作為“耗電大戶”的地鐵，如何實現(xiàn)節(jié)能降耗是行業(yè)內(nèi)一直關(guān)注的部分。隨著時代發(fā)展與技術(shù)的日益成熟，車輛剎車時會變成“發(fā)電機(jī)”，產(chǎn)生再生制動能量，無論是地鐵車輛還是汽車，均已普遍適用。面對再生制動能量這個意外的能量來源，車輛一般會有四個利用方案：直接變成電阻熱耗散掉、給其他的車輛加速用、把能量送回去和把能量儲存起來。相較于前幾種再生能量的利用方式，儲能的技術(shù)方案更具有一般性和在各個行業(yè)領(lǐng)域的推廣價值，儲能的思想也很早便應(yīng)用在軌道交通領(lǐng)域，例如通過把站臺部位修高，使得車輛進(jìn)站時的動能轉(zhuǎn)化為一部分重力勢能實現(xiàn)儲能，出站時再轉(zhuǎn)回為動能，就對列車系統(tǒng)的節(jié)能具有顯著效果。
以成都地鐵為例，大多車站都采用了進(jìn)站上坡、出站下坡的設(shè)計，但是坡度為千分之36，一般乘客是難以感受到的。
事實上，目前使用的儲能技術(shù)方案，比起單純地把站臺修高則要復(fù)雜和有效得多，為地鐵系統(tǒng)節(jié)能降耗提供了更多的調(diào)度和使用的靈活性，其能量流轉(zhuǎn)過程如下圖所示，儲能的代表技術(shù)主要有蓄電池儲能、電容儲能、飛輪儲能3種。
就支出和壽命周期的運營成本而言，基于電池的系統(tǒng)是最貴的，此外，現(xiàn)在的鋰電池技術(shù)還不能重復(fù)產(chǎn)生滿足地鐵2分鐘及以下典型工作循環(huán)的充放電時間，因此，對于應(yīng)用而言，基于電池的系統(tǒng)通常過于龐大，而且電池也需要更多的空間，必須定期替換和控制環(huán)境。
超級電容器（雙電層電容器）可以進(jìn)行更快的重復(fù)充放電循環(huán)，而且比電池便宜，且不需要過大尺寸即可滿足鐵路再生能量應(yīng)用需要，但其也有局限性。
超級電容器壽命較短，而且效率隨時間衰減，因此每隔幾年就得更換一次。目前國內(nèi)技術(shù)剛剛起步，依舊處于實驗階段，并沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化，而且電容器組成本較高，國內(nèi)僅有少量應(yīng)用，如北京5號線地鐵就安裝有超級電容儲能設(shè)備。
而第三種——飛輪儲能屬于一種物理儲能方式，它利用的是旋轉(zhuǎn)體高速旋轉(zhuǎn)時所具備的動能來存儲能量，通過實時監(jiān)測直流牽引網(wǎng)上的電壓與母線電壓，判斷飛輪是進(jìn)行加速儲能或者減速反饋能量。
當(dāng)對裝置發(fā)出儲能指令時，飛輪加速轉(zhuǎn)動，進(jìn)行儲能工作，隨著制動過程減弱，制動產(chǎn)生的能量在逐漸下降，飛輪系統(tǒng)停止儲能，當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)直流網(wǎng)網(wǎng)壓降低時，發(fā)出指令，飛輪減速，向直流牽引網(wǎng)回饋能量。
用飛輪儲能，除了可以吸收過剩的再生能量，還能減小牽引網(wǎng)電壓的波動?；陲w輪的能量存儲技術(shù)是經(jīng)過驗證的成熟技術(shù)，提供了一種低風(fēng)險、低成本的解決方案。飛輪具有高可靠性、高耐久性和高可用性，可以以2分鐘的間隔時間持續(xù)工作而不危害產(chǎn)品壽命。
國產(chǎn)兆瓦級飛輪儲能裝置，一臺一年省電50萬元
2019年7月9日，中國能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃中的兆瓦級飛輪儲能技術(shù)研究實現(xiàn)突破，國產(chǎn)GTR飛輪儲能裝置于8日在北京地鐵房山線廣陽城站正式實現(xiàn)商用，填補(bǔ)了國內(nèi)應(yīng)用飛輪儲能裝置解決城市軌道交通再生制動能量回收方式的空白。
這樣的兆瓦級設(shè)備，每天可以實現(xiàn)節(jié)省電能約1500千瓦時，一年下來可以節(jié)省用電成本50萬元。
飛輪儲能型裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且對裝置的轉(zhuǎn)動軸的技術(shù)要求很高。
