В 2021-2022 гг. была проведена демонстрационная длительная эксплуатация стационарного буферного накопителя энергии НКЭ-3Г в системе тягового энергоснабжения трамвайного движения в городе Санкт-Петербурге. Длительность работы агрегата превысила семь месяцев. Эксплуатация проводилась во все сезоны года — с осени по лето. Температура внешней среды в этот период изменялась в диапазоне от -24 до +30 ºС.

Контейнер с накопителем НКЭ-3Г размещался на внутренней площади разворотного кольца трамвая; присоединение устройства производилось непосредственно к контактному проводу и рельсу. Автоматическая система управления включала накопитель в работу утром с началом движения вагонов по линии и отключала с завершением перевозочного дня. Общее время работы агрегата за период демонстрационной эксплуатации превысило 5500 моточасов. За это время накопитель отработал безаварийно, обеспечивая повышение качества энергоснабжения транспортной работы трамваев и стационарной энергопотребляющей инфраструктуры участков питания тяговой подстанции (информационные табло, отопители стрелок, светофоры, устройства мониторинга КС и др.).

Базовым режимом работы было обеспечение максимального возврата избыточной (т.е. рассеиваемой на тормозных резисторах вагонов при отсутствии буферных накопителе) энергии рекуперативного торможения вагонов. Кроме того, отрабатывались режимы обеспечения повышенного качества напряжения в КС, т.е. преимущественный функционал стабилизатора напряжения.  Длительный период испытаний обеспечил также и ресурсную проверку всех узлов и систем агрегата, в т.ч. автоматизированной системы управления и контроля, а также дистанционного мониторинга и диспетчерского управления.

В ходе эксплуатации фиксировались показатели работы НКЭ-3Г, что обеспечивалось входным двунаправленным счётчиком энергии накопителя, устройством осциллографирования всех основных электромеханических показателей, а также счётчиками энергии и одометрами на подвижном составе и на тяговой подстанции. Полученные данные сопоставлялись с текущими показателями выполнения транспортной работы, метеоусловиями, а также архивными показателями работы трамвайной системы в условиях отсутствия накопителя энергии. Так, была выявлена количественная зависимость от погодных условий потребления энергии на тягу и на выполнение нетяговой работы электропотребляющим оборудованием вагонов, а также объёмов полезной энергии рекуперации (выдаваемой тормозящими вагонами в контактную сеть) и избыточной энергии рекуперации (рассеиваемой на тормозных резисторах).

Установка стационарного накопителя энергии полностью сохраняет объёмы полезных перетоков энергии рекуперации (которые имеются и в условиях без стационарного накопителя), а также обеспечивает перенаправление на транспортную работу ранее избыточной энергии рекуперации. В ходе эксплуатации агрегата НКЭ-3Г было определено, что стационарный накопитель позволяет увеличивать на треть объёмы полезного возврата энергии рекуперации на выполнение транспортной работы. Этот объём повторно используемой энергии рекуперации снижает оплачиваемое потребление энергии от тяговых подстанций.

Исследование рекуперативных процессов в контактной сети со стационарным накопителем позволило открыть новый эффект, который ранее был неизвестен и, соответственно, не принимался в расчёт при оценке эффективности работы накопителей в электротранспорте. А именно, было открыто, что перенаправленная на накопитель ранее избыточная энергия рекуперации непосредственно потребляется полезной сетевой нагрузкой (тяговой и нетяговой) в ходе процесса зарядки накопителя. Этот эффект получил название «Эффект КБК«. Ранее, не зная про этот эффект, исследователи рекуперативных процессов в контактных сетях ГЭТ считали, что стационарные накопители возвращают на повторное использование рекуперацию только в том объёме, который фиксирует выходной счётчик самого накопителя. При размещении накопителей энергии на борту вагонов становятся невозможными как межпоездные перетоки рекуперации, так и «эффект КБК».

За период эксплуатации стационарного накопителя в КС гарантированно обеспечивался уровень напряжения, заданный требованиями ГОСТ 6962-75 «Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений». Увеличение экономии оплачиваемого потребления энергии от тяговых подстанций за счёт мобилизации ранее избыточной энергии рекуперации составило порядка трети от объёма полезной рекуперации, который был до установки стационарного накопителя.

Длительная демонстрационная эксплуатация накопителя НКЭ-3Г подтвердила его готовность для внедрения в системы энергоснабжения транспортной работы городского электротранспорта. Базовые опции функционального назначения агрегата НКЭ-3Г:

  • возврат на полезную транспортную работу ранее избыточной энергии рекуперативного торможения подвижного состава,
  • повышение качества напряжения в контактной сети (сглаживание пиков и просадок напряжения),
  • улучшение энергоснабжения удалённых от тяговых подстанций участков питания КС (роль «виртуальной», т.е. неприсоединённой к высоковольтным линиям тяговой подстанции или бестопливного пикового генератора мощности).