise der jeweils am besten geeignete Energiespeicher eingesetzt werden.
  • Der mindestens eine elektrische Energiespeicher ist beispielsweise ein Doppelschichtkondensator oder ein supraleitender Energiespeicher. Solche Energiespeicher sind besonders geeignet, um kurzfristig elektrische Energie zur Verfügung zu stellen.
  • Der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher ist beispielsweise eine Bleibatterie, eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine Lithiumionenbatterie, eine Redox-Flow-Batterie, eine Zebrabatterie oder eine NaS-Batterie. Alle diese Batteriearten können große Energiemengen für lange Zeit speichern.
  • Beispielsweise sind in der Energiespeichereinheit ein elektrischer und ein elektrochemischer Energiespeicher kombiniert.
  • Ein Beispiel für eine solche Kombination ist ein PseudoCap.
  • Beispielsweise steht die Energiespeichereinheit über Schalter mit einer Energiequelle und/oder mit einer Energiesenke in Verbindung. Dadurch ist es möglich, dass ein zusätzlicher Energiebedarf aus einer separaten Energiequelle bezogen und dass andererseits überschüssige elektrische Energie einer externen Energiesenke zugeführt werden kann. Die Energieverteilung ist also weiter optimiert.
  • Die Energiequelle ist beispielsweise eine Windkraftanlage oder eine Photovoltaikanlage. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass nur zeitweise zur Verfügung stehende Energie in der Energiespeichereinheit zwischengespeichert werden kann, bis die Energie benötigt wird. Es kann z. B. die in einer Windkraftanlage bei starkem Wind erzeugte elektrische Energie, sofern sie nicht sofort benötigt wird, gespeichert werden, um zu einem späteren Zeitpunkt das Versorgungsnetz zu entlasten. Es kann auch elektrische Energie, die z. B. in der Nacht kostengünstiger zur Verfügung steht, in der Energiespeichereinheit gespeichert werden, bis sie am Tag gebraucht wird.
  • Mit der Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass der Bedarf an elektrischer Energie besser und kostengünstiger als bisher möglich mit dem Angebot abgestimmt werden kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:
    Ein Versorgungsnetz 1 ist über eine Zuleitung 2 mit einem Unterwerk 3 verbunden, das über eine Einspeiseleitung 4 mit dem Bahnnetz 5 in Verbindung steht. Im Unterwerk 3 ist eine Energiespeichereinheit 6 vorhanden. Diese Energiespeichereinheit 6 ist eine Kombination aus elektrischen Energiespeichern 7 und elektrochemischen Energiespeichern 8. Der Energiespeichereinheit 6 ist eine Energiemanagementeinheit 9 zugeordnet. Mit Hilfe der Energiemanagementeinheit 9 wird nicht benötigte elektrische Energie in der Energiespeichereinheit 6 zwischengespeichert, bis sie benötigt wird. Es kann sogar elektrische Energie, die in einem Schienenfahrzeug im generatorischen Betrieb erzeugt wird und nicht in das Versorgungsnetz 1 zurückgespeist werden kann, in der Energiespeichereinheit 6 gespeichert werden, bis sie wieder benötigt wird. Die Energiespeichereinheit 6 steht über die Zuleitung 2 auch mit einer zusätzlichen Energiequelle 10 in Verbindung, die z. B. eine Windkraftanlage oder eine Photovoltaikanlage sein kann. Auf diese Weise kann zeitweise zur Verfügung stehende Energie, wie beispielsweise Windenergie, gespeichert werden, bis sie zu einem späteren Zeitpunkt benötigt wird. Mit der Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes wird der Vorteil erzielt, dass elektrische Energie zuverlässig gespeichert werden kann, weil elektrische Energiespeicher 7 Energie kurzfristig abgeben können und elektrochemische Energiespeicher 8 eine große Speicherkapazität haben. Außerdem wird momentan nicht benötigte Energie zuverlässig zwischengespeichert. Auch kann Energie gespeichert werden, die nur dann zur Verfügung steht, wenn Sie nicht benötigt wird. Insgesamt wird für Schienenfahrzeuge ein kostengünstiger und energiesparender Betrieb ermöglicht.

Claims (17)

  1. Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes (5), das insbesondere eine Fahrleitungsanlage versorgt, mit einem Unterwerk (3), das eine Energiespeichereinheit (6) aufweist und über eine Zuleitung (2) mit einem Versorgungsnetz (1) und über eine Einspeiseleitung (4) mit dem Bahnnetz (5) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (6) mindestens einen elektrischen (7) und mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher (8) aufweist und dass der Energiespeichereinheit (6) eine Energiemanagementeinheit (9) zugeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungsnetz (1) ein Inselnetz ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückspeisung von elektrischer Energie in das Versorgungsnetz (1) die Zuleitung (2) als Rückspeiseleitung dient und die Einspeiseleitung (4) als Rückleitung.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bahnnetz (5) ein Gleichspannungsnetz oder ein Wechselspannungsnetz ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bahnnetz (5) Streckenabschnitte einer Fahrleitungsanlage einzeln versorgt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinheit (9) mit einer Steuereinheit des Versorgungsnetzes (1) in Verbindung steht.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler für die Spannung und/oder den Phasenwinkel des Versorgungsnetzes (1) vorhanden sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinheit (9) aus einer, zwei oder mehreren Einheiten besteht.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische (7) und der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher (8) in Serie oder parallel geschaltet sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische (7) und der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher (8) direkt miteinander verbunden sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische (7) und der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher (8) über leistungselektronische und/oder mechanische Schalter miteinander verbunden sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Energiespeicher (7) ein Doppelschichtkondensator oder ein supraleitender Energiespeicher ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher (8) eine Bleibatterie, eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine Lithiumionenbatterie, eine Redox-Flow-Batterie, eine Zebrabatterie oder eine NaS-Batterie ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Energiespeichereinheit (6) ein elektrischer und ein elektrochemischer Energiespeicher kombiniert sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination ein PseudoCap ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (6) über Schalter mit einer Energiequelle (10) und/oder mit einer Energiesenke in Verbindung steht.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (10) eine Windkraftanlage oder eine Photovoltaikanlage ist.
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