Накопители электрической энергии: что движет юнимобилем

Пассажирские и грузовые юнимобили – основа подвижного состава комплекса uST – оборудованы тяговыми аккумуляторами, предназначенными для автономного движения в случае отказа основного привода. Их создание требует высокой квалификации, времени и знаний. 

Десять лет разработок

Для подвижного состава транспортно-инфраструктурных комплексов uST были специально разработаны два типа аккумуляторов. Резервные (аварийные), позволяющие в случае отключения электричества доставить пассажиров или груз до ближайшей станции, и тяговые, питающие электропривод юнимобиля на всём протяжении маршрута.

Обычно питание подвижного состава подаётся от контактной сети на электрифицированных участках пути. Там же, где электроэнергия недоступна или временно отключена, источником служит батарея юнимобиля. Её ёмкости, как правило, достаточно для прохождения до 100 км.

Как рассказал ведущий инженер-конструктор бюро «Электропривод» Юрий Шрубок, за 10 лет напряжённой работы специалистами компании UST Inc. было разработано 16 конструкций накопителей электрической энергии и изготовлено 13 из них (оставшиеся 3 ещё находятся на стадии сборки). Эти накопители и приводят в действие все спроектированные рельсовые беспилотники.

«Некоторые аккумуляторные батареи эксплуатируются с 2017 года и по-прежнему выдают более 80 % от заявленной ёмкости. Такой ресурс обеспечивается рациональной конструкцией и специалистами с высокой квалификацией. В Беларуси нет компаний, которые бы могли похвастаться такими кадрами и обширным разнообразием литийионных аккумуляторных батарей для пассажирского и грузового транспорта. У нас есть накопители как для двухместного юнивинд U4-651, так и для 40-тонного контейнеровоза», – отметил Юрий Шрубок.

Приоритетные решения

Одним из важнейших направлений для компании UST Inc. выступают грузоперевозки, которые также осуществляются в логистической инфраструктуре «второго уровня». Сотрудники «Электропривода» по праву гордятся своей разработкой – накопителями электрической энергии для юнимобиля, способного перевозить морские контейнеры.

Конструкторами бюро был создан комбинированный аккумулятор, состоящий из двух батарей на литийионных аккумуляторах и ещё двух батарей на суперконденсаторах. Такая конструкция на коротких расстояниях и при частых запусках помогает быстро разгонять рельсовые беспилотники большой массы. Набор скорости юнимобилем происходит благодаря энергии двух конденсаторных батарей, после чего движение продолжается за счёт контактной сети или пары литийионных бортовых аккумуляторов.

Также эта технология позволяет быстро зарядить суперконденсаторный аккумулятор во время движения от контактной сети и рекуперационного торможения. Эксплуатация рельсовых беспилотников с применением разнотипных аккумуляторов позволяет уменьшить размеры самих накопителей энергии, обеспечить более комфортные условия их работы при отсутствии чрезмерных нагрузок и, следовательно, продлить срок их службы.

Перспективы технологии накопления

В современных решениях uST применяются следующие типы накопителей:

•    Литийионные аккумуляторы – сегодня считаются лидерами по плотности энергии и сроку службы. Их можно интегрировать как в подвижной состав, так и в стационарные узлы. Их преимущества – высокая энергоотдача, модульность, возможность быстрой зарядки. Недостатки – чувствительность к температуре и высокая стоимость.

•    Суперконденсаторы –подходят для кратковременного хранения и резкого высвобождения энергии, что актуально, например, при ускорении или рекуперации торможения. Уступая литийионным аккумуляторам в энергоёмкости, они выигрывают в скорости отдачи.
•    Натрийионные батареи и твердофазные аккумуляторы – в обозримом будущем находятся на этапе пилотных внедрений, но представляют интерес как более экологичные и дешёвые альтернативы литиевым аналогам.

В перспективе также возможно использование гибридных систем накопления, сочетающих разные типы устройств (например, аккумуляторы + суперконденсаторы), что позволяет достичь оптимального баланса между энергоёмкостью, скоростью отклика и сроком службы.

Высокий уровень безопасности

Инженеры UST Inc., помимо ёмкости и надёжности накопителей энергии в работе, уделяют большое внимание безопасности их конструкции.
Юрий Шрубок отмечает, что в батареях рельсо-струнных комплексов uST есть электронные устройства, которые следят за основными параметрами:

•    напряжением на каждой аккумуляторной ячейке (в некоторых аккумуляторах содержится 364 топливные ячейки);
•    температурой на контактах ячеек;
•    током, выдаваемым и накапливаемым батареей; 
•    температурой и наличием утечек охлаждающей жидкости;
•    изоляцией корпуса. 

Корпусы накопителей спроектированы с учётом высоких эксплуатационных нагрузок. Они герметичны и изолированы, способны выдерживать высокие температуры, оборудованы клапанами выравнивания давления.

«Все вышеперечисленные решения позволяют безопасно эксплуатировать изготавливаемый нашей компанией транспорт», – отметил ведущий инженер-конструктор.

Экономический и экологический эффект

Использование накопителей энергии способствует:
•    снижению эксплуатационных затрат за счёт оптимизации энергопотребления;
•    повышению энергоэффективности всей транспортной системы;
•    сокращению выбросов CO₂ при интеграции с возобновляемыми источниками;
•    увеличению срока службы компонентов за счёт сглаживания нагрузок.

Кроме того, батареи могут использовать рекуперацию энергии торможения – вместо того чтобы теряться в виде тепла, она снова поступает в систему и используется повторно.

Вызовы и перспективы

Среди ключевых вызовов массового применения данного решения – высокая стоимость современных аккумуляторных технологий, необходимость утилизации отработанных батарей, а также обеспечение безопасности при сохранении больших объёмов энергии.

Тем не менее развитие технологий хранения, снижение цен на литий и новые материалы (в том числе переработанные) открывают перспективы широкого внедрения накопителей в инфраструктуру uST.

Дальнейшее развитие

Накопители электрической энергии – неотъемлемый элемент эффективной и устойчивой транспортной системы uST. Они обеспечивают автономность, гибкость и устойчивость к внешним воздействиям, делая рельсо-струнный транспорт более надёжным и готовым к масштабной интеграции в города будущего. С развитием аккумуляторных технологий их значение будет только возрастать, а инновационные подходы к накоплению энергии станут ключом к следующему этапу эволюции интеллектуального транспорта.