編者按：

一套名為“地面式超級(jí)電容/電池混合儲(chǔ)能裝置”的設(shè)備，日前已在北京地鐵通過(guò)了掛網(wǎng)試驗(yàn)。在北京地鐵的試驗(yàn)表明，夜間單車(chē)運(yùn)行時(shí)，每趟節(jié)能率均能達(dá)到20%。該裝置工作日每日節(jié)能約1500度電，周末每日節(jié)能約900度電。

這套由北京交通大學(xué)自主研發(fā)的世界首套城軌交通地面式混合儲(chǔ)能裝置，能夠回收利用列車(chē)制動(dòng)能量，還能夠在供電系統(tǒng)突發(fā)故障時(shí)，利用儲(chǔ)能將列車(chē)緊急牽引至地鐵站。

從科研立項(xiàng)、理論研究、系統(tǒng)建模與仿真、軟硬件設(shè)計(jì)、樣機(jī)的研發(fā)，再到設(shè)備的安裝、掛網(wǎng)試驗(yàn)，都有北京交通大學(xué)學(xué)生的深度參與，北交大碩士研究生楊浩豐及博士研究生劉宇嫣參與了該項(xiàng)目的全過(guò)程。

故事要從在鎮(zhèn)江調(diào)試的時(shí)候說(shuō)起。2019年9月，完成了前期的一些設(shè)計(jì)工作后，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)從仿真和設(shè)計(jì)的圖紙，變成具象化的實(shí)物——那五個(gè)兩米多高幾噸重的裝置占據(jù)了大半個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)。

接下來(lái)，要完成從仿真階段到實(shí)物調(diào)試的切換，并完成實(shí)驗(yàn)室情況下模擬真實(shí)地鐵列車(chē)運(yùn)行工況，完成所有裝置軟件的開(kāi)發(fā)工作。想著這些，站在實(shí)驗(yàn)區(qū)的我和另外幾位同學(xué)略顯手足無(wú)措，不知從何下手。

那段時(shí)間，熬夜成了家常便飯，通常完成當(dāng)天的測(cè)試已經(jīng)是夜里12點(diǎn)。印象最為深刻的是2020年1月，按計(jì)劃春節(jié)前要將裝置運(yùn)往北京地鐵八通線梨園站，但當(dāng)時(shí)我們還沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，這是非常重要的一環(huán)，如果聯(lián)合調(diào)試沒(méi)有成功，儲(chǔ)能裝置就不具備在地鐵正線運(yùn)營(yíng)的能力。

1月8日，系統(tǒng)的調(diào)試仍然存在一些問(wèn)題，為了解決一個(gè)又一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)天晚上我們熬了整個(gè)通宵。第二天早上，也就是1月9日7點(diǎn)，調(diào)試仍在繼續(xù)。我不經(jīng)意間望著窗外，竟不知何時(shí)這個(gè)南方小鎮(zhèn)下起了雪，沒(méi)想到第一次看到南方的雪是在這樣的情境之下。終于，趕在9日晚上18點(diǎn)完成了所有的測(cè)試，此時(shí)運(yùn)輸工人已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室外等待兩個(gè)多小時(shí)了。之后就是將裝置打包、裝車(chē)運(yùn)往北京。我們隨后也坐上火車(chē)，按計(jì)劃前往北京地鐵進(jìn)行裝置的現(xiàn)場(chǎng)安裝。

那是我第一次進(jìn)入地鐵站的變電所，儲(chǔ)能系統(tǒng)雖然已經(jīng)運(yùn)到地鐵的變電所中，但是在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)投入地鐵運(yùn)行之前還有很多事情要做。比如與安裝工人一起下到變電所的地下電纜溝中，用電纜將儲(chǔ)能系統(tǒng)接入到地鐵的供電系統(tǒng)中。第一次下到電纜溝中，映入眼簾的是錯(cuò)綜復(fù)雜數(shù)量龐大的電纜，沒(méi)想到地上變電所整整齊齊的供電設(shè)備下竟會(huì)是這般景象。電纜溝下滿是灰塵，即使戴著口罩也能聞到空氣中刺鼻的味道，后來(lái)問(wèn)了變電所值班員才知道，為了防止老鼠咬食電纜在電纜溝中撒了老鼠藥。除了與地鐵供電系統(tǒng)的電纜連接外，還需要鋪設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)間控制回路的接線。一個(gè)師弟回憶起這段經(jīng)歷，他說(shuō)數(shù)不清接了多少根線，核驗(yàn)了多少次。因?yàn)槟呐掠幸桓€接錯(cuò)，整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)都將無(wú)法正常運(yùn)行。

春節(jié)前，我們把之前規(guī)劃的事情基本完成后，便放假回家了。突如其來(lái)的疫情打亂了我們的計(jì)劃，原計(jì)劃春節(jié)后回京繼續(xù)儲(chǔ)能裝置的恢復(fù)和調(diào)試工作，只能一拖再拖。我們當(dāng)時(shí)心急如焚。只能通過(guò)線上視頻會(huì)議，盡可能完善測(cè)試和試驗(yàn)方案，為回京調(diào)試做準(zhǔn)備。

6月份，疫情情況有所好轉(zhuǎn)，在向北京地鐵方面申請(qǐng)了調(diào)試計(jì)劃后，于6月20日我和三位師兄弟各自從家回到北京。

當(dāng)時(shí)正值入夏，但是按照地鐵的安全規(guī)程，我們進(jìn)入地鐵做調(diào)試時(shí)必須要穿勞保服和絕緣鞋。長(zhǎng)袖和長(zhǎng)褲的勞保服，比普通夏裝還要厚一些，同時(shí)因?yàn)榉酪哌€要佩戴口罩。變電所沒(méi)有空調(diào)，里面的設(shè)備運(yùn)行散發(fā)著巨大的熱量，身上的衣服是濕了又干，干了又濕。為了保證調(diào)試的順利進(jìn)行，兩位2020年畢業(yè)的師兄，一直堅(jiān)守到入職的前一天，才從北京趕去各自的工作地點(diǎn)入職。

為了保證地鐵運(yùn)行安全，一些調(diào)試只能放在夜間變電所停運(yùn)之后才能進(jìn)行。整座城市寂靜下來(lái)以后，我們與老師在夜色下一起趕往梨園變電所。23：30到達(dá)變電所，00：30待最后一班列車(chē)入庫(kù)，變電所停運(yùn)后，才進(jìn)入到我們的主場(chǎng)，開(kāi)始進(jìn)行調(diào)試，凌晨3：30調(diào)試工作結(jié)束?；厝ズ?jiǎn)單休整后，第二天一早九十點(diǎn)鐘起床立即對(duì)夜間做的試驗(yàn)進(jìn)行分析。

夜間調(diào)試的時(shí)間其實(shí)是非常有限的。即使在實(shí)驗(yàn)室中盡可能模擬地鐵的運(yùn)行工況并多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)試中總會(huì)出現(xiàn)各種意想不到的問(wèn)題。有一次調(diào)試出現(xiàn)問(wèn)題實(shí)驗(yàn)被迫終止，所有人的目光都投向我，問(wèn)怎么回事，當(dāng)時(shí)我倍感壓力，甚至能感覺(jué)到臉在發(fā)燙。我清楚地記得7月27日夜里，第一次行車(chē)試驗(yàn)，利用一班地鐵列車(chē)模擬日間的運(yùn)行工況，這也是儲(chǔ)能系統(tǒng)能否進(jìn)行日間掛網(wǎng)的關(guān)鍵前提。當(dāng)時(shí)我身著勞保服在高溫變壓器室中進(jìn)行試驗(yàn)，高度緊張的我居然一滴汗都沒(méi)出。直到凌晨3點(diǎn)多，第一趟試驗(yàn)列車(chē)走完，我才如釋重負(fù)，激動(dòng)地問(wèn)：這就成功了？是成功了嗎？

夜間的行車(chē)成功，證明儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)具備日間掛網(wǎng)的能力。在日間掛網(wǎng)試驗(yàn)前，還需要去采集梨園變電所及其相鄰變電所全天的電壓電流數(shù)據(jù)。有一次在土橋變電所考取數(shù)據(jù)，看著空蕩蕩的地鐵站和忙碌的地鐵站工作人員，望著這城市我不曾見(jiàn)過(guò)的另外一面，不禁感嘆我們享受著的便利交通的背后竟有這樣一群人在默默付出，這也是我之前從未知曉的。

8月底，日間掛網(wǎng)試驗(yàn)迎來(lái)了最終的考驗(yàn)，能否完成科技部的要求在此一搏。那段時(shí)間，我們每天要在凌晨4：30前與變電所一起投入運(yùn)行，同時(shí)一直在變壓器室觀察、記錄儲(chǔ)能裝置的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。雖然期間多有波折，但是最后結(jié)果還是令人滿意的。（楊浩豐）

楊浩豐

以前覺(jué)得列車(chē)跑起來(lái)全靠司機(jī)操控，從來(lái)沒(méi)想過(guò)列車(chē)為什么能動(dòng)起來(lái)，怎樣才能動(dòng)起來(lái)？現(xiàn)在再乘坐地鐵，看著列車(chē)經(jīng)過(guò)一站又一站，眼里不再只有列車(chē)和站臺(tái)，還有地下為列車(chē)供電的變電站、列車(chē)夜間休息和檢修的車(chē)輛段，這些變化還得從我們開(kāi)始試驗(yàn)用于城軌交通節(jié)能的地面混合儲(chǔ)能說(shuō)起。

列車(chē)在每站間的運(yùn)行都是由牽引、惰行和制動(dòng)組成的。列車(chē)的牽引，就是我們平常說(shuō)的加速運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)就是列車(chē)剎車(chē)的過(guò)程。列車(chē)牽引的時(shí)候需要很大一部分電能，這部分電能轉(zhuǎn)換為列車(chē)向前運(yùn)動(dòng)需要的能量。根據(jù)能量守恒，當(dāng)列車(chē)制動(dòng)停站的時(shí)候動(dòng)能可以轉(zhuǎn)換為電能，這部分能量相當(dāng)可觀，如果合理利用好這部分能量能大大減少列車(chē)的運(yùn)行能耗。地面混合儲(chǔ)能系統(tǒng)可以充當(dāng)中轉(zhuǎn)站的角色，收集起這部分能量待需要時(shí)再釋放，可以達(dá)到節(jié)能的效果。

2020年7月17日晚上10：30，我和同實(shí)驗(yàn)室的師妹一起到達(dá)土橋車(chē)輛段，準(zhǔn)備配合變電站的同學(xué)進(jìn)行第一次地面混合儲(chǔ)能系統(tǒng)掛網(wǎng)試驗(yàn)。我們比預(yù)定的時(shí)間早到了半小時(shí)，先和配合我們?cè)囼?yàn)的司機(jī)討論駕駛方案。夜里12點(diǎn)，我們上車(chē)準(zhǔn)備開(kāi)始試驗(yàn)。到達(dá)庫(kù)里的時(shí)候看著眼前停著一排排的列車(chē)，很壯觀也很新奇，這是我們第一次見(jiàn)到列車(chē)晚上“休息”的地方。

大伙坐在車(chē)?yán)锏却?2：30的到來(lái)，既緊張又興奮。我和師妹總是互問(wèn)實(shí)驗(yàn)會(huì)順利吧，然后再互相打氣說(shuō)肯定沒(méi)問(wèn)題的！那天晚上我們共設(shè)計(jì)了三圈土橋到果園的往返實(shí)驗(yàn)。我拿著手臺(tái)與變電站的同學(xué)保持溝通，詢問(wèn)他們的設(shè)備投入情況。第一次投入時(shí)發(fā)生了故障，老師讓我們繼續(xù)待命。司機(jī)說(shuō)：“這都1點(diǎn)了，三圈估計(jì)跑不完了，不管實(shí)驗(yàn)做沒(méi)做完，3點(diǎn)鐘我們都得返回車(chē)輛段了?！蔽液蛶熋孟嗷?duì)視了下，焦急卻使不上力。又過(guò)了一會(huì)兒，地面上的同學(xué)說(shuō)設(shè)備投入成功了，可以跑車(chē)了。司機(jī)按照我的指令開(kāi)始加速，然后減速到達(dá)臨河里站。我問(wèn)站里做測(cè)試的同學(xué)有效果嗎？她說(shuō)：“師姐，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以放電，但是充不了電，你們?cè)俚纫幌拢覀冋{(diào)整下參數(shù)。”于是，又是難熬地等待設(shè)備調(diào)整。就這樣反復(fù)調(diào)試、試驗(yàn)、調(diào)試再試驗(yàn)，在第二圈梨園到臨河里的時(shí)候，終于看到了我們想要的效果。此時(shí)已近凌晨3點(diǎn)，3小時(shí)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)得遠(yuǎn)比想象中快得多，為了保證第二天地鐵的正常運(yùn)營(yíng)，我們不得不中斷實(shí)驗(yàn)，返回庫(kù)里。我和師妹十分開(kāi)心，凌晨3點(diǎn)仍毫無(wú)困意。

經(jīng)歷了5天的夜間調(diào)試，我們的設(shè)備終于能正常運(yùn)行了。8月25日開(kāi)始正式投入使用。白天在列車(chē)正常運(yùn)營(yíng)的時(shí)候，讓儲(chǔ)能裝置工作，驗(yàn)證它實(shí)際的節(jié)能效果。白天的試驗(yàn)為期5天，從每天早上4點(diǎn)半開(kāi)始到晚上7點(diǎn)收工。設(shè)備房里的噪聲很大，師弟總是開(kāi)玩笑說(shuō)，每次結(jié)束實(shí)驗(yàn)感覺(jué)整個(gè)世界都安靜了。沒(méi)有能坐的地方，也顧不了形象，累了就直接坐在地上。導(dǎo)師也很辛苦，每天一大早從西直門(mén)趕到梨園陪我們實(shí)驗(yàn)，大部分時(shí)間他都是站著。第二天來(lái)的時(shí)候我們都能聞到他身上的膏藥味。

在大家的共同努力下，最終的節(jié)能效果達(dá)到了我們的預(yù)期。（劉宇嫣）

責(zé)任編輯：陳思