淺談現代有軌電車供電系統新技術

王眾

【摘 要】有軌電車采用無觸網供電方式新技術是現代有軌電車重點技術發展方向，本文通過結合珠海、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、蓄電池等無觸網供電方式的特點并提出了看法和建議，最后對現代有軌電車供電方式發展方向提出建議。

【關鍵詞】現代有軌電車 無觸網 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%低地板現代有軌電車陸續開通及列車到段調試，國內100%低地板現代有軌電車項目以其總投資少，建設周期短，良好的景觀造型、運量大、節能污染小等特點引起國內各大城市軌道交通行業廣泛重視。

1 現代有軌電車系統的主要特點有以下幾點

（1）系統主要以地面線形敷設，線路主要沿著既有道路建設，與其他道路可采用平交方式。（2）沿線整體景觀要求高。現代有軌電車工程強調將沿線線路、車站及附屬設施與城市景觀相融合，盡量避免傳統線路接觸網、基座等設備設施對城市線路、景觀等造成影響。同時，考慮到對人身安全和地面交通、景觀產生障礙，不適合采用傳統的第三軌供電。（3）新型現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。

2 現代有軌電車供電系統新技術在國內運用

現代有軌電車供電方式分為有接觸網和無觸網供電，其中，有接觸網供電方式與傳統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取得電能，技術較為成熟，但因沿線布置的接觸網、電線桿及附屬設備設施對景觀影響較大。

做為現代有軌電車新技術無觸網供電方式因其沿線無網及基座、視覺景觀優美等特點，符合現代化城市景觀要求而廣受各大城市有軌電車項目的歡迎，現結合國內已投入使用相關城市有軌電車的供電新技術介紹如下：

2.1 地面供電（珠海現代有軌電車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，提高城市景觀性。

珠海現代有軌電車1號線首期工程引進了意大利安薩爾多公司的Tramwave地面供電系統先進技術，在兩條軌道中間修一條供電系統，屬于“第三軌”供電，兩邊的軌道采用了多重的保護系統不帶電。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，軌道之外的人不會接觸到這個供電區域。為保證行人及其他車輛的安全，地面供電設備可實現間斷供電功能（無車輛通過時，設備不帶電）。

2.2 接觸網供電

接觸網供電是通過在車站或線路部分區段設置架空接觸網，車輛在有網段給車上儲能裝置充電，以供無網區段車輛運行使用。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、儲能裝置壽命不足等問題。目前，國內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、麒麟科技創新園有軌電車項目、廣州海珠環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、麒麟科技創新園有軌電車項目）

國內首輛完全采用車載蓄電池驅動的有軌電車由南車南京浦鎮車輛有限公司研制成功，并在南京河西新城、麒麟科技創新園2個有軌電車項目上應用。該型車結合100%低地板有軌電車技術與蓄電池儲能技術，運行方式為車站采用架空接觸網充電，站間不設接觸網，由車載蓄電池提供動力。車站接觸網僅安裝在站臺區域，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（廣州海珠環島有軌電車工程項目）

廣州海珠環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生產。具有以下幾個特點：

每列車車頂配置超級電容3組且并聯關系，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，對溫度要求低。

3 對比分析

從國內珠海、南京、廣州有軌電車項目我們不難看出，現代有軌電車無論是地面供電方式還是接觸網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，造價高，需要在地面軌道區域埋設精密的供電設備，前期投入大，后期維護保養國內經驗少，費用及人員素質要求較高。

（2）采用超級電容供電技術，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，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，單體電壓高、能量密度高，同樣的質量和體積能帶來較大的能量輸出，特別適用于車輛設備空間有限情況。大容量的電池也可保證萬一供電系統發生故障，車輛可以靠車載電池驅動載客行駛完全程。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域。

4 結語

現代有軌電車供電方式在滿足城市景觀要求高的同時，應充分考濾線路短、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，盡可能實現儲能裝置的平衡。從技術發展上看，超級電容和電池的結合體能夠集兩者的優點于一身，實現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、循環使用壽命長、環境適應能力強的特點，將會給現代有軌電車技術帶來革命性的突破。

參考文獻：

[1]沈繼強.現代有軌電車車輛選型和供電方式[J].中國市政工程，2012（10）：71-75.

[2]楊銳，陳德勝，張劍濤.現代有軌電車儲能式供電能耗與配套供電[J].都市快軌交通，2013（12）：148-151.

[3]蘇國強，鄭磊，黃坤林.新型有軌電車供電方式分析[J].鐵路技術創新，2013（6）：46-48.