淺談現(xiàn)代有軌電車供電系統(tǒng)新技術(shù)

王眾

【摘 要】有軌電車采用無觸網(wǎng)供電方式新技術(shù)是現(xiàn)代有軌電車重點技術(shù)發(fā)展方向，本文通過結(jié)合珠海、南京、廣州等有軌電車項目供電方式的描述，詳細介紹了包括地面供電、超級電容、蓄電池等無觸網(wǎng)供電方式的特點并提出了看法和建議，最后對現(xiàn)代有軌電車供電方式發(fā)展方向提出建議。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代有軌電車 無觸網(wǎng) 地面供電 超級電容 蓄電池

隨著沈陽、南京、蘇州、廣州、珠海等地100%低地板現(xiàn)代有軌電車陸續(xù)開通及列車到段調(diào)試，國內(nèi)100%低地板現(xiàn)代有軌電車項目以其總投資少，建設(shè)周期短，良好的景觀造型、運量大、節(jié)能污染小等特點引起國內(nèi)各大城市軌道交通行業(yè)廣泛重視。

1 現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)的主要特點有以下幾點

（1）系統(tǒng)主要以地面線形敷設(shè)，線路主要沿著既有道路建設(shè)，與其他道路可采用平交方式。（2）沿線整體景觀要求高。現(xiàn)代有軌電車工程強調(diào)將沿線線路、車站及附屬設(shè)施與城市景觀相融合，盡量避免傳統(tǒng)線路接觸網(wǎng)、基座等設(shè)備設(shè)施對城市線路、景觀等造成影響。同時，考慮到對人身安全和地面交通、景觀產(chǎn)生障礙，不適合采用傳統(tǒng)的第三軌供電。（3）新型現(xiàn)代有軌電車的線路站間距普遍較小，平均站間距不到1km。（4）車輛設(shè)備小型化和輕量化。一般車輛最大運行速度為60～80km/h，平均運行速度為20～30 km/h。（5）有軌電車與地鐵、輕軌不同，通常不具有專用路權(quán)。

2 現(xiàn)代有軌電車供電系統(tǒng)新技術(shù)在國內(nèi)運用

現(xiàn)代有軌電車供電方式分為有接觸網(wǎng)和無觸網(wǎng)供電，其中，有接觸網(wǎng)供電方式與傳統(tǒng)的鐵路和大部分地鐵所采取的供電方式基本相同。列車通過車頂受電弓從架空接觸網(wǎng)取得電能，技術(shù)較為成熟，但因沿線布置的接觸網(wǎng)、電線桿及附屬設(shè)備設(shè)施對景觀影響較大。

做為現(xiàn)代有軌電車新技術(shù)無觸網(wǎng)供電方式因其沿線無網(wǎng)及基座、視覺景觀優(yōu)美等特點，符合現(xiàn)代化城市景觀要求而廣受各大城市有軌電車項目的歡迎，現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)已投入使用相關(guān)城市有軌電車的供電新技術(shù)介紹如下：

2.1 地面供電（珠?，F(xiàn)代有軌電車1號線首期工程）

地面供電是通過在軌道中間鋪設(shè)供電軌或供電器來給車輛供電，此種供電方式可全部取消架空接觸網(wǎng)，提高城市景觀性。

珠海現(xiàn)代有軌電車1號線首期工程引進了意大利安薩爾多公司的Tramwave地面供電系統(tǒng)先進技術(shù)，在兩條軌道中間修一條供電系統(tǒng)，屬于“第三軌”供電，兩邊的軌道采用了多重的保護系統(tǒng)不帶電。給有軌電車供電的線路，被埋在軌道中間。供電范圍只維持在列車下2米×40厘米的范圍內(nèi)，軌道之外的人不會接觸到這個供電區(qū)域。為保證行人及其他車輛的安全，地面供電設(shè)備可實現(xiàn)間斷供電功能（無車輛通過時，設(shè)備不帶電）。

2.2 接觸網(wǎng)供電

接觸網(wǎng)供電是通過在車站或線路部分區(qū)段設(shè)置架空接觸網(wǎng)，車輛在有網(wǎng)段給車上儲能裝置充電，以供無網(wǎng)區(qū)段車輛運行使用。儲能裝置主要有蓄電池、超級電容及蓄電池+超級電容三種方式，此種供電方式具有線路建設(shè)成本低，車輛救援能力強等特點。但也存在必須在部分路段保留接觸網(wǎng)、儲能裝置壽命不足等問題。目前，國內(nèi)已投入運用的儲能裝置為蓄電池和超級電容二種方式，我們分別以南京河西新城、麒麟科技創(chuàng)新園有軌電車項目、廣州海珠環(huán)島有軌電車工程項目進行具體說明如下：

2.2.1 蓄電池方案（南京河西新城、麒麟科技創(chuàng)新園有軌電車項目）

國內(nèi)首輛完全采用車載蓄電池驅(qū)動的有軌電車由南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司研制成功，并在南京河西新城、麒麟科技創(chuàng)新園2個有軌電車項目上應(yīng)用。該型車結(jié)合100%低地板有軌電車技術(shù)與蓄電池儲能技術(shù)，運行方式為車站采用架空接觸網(wǎng)充電，站間不設(shè)接觸網(wǎng)，由車載蓄電池提供動力。車站接觸網(wǎng)僅安裝在站臺區(qū)域，總長不超過90m；車輛進站時受電弓升弓，利用停站時間通過接觸網(wǎng)為車載蓄電池充電，出站后車輛降弓，由蓄電池獨立供電運行至下一車站再進行充電。

2.2.2 超級電容方案（廣州海珠環(huán)島有軌電車工程項目）

廣州海珠環(huán)島有軌電車工程項目有軌電車采用完全雙電層超級電容蓄能方式，由南車株洲機車車輛有限公司公司自行研發(fā)生產(chǎn)。具有以下幾個特點：

每列車車頂配置超級電容3組且并聯(lián)關(guān)系，在兩組超級電容故障的情況下，單組超級電容仍能滿足列車運行1個區(qū)間的要求。超級電容超級電容是利用由納米多孔材料的高表面積特性，將電解液中的離子進行吸附來存儲電能，是完全的物理反應(yīng)，對溫度要求低。

3 對比分析

從國內(nèi)珠海、南京、廣州有軌電車項目我們不難看出，現(xiàn)代有軌電車無論是地面供電方式還是接觸網(wǎng)受電方式均引進了線路無架空線、電線桿與基座所造成的視覺沖擊嶄新的整體景觀設(shè)計理念，對比分析三個供電方案如下：

（1）有軌電車采用地面供電方式，引進國外意大利安薩爾多公司獨有技術(shù)，造價高，需要在地面軌道區(qū)域埋設(shè)精密的供電設(shè)備，前期投入大，后期維護保養(yǎng)國內(nèi)經(jīng)驗少，費用及人員素質(zhì)要求較高。

（2）采用超級電容供電技術(shù)，儲存電容量大，超級電容功率密度很高，短時大功率充放電能力強，可以提供瞬時高峰能吸收和輸出，特別適合車輛的起動和制動。物理能量轉(zhuǎn)換，充放電時間短，效率高。但超級電容的能量密度低，可以進行短時短線供能，若通過多個超級電容串并聯(lián)，可以提高總能量，但會同時帶來重量、體積的增加。超級電容供電可滿足有軌電車按固定線路循環(huán)運行、線路中不允許車輛長時間停留的要求。

（3）采用蓄電供電技術(shù)，單體電壓高、能量密度高，同樣的質(zhì)量和體積能帶來較大的能量輸出，特別適用于車輛設(shè)備空間有限情況。大容量的電池也可保證萬一供電系統(tǒng)發(fā)生故障，車輛可以靠車載電池驅(qū)動載客行駛完全程。由于受到充電電流的限制，蓄電池在車站充電的時間略長，為提高充電效率，采取雙接觸線大電流充電方式，若完全利用停站時間充電，則需要在首末站進行較長時間的補充充電（分鐘級），主要供能裝置用于短距離的有軌電車運輸領(lǐng)域。

4 結(jié)語

現(xiàn)代有軌電車供電方式在滿足城市景觀要求高的同時，應(yīng)充分考濾線路短、在交叉口采用平交，并與其它地面交通流混行、平均站間距小、路況復雜等特點，盡可能實現(xiàn)儲能裝置的平衡。從技術(shù)發(fā)展上看，超級電容和電池的結(jié)合體能夠集兩者的優(yōu)點于一身，實現(xiàn)兩種儲能方式的性能互補，具有低成本、高能量密度、高能量存儲、循環(huán)使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強的特點，將會給現(xiàn)代有軌電車技術(shù)帶來革命性的突破。

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