Приложение В (справочное). Термины и определения, связанные с энергией

Приложение В
(справочное)

Термины и определения, связанные с энергией

В.1 Общие положения

В данном приложении описаны термины, определения и методы, относящиеся к энергии.

Для одного и того же термина "эффективность рекуперации" широко используются разные определения. На рисунке 9 приведен пример архитектуры негибридной системы с питанием от контактной линии. Характеристики рекуперации этой системы оценивают, как правило, путем измерения мощности, передаваемой между ТС и сетью электропитания через токосъемники (например, пантографы или башмаки). Это как правило означает, что поток мощности является положительным, то есть от сети электропитания к ТС, когда ТП регенерирует мощность, которая менее мощности, подаваемой на ВН.

Следовательно, даже если потери в подсистеме ОИП на рисунке 9 игнорировать, подаваемая, рекуперированная и потребляемая энергия, коэффициент регенерации и многие другие показатели эффективности ТС могут значительно отличаться от тех, которые определены для ТП согласно этому определению.

Интерпретация энергетических индексов существенно различается для конкретных конфигураций. Например, в конфигурации, показанной на рисунке 6, рекуперированная энергия для ОИП в основном возвращается в сеть электропитания. В то же время, на рисунке 4 она поглощается при торможении двигателем или выхлопными газами, поэтому они должны рассматриваться по-разному.

В зависимости от конфигурации системы показатели эффективности использования энергии должны быть четко определены и обрабатываться соответствующим образом.

В.2 Термины и определения рекуперативных показателей

В.2.1 подсистема источника питания (power source subsystem): Любая составляющая последовательной гибридной системы, основной задачей которой является подача питания на другие части системы.

Примечание - СНЭ в разных контекстах может рассматриваться как источник питания и как приемник энергии.

В.2.2 подсистема энергопотребляющая (power sink subsystem): Любая составляющая последовательной гибридной системы, основной задачей которой является получение энергии от других частей системы и ее использование для достижения какой-либо конкретной цели.

Примечание - См. примечание к В.2.1.

В.2.3 поставляемая энергия (supplied energy)

(подсистема источника питания в последовательной гибридной системе) (power source subsystem in a series hybrid system): Количество энергии, передаваемой из подсистемы источника питания в другие части системы в течение установленного рабочего профиля;

(подсистема энергопотребления в последовательной гибридной системе) (power sink subsystem in a series hybrid system): Количество энергии, передаваемой из других частей системы в подсистему электропитания в течение установленного рабочего профиля;

(железнодорожное транспортное средство, использующее контактные линии) (railway vehicle using contact lines): Количество энергии, передаваемой из контактных линий в транспортное средство в течение установленного рабочего профиля.

В.2.4 рекуперированная энергия (regenerated energy)

(подсистема источника питания в последовательной гибридной системе) (power source subsystem in a series hybrid system): Количество энергии, передаваемой из других частей системы в подсистему источника питания в течение установленного рабочего профиля;

(подсистема энергопотребления в последовательной гибридной системе) (power sink subsystem in a series hybrid system): Количество энергии, передаваемой из подсистемы электропитания в другие части системы в течение установленного рабочего профиля;

(железнодорожное транспортное средство с использованием контактных линий) (railway vehicle using contact lines): Количество энергии, передаваемой транспортным средством на контактную линию в течение установленного рабочего профиля.

В.2.5 потребляемая энергия (consumed energy): Количество энергии, полученное вычитанием регенерированной энергии из подаваемой энергии.

В.2.6 эффективность рекуперации (regenerative efficiency): Отношение рекуперированной энергии к поставляемой энергии.

В.3 Энергетические показатели рабочих характеристик последовательных гибридных систем

В.3.1 Общие положения

При оценке энергоэффективности последовательных гибридных систем наиболее важным показателем рабочих характеристик является потребление энергии, как определено в 3.1.8.

В случае необходимости могут быть использованы и должны рассматриваться также другие показатели эффективности, такие как подаваемая, рекуперированная и/или потребляемая энергия каждой подсистемы в последовательной гибридной системе и/или всей гибридной системы, эффективность рекуперации тягового привода и/или всей последовательной гибридной системы и т.д.

Возможные цели индексов, определенных в настоящем приложении, включают (но не ограничиваются) установление вклада каждой из подсистем гибридной системы в энергосбережение.

В.3.2 Места измерения

При расчете индексов, описанных в настоящем приложении, необходимо измерять потоки мощности между блоком связи и подсистемами в гибридной системе. В примере конфигурации на рисунке В.1 эти потоки мощности показаны как Р _ОИП, Р _СНЭ, Р _ТП, Р _ТР и Р _ВО.

Примечание - Неизбежно, что в блоке связи на рисунке В.1 есть потери, однако эти потери, как правило, невелики и поэтому игнорируются в следующих частях настоящего приложения.

Р _ОИП - мощность ОИП; Р _ТП - мощность ТП; Р _СНЭ - мощность СНЭ; Р _ТР - мощность TP; Р _ВО - мощность ВО

Рисунок В.1 - Пример блок-схемы последовательной гибридной системы

В дополнение к указанным потокам мощности, необходимо измерить следующее:

- для ТС, приводимого в действие от контактной линии: электрическую мощность, потребляемую ТС через токосъемники; а также

- для ТС, работающего от ОИП, потребляющего топливо или газ: расход топлива или газа расходомерами.

Как указано в 8.6.2.4, измерения следует проводить на выводах, связывающих каждую подсистему и блок связи, указанные на рисунке В.1.

В.3.3 Класс основного источника питания

Для удобства описания в настоящем приложении ОИП в гибридной системе можно классифицировать на следующие два класса:

- класс 0: ОИП, который либо:

не обладает способностью поглощать рекуперированную энергию; или

может поглощать и рассеивать рекуперированную энергию, но не имеет возможности повторно использовать возвращаемую энергию;

- класс 1: ОИП, который может поглощать рекуперированную энергию и эффективно ее использовать.

Из примеров, приведенных в разделе 4, дизель-электрические ОИП и ОИП на топливных элементах относятся к классу 0, а контактные линии в качестве ОИП относятся к классу 1.

В.3.4 Потребление энергии

В.3.4.1 Потребление энергии тяговым приводом

Подаваемая (Е _п.ТП), рекуперированная (Е _р.ТП) и потребляемая (используемая) (Е _и.ТП) энергия ТП на рисунке В.1 может быть выражена следующими уравнениями:

,

(В.1)

,

(В.2)

,

(В.3)

где t - время, P _ТП(t) - значение Р _ТП, как обозначено на рисунке В.1 в момент времени t, Т _н и Т _к являются временами начала и окончания рабочего профиля, заданного как условие оценки, и max(a, b) равно а, если а > b и b в противном случае. Аналогичные определения могут быть сделаны для подаваемой, регенерируемой и потребляемой энергии других подсистем в последовательной гибридной системе или в последовательной гибридной системе в целом (особенно в последовательных гибридных системах для ТС с питанием от контактной линии).

В.3.4.2 Потребление энергии на токосъемниках

Для железнодорожных ТС с питанием от контактной линии (включая ТС без гибридных систем) подводимая Е _п.КС и возвращаемая (регенерируемая) Е _р.КС энергия на токосъемниках (например, пантографы, если контактная линия является воздушной линией) может быть выражена следующими уравнениями:

,

(В.4)

,

(В.5)

,

(В.6)

где t, Т _н, Т _к и max(a, b) такие же, как в В.3.4.1, Е _и.КС - потребляемая энергия на токосъемнике, a P _КС(t) - входная мощность на токосъемнике (когда Р _КС < 0, мощность возвращается от транспортного средства в контактную линию) в момент времени t.

Знак (+, 0 или -) мощности, подаваемой на ТП Р _ТП и знак Р _КС не всегда совпадают даже для негибридных ТС.

При проведении оценки потребления на токосъемниках, если есть бортовой СНЭ, его СЗ и/или СЭ должны быть равны в моменты времени Т _н и Т _к, как указано в 8.6.2.5.

В.3.4.3 Потребление электрической энергии гибридной системой

Подаваемая (Е _п.ОИП) и возвращаемая (Е _р.ОИП) электрическая энергия ОИП в гибридной системе может быть выражена следующими уравнениями:

,

(В.7)

,

(В.8)

,

(В.9)

где t, Т _н, Т _к и max(a, b) такие же, как в В.3.4.1, Е _и.ОИП - потребляемая энергия ОИП, а Р _ОИП(t) - значение Р _ОИП в момент времени t, как обозначено на рисунке В.1.

При проведении оценки потребления электрической энергии гибридной системой, если есть бортовой СНЭ, ее СЗ и/или СЭ должны быть равны в моменты времени Т _н и Т _к, как указано в 8.6.2.5.

Если ОИП в соответствии с определением, приведенным в В.3.3, относится к классу 1, то потребление электрической энергии гибридной системой равно Е _и.ОИП, определенному в уравнении (В.9).

Если ОИП в соответствии с определением в В.3.3 относится к классу 0, то потребление электрической энергии гибридной системой равно Е _п.ОИП, вычисленному по (В.7).

В.3.4.4 Потери в СНЭ

Рассматривая СНЭ как подсистему энергопитания, ее подаваемая (Е _п.СНЭ) регенерируемая (Е _р.СНЭ) и потребляемая (Е _и.СНЭ) энергия может быть выражена следующими уравнениями:

,

(В.10)

,

(В.11)

,

(В.12)

где t, Т _н, Т _к и max(a, b) такие же, как в В.3.4.1, Р _СНЭ(t) - значение Р _СНЭ в момент времени t, как обозначено на рисунке В.1. Е _и.СНЭ, вычисленное по (В.12), показывает потери в СНЭ во время установленного рабочего профиля.

При проведении оценки потерь в СНЭ, ее СЗ и/или СЭ должны быть равны в моменты времени Т _н и Т _к, как указано в 8.6.2.5.

В.3.5 Эффективность рекуперации

В.3.5.1 Общие положения

Надлежащее определение эффективности рекуперации гибридной системы в целом зависит от ее конфигурации.

Эффективность рекуперации может стать более 100 % в зависимости от режима работы, например, когда транспортное средство спускается по склону.

В.3.5.2 Эффективность рекуперации тягового привода

Эффективность рекуперации ТП K _р.ТП, %, может быть выражена уравнением:

,

(В.13)

где Е _п.ТП и Е _р.ТП такие, как определено в В.3.4.1.

В.3.5.3 Эффективность рекуперации транспортного средства с контактной линией

Эффективность рекуперации транспортного средства с контактной линией (включая негибридные транспортные средства) K _р.КС, %, можно выразить следующим уравнением:

,

(В.14)

где Е _п.КС и Е _р.КС такие, как определено в В.3.4.4.

Следует отметить, что K _р.КС гибридного ТС (ТС с бортовой СНЭ) обычно ниже, чем у негибридного ТС (ТС без бортовой СНЭ), работающего по той же схеме.

Примечание - При оценке эффективности рекуперации ТС с КС, если на борту есть СНЭ, считается, что его СЗ и/или СЭ сбалансированы, как описано выше.

В.3.5.4 Эффективность рекуперации гибридной системы

Используя концепцию класса ОИП, определенную в В.3.3, общее определение эффективности рекуперации можно дать следующим образом.

Для гибридных систем, работающих на ОИП класса 1, эффективность рекуперации К _р.1, %, может быть вычислена следующим образом:

,

(В.15)

где Е _п.ТП и Е _и.ТП такие, как определено в В.3.4.1, а Е _п.ТР вычисляют по уравнению:

.

(В.16)

Для гибридных систем, работающих на ОИП класса 0, эффективность рекуперации К _р.0, %, может быть вычислена следующим образом:

,

(В.17)

где Е _п.ТП и Е _р.ТП такие, как определено в В.3.4.1, Е _п.ТР определено в уравнении (В.16), а Е _р.ОИП определено в В.3.4.3.

Примечание - При оценке эффективности рекуперации гибридной системы, если на борту ТС есть СНЭ, считается, что его СЗ и/или СЭ сбалансированы, как описано выше.