WO2010023033A1 - Vorrichtung zur energieversorgung eines bahnnetzes - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a device for supplying energy to a railway network, which supplies in particular a catenary system, with a substation having an energy storage unit and is connected via a supply line to a supply network and via a feed line to the railway network in connection.
  • substations serve primarily to transform the electrical energy provided by a supply network so that it is suitable for feeding into a railway network and thus for driving electric rail vehicles.
  • the invention has for its object to provide a device for supplying power to a railway network, which ensures a reliable supply of electrical rail vehicles with low losses of electrical energy and thus operates energy-saving and cost-effective.
  • the energy storage unit has at least one electrical and at least one electrochemical energy store and that the energy storage unit is assigned an energy management unit.
  • the advantage is achieved that, on the one hand, fluctuations in the energy supply can be compensated and, on the other hand, available surplus energy can be reliably stored until it is needed.
  • the supply network is an island grid.
  • Such an island network is sufficient, because advantageously a reliable storage option is given.
  • the supply line serves as a return feed line and the feed line as a return line. It has the advantage that in the event that the energy storage unit is no longer receptive and still, z. B. by the generator operation of an engine when braking a
  • the rail network is, for example, a direct voltage network or an alternating voltage network.
  • a rectifier is then arranged in front of the energy storage unit.
  • the railway network supplies sections of a catenary system individually.
  • the energy requirement can then be better regulated.
  • the energy management unit communicates with a control unit of the supply network.
  • a control unit of the supply network This provides the advantage that in the supply network existing excess energy can be supplied to the energy storage unit in a simple manner.
  • the supply network is adapted to the requirements.
  • the energy management unit consists of, for example, a two or more units. If it consists of more than one unit, they can have different tasks.
  • the at least one electrical and the at least one electrochemical energy store are connected in series or in parallel.
  • the at least one electrical see and the at least one electrochemical energy storage are directly connected.
  • the at least one electrical and the at least one electrochemical energy store are connected to one another via power electronic and / or mechanical switches. If these switches are switched by the energy management unit, the most suitable energy storage can be used in a simple manner.
  • the at least one electrical energy store is, for example, a double-layer capacitor or a superconducting energy store. Such energy stores are particularly suitable for providing short-term electrical energy.
  • the at least one electrochemical energy store is, for example, a lead-acid battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, a lithium-ion battery, a redox flow battery, a zebra battery or a NaS
  • Battery All of these battery types can store large amounts of energy for a long time. For example, an electrical and an electrochemical energy storage are combined in the energy storage unit.
  • the energy storage unit is connected via switches to a power source and / or to an energy sink. This makes it possible that an additional energy requirement from a separate energy source related and that on the other hand excess electrical energy of an external Energysenke can be supplied. The energy distribution is thus further optimized.
  • the energy source is for example a wind turbine or a photovoltaic system.
  • the advantage is achieved that only temporarily available energy can be temporarily stored in the energy storage unit until the energy is needed. It can, for. B. the electrical energy generated in a wind turbine in strong wind, if it is not needed immediately, are stored to relieve the supply network at a later date. It can also be electrical energy z. B. is more cost-effective at night, stored in the energy storage unit until it is needed during the day.
  • the advantage is achieved that the demand for electrical energy can be tuned better and more cost-effectively than previously possible with the offer.
  • a supply network 1 is connected via a supply line 2 to a substation 3, which via a feed line 4 with the railway network 5 is in communication.
  • an energy storage unit 6 is present.
  • This energy storage unit 6 is a combination of electrical energy stores 7 and electrochemical energy stores 8.
  • the energy storage unit 6 is assigned an energy management unit 9. With the help of the energy management unit 9 unneeded electrical energy is stored in the energy storage unit 6 until it is needed. It is even possible to store electrical energy that is generated in a rail vehicle in regenerative operation and can not be fed back into the supply network 1 in the energy storage unit 6 until it is needed again.
  • the energy storage unit 6 is connected via the supply line 2 with an additional power source 10 in combination, the z. B. may be a wind turbine or a photovoltaic system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes (5), das insbesondere eine Fahrleitungsanlage versorgt. Teil der Vorrichtung ist ein 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. 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

Beschreibung
Vorrichtung zur Energieversorgung eines Bahnnetzes
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 Ver- bindung 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 erhöh- ten 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 elektri- sehe 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 Energie- Speichereinheit 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 Erfin- düng 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 Energiespei- chereinheit 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 Be- trieb 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

Patentansprüche
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 mindes- tens 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 Rückspeise- leitung 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 ge- kennzeichnet, 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 Lithium- ionenbatterie, 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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