Jarrutusenergian hyödyntäminen metroliikenteessä
Rajatammi, Janne (2025)
2025
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202502183017
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202502183017
Tiivistelmä
Kasvihuonekaasujen lisääntyminen sekä energian hintojen nousu ohjaavat vähentämään energian kulutusta. Pääkaupunkiseudun kaupunkiliikenne Oy kuljettaa kaupunkilaisia tuottaen vastuullisia liikkumisen palveluita, joiden kehittämiseksi on etsittävä kestäviä ratkaisuja. Metrojunien jarrutuksissa syntyy suuri määrä energiaa, jonka hyödyntämistä tässä työssä tutkitaan.
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin Kaupunkiliikenne Oy:n M300-sarjan metrojunan jarrutusenergian takaisinsyöttöä metron omaan tasajänniteverkkoon ja sen hyödyntämistä toisen junan kiihdytykseen käyttämän energian hyötynä. M300-sarjan metrojunat ovat tilattu tukemaan takaisinsyöttöä, mutta sitä ei ole koskaan otettu käyttöön. Jarrutusenergian takaisinsyöttö on estetty junissa vaunukohtaisilla verkkodiodeilla, jotka ohitettiin koeajojen mahdollistamiseksi. Työssä suoritettiin kahdet koeajot, ensimmäinen koeajo yhdellä junayksiköllä metrovarikon koestusraiteella, jonka tuloksien perusteella ajettiin linjaraiteella kahden yksikön koeajo.
Koeajojen perusteella M300-sarjan junat kykenevät syöttämään jarrutusenergian takaisin metron tasajänniteverkkoon pienin muutoksin, jolloin toinen juna voi hyödyntää sen kiihdytyksessään. Testeissä saatiin parhaimmillaan katettua jarrutuksen tuottamalla energialla 29,8 prosenttia kiihdyttävän junan kiihdytykseen käyttämästä energiasta, kyseisen jarrutuksen tuottaessa 3,5 kilowattituntia energiaa. Tulosten perusteella jarrutuksen profiilia ja ajoitusta optimoimalla olisi mahdollista saada jarrutuksista enemmän energiaa hyödynnettyä.
Jarrutusenergian takaisinsyöttö vähentäisi ostosähkön määrää ja kustannuksia. Nykyisessä 41 vuoron liikenteessä jarrutuksien ja kiihdytyksien yhteen sattuminen on epätodennäköisempää, mutta jo 10 prosentin osuudella M300-sarjan junista syntyisi 128 596 euron vuotuinen säästö ajoenergian kustannuksissa. Tulevaisuudessa METKA-hanke mahdollistaa 120 sekunnin vuorovälin, jolloin kaluston uusiuduttua takaisinsyöttö on mahdollista ottaa käyttöön kaikissa junissa. Hankkeen tuoma puoliautomaattinen liikenne mahdollistaa jarrutuksien ja kiihdytyksien ajoittamisen, joka lisää kohtaavien kiihdytyksien ja jarrutuksien määrää. Jos arvioidaan 60 vuoron liikennettä, jossa 50 prosenttia jarrutuksista osuisi kiihdytyksiin, saavutettaisiin 1 159 420 euron vuotuinen säästö ajoenergian kustannuksissa.
Tässä opinnäytetyössä tutkittiin Kaupunkiliikenne Oy:n M300-sarjan metrojunan jarrutusenergian takaisinsyöttöä metron omaan tasajänniteverkkoon ja sen hyödyntämistä toisen junan kiihdytykseen käyttämän energian hyötynä. M300-sarjan metrojunat ovat tilattu tukemaan takaisinsyöttöä, mutta sitä ei ole koskaan otettu käyttöön. Jarrutusenergian takaisinsyöttö on estetty junissa vaunukohtaisilla verkkodiodeilla, jotka ohitettiin koeajojen mahdollistamiseksi. Työssä suoritettiin kahdet koeajot, ensimmäinen koeajo yhdellä junayksiköllä metrovarikon koestusraiteella, jonka tuloksien perusteella ajettiin linjaraiteella kahden yksikön koeajo.
Koeajojen perusteella M300-sarjan junat kykenevät syöttämään jarrutusenergian takaisin metron tasajänniteverkkoon pienin muutoksin, jolloin toinen juna voi hyödyntää sen kiihdytyksessään. Testeissä saatiin parhaimmillaan katettua jarrutuksen tuottamalla energialla 29,8 prosenttia kiihdyttävän junan kiihdytykseen käyttämästä energiasta, kyseisen jarrutuksen tuottaessa 3,5 kilowattituntia energiaa. Tulosten perusteella jarrutuksen profiilia ja ajoitusta optimoimalla olisi mahdollista saada jarrutuksista enemmän energiaa hyödynnettyä.
Jarrutusenergian takaisinsyöttö vähentäisi ostosähkön määrää ja kustannuksia. Nykyisessä 41 vuoron liikenteessä jarrutuksien ja kiihdytyksien yhteen sattuminen on epätodennäköisempää, mutta jo 10 prosentin osuudella M300-sarjan junista syntyisi 128 596 euron vuotuinen säästö ajoenergian kustannuksissa. Tulevaisuudessa METKA-hanke mahdollistaa 120 sekunnin vuorovälin, jolloin kaluston uusiuduttua takaisinsyöttö on mahdollista ottaa käyttöön kaikissa junissa. Hankkeen tuoma puoliautomaattinen liikenne mahdollistaa jarrutuksien ja kiihdytyksien ajoittamisen, joka lisää kohtaavien kiihdytyksien ja jarrutuksien määrää. Jos arvioidaan 60 vuoron liikennettä, jossa 50 prosenttia jarrutuksista osuisi kiihdytyksiin, saavutettaisiin 1 159 420 euron vuotuinen säästö ajoenergian kustannuksissa.