德國接觸網-蓄電池混合動力列車 供電設施的法律分類

在德國，鐵路作為非常環保的公共交通工具為氣候保護做出了重大貢獻。為實現氣候保護的目標，德國鐵路股份公司（DB）計劃在2038年之前將牽引電力中的綠色電力占比提高到100%，并推動替代牽引器（替代內燃牽引）在非電氣線路上的使用。通過推廣接觸網 - 蓄電池混合動力列車（以下簡稱“電池動力列車”）及其所需基礎設施相關的創新解決方案，鐵路領域的二氧化碳（CO2）排放量將繼續大幅減少。而此類基礎設施的建造和應用必須依據適當的法律分類。

1 研究背景

德國聯邦政府在鐵路運輸方面的目標是進一步提高德國鐵路線路網絡的電氣化水平，以減少內燃牽引所占的份額及其帶來的CO2排放。目前，DB下屬線路網絡子公司（DB Netz AG）所擁有的33000km線路網絡中有60%實現了電氣化。根據2018年3月簽署的聯盟協議，德國聯邦政府已承諾至2025年將德國鐵路線路網絡的電氣化水平提高到70%。

此目標可通過2種方法實現：①實現線路的完全電氣化;②在非電氣化或部分電氣化線路上使用更多有替代牽引器的列車。目前，替代動力列車是鐵路區域客運領域的關注焦點，因為在該領域，內燃牽引仍然占有超過1/3的份額。各鐵路區域客運公司正在進行或準備替代動力列車的招標，以備未來之需。

對于即將在線路網絡上投入使用的電池動力列車，DB Netz AG也應對其所需的基礎設施進行可靠的法律分類。而接觸網充電島設施作為此類列車通過接觸網取電的必要供電設施，也應包括在現有法律框架中，以保證其法律確定性，從而促進這種創新車輛技術的推廣。

2 電池動力列車供電設施

電池動力列車是具有電氣牽引系統和蓄電池的軌道車輛，無CO2排放，是內燃牽引列車的替代方案。目前，多家制造商正在對其進行測試。電池動力列車的設計理念是通過受電弓從接觸網中獲取所需的電流，為列車提供動力以及為蓄電池充電，因此該列車可以在配備15kV16.7Hz接觸網的現有線路上行駛。通過受電弓為蓄電池充電，不受列車運動狀態的影響，在列車行駛和停止時都可進行。用于充電和牽引的電能可通過列車上已有的測量設備（如牽引電能測量記錄儀，TEMA-Box）進行記錄。

在德國，由DB下屬能源子公司（DB Energie GmbH）的牽引供電網負責為電動列車供電。牽引供電系統基本結構如圖1所示。

在為電氣化鐵路供電時，16.7 Hz牽引電流饋電可分為以下3種主要形式。

（1）由牽引發電所饋電。這些發電所生產電能并將其直接饋入DB Energie GmbH的110 kV 16.7 Hz牽引供電網。

（2）由中央變流站/變電所饋電。該設施將來自上游公共配電網的50 Hz電流轉換為16.7 Hz牽引電流，并將其饋入110 kV 16.7 Hz牽引供電網。

（3）由分散式變流站/變電所饋電。該設施將來自上游公共配電網的50 Hz電流轉換為16.7 Hz牽引電流，并將其饋入15 kV 16.7 Hz接觸網系統。

DB Energie GmbH全長約7800 km（德國境內）的110 kV 16.7 Hz牽引供電網將牽引電流從各種電源（發電廠、變流站等）處輸送到各個配電站，而配電站負責將牽引供電網的高壓轉換為接觸網系統的中壓，以使電動列車可通過受電弓獲得所需的牽引電流。

110 kV 16.7 Hz牽引供電網由總控制站監視和控制。15 kV 16.7 Hz接觸網系統分為7個區域，每個區域都由DB Energie GmbH在不同地區的集中控制所監視和控制。

牽引供電網運營商負責為終端用戶和電力供應商接入電網辦理各種業務流程，包括與各個商業合作伙伴（終端用戶、電力供應商、服務商和其他電網運營商）進行營銷溝通，處理電力供應商變更流程，平衡電能用量，以及計算電網使用費用。這些業務流程基本上與50Hz公共配電網的相關規定一致，但也有一些特殊之處，以滿足鐵路交通的特定需求。鐵路交通電力供應有2個特點，具體如下。

（1）電網連接的計費點和取電點是動車單元，而電力供應的計費點則為虛擬取電點（將鐵路運輸公司的多個動車單元組合在一起）。通過這種方式，可在遵守各鐵路運輸公司供電協議的同時，反映鐵路行業中常見的短期動車變更。而在50 Hz公共配電網中，用于電網連接與電力供應的計費點是重合的。由于動車單元是能源行業中特殊的移動用戶，可以在牽引供電網內自由移動，因此，牽引供電網運營商也需要界定動車單元在其電網范圍內部和外部（尤其是國外）的電能消耗。

（2）可由分散式變流站/變電所供電。例如，德國東北部接觸網區段由連接各地區50 Hz公共配電網的變流站和變電站供電，用電情況由牽引供電網接入模型（未與鐵路供電輸電線網直接鏈接）檢測和記錄。由于鐵路運輸公司在分散式牽引供電網區域中的業務與在其他區域中相同，可采用統一的電網接入模型，因此不同的電網結構對列車運行沒有影響，整個線路網絡中的所有牽引供電設施對于鐵路運輸公司來說都是連續可用的。所有鐵路運輸公司均可使用DB Netz AG的線路網絡和DB Energie GmbH的牽引供電網。

電池動力列車通常能夠在配備15 kV 16.7 Hz接觸網的電氣化線路網絡之外運行，因為在這些區段列車可由蓄電池供電。如果線路的非電氣化區段過長，列車無法在蓄電池不充電的情況下安全通過，則必須為蓄電池充電。為此，可以設置接觸網充電島設施，或者在車站中及車站之間的某些線路區段裝配接觸網。接觸網及其供電設施的技術設計必須符合DB法規。借助這些設施，可以在列車行駛和停止時給蓄電池充電。接觸網充電島設施可以安裝在車站外的某些線路區段。該設施與DB Netz AG線路網絡中其他區域裝配的接觸網具有相同的技術和操作要求。

電池動力列車的電能只能由《互操作性技術規范》（TSI）允許的牽引供電系統提供，即15kV16.7Hz或者25kV50Hz系統。對于上述2種系統的選擇取決于車輛的需要。應當注意，根據當前的電池動力列車理念，需要使用現有的接觸網基礎設施，因此應配備適用于15kV16.7Hz系統的車輛。而使用25kV50Hz系統意味著該線路允許多電流制車輛行駛。

電池動力列車牽引供電系統基本結構如圖2所示。

通過接觸網充電島設施為電池動力列車供電也是通過分散式變流站或變電站實現的。上述設施將來自上游公共配電網的三相50Hz電流轉換為15kV16.7Hz或25kV50Hz的單相牽引電流。與一般變流站或變電站的區別在于，其輸出功率通常較低（每個模塊2.5MVA，可級聯至最高5MVA）。與現有的接觸網系統一樣，接觸網充電島設施也是由DBEnergieGmbH的地區集中控制所控制和監測。

3 接觸網充電島設施的法律分類

以下框架條件對于接觸網充電島設施的法律分類特別重要。

（1）通過受電弓從接觸網受流，為列車蓄電池充電。

（2）應根據線路拓撲，在完全電氣化線路、即將實現電氣化的線路區段和將要新裝接觸網設施的車站，利用接觸網，在列車駛入、駛出或者停車時為蓄電池充電。

（3）應使用車輛現有的測量設備對充電獲得的電能進行測量和記錄。

（4）各鐵路運輸公司可以自由選擇為蓄電池充電的電力供應商。

3.1 法律分類依據

對接觸網充電島設施進行法律分類必須基于適用的鐵路法規框架。電氣化線路上的現有接觸網系統無疑應歸類為基于線路的牽引供電設施。各鐵路線路運營商應根據《德國普通鐵路法》第4章第7條的規定配備此類設施。對于此類設施的使用和計費應遵守《德國鐵路管制法》的規定。但問題在于，這些法律要求是否同樣適用于接觸網充電島設施，或者其分類方式是否可以不同。

由于《德國普通鐵路法》和《德國鐵路管制法》中對于上述框架條件的規定是以“基于線路”為前提，因此必須評估接觸網充電島設施是否同樣符合法律所要求的“基于線路”的條件，以確定能否將其分類為基于線路的牽引供電設施。那么，首先應該界定 “基于線路”的含義，確定立法者在引入“基于線路”的概念時打算劃定什么界限，以及其他牽引供電設施指什么。因為不存在其他提供牽引電流的基礎設施系統，本文認為其他牽引供電設施即為接觸網系統上游的電氣工程系統。鐵路法規通過引入“基于線路”的概念將接觸網系統和接觸軌與其他牽引供電系統區分開，并規定這2個系統由鐵路線路運營商運營;而對于其他牽引供電系統，法規沒有明確規定，可以由鐵路基礎設施公司運營。相關法律材料也證明了這一點。《德國普通鐵路法》第4章第3條中規定：“基于線路的牽引供電設施應由鐵路線路運營商運營，包括接觸網和接觸軌。電氣化所需的所有其他系統（如發電所、鐵路供電輸電線、變電所，以及從發電所到接觸網或接觸軌的導線）均不屬于上述設施。”

此外，法律還規定，基于線路的牽引供電設施包括線路上各區段的所有牽引供電設施，當然也包括相對較短的接觸網區段。由于接觸網充電島設施除線路跨接段的長度之外，具有與傳統接觸網系統基本相同的技術設計，因此也應包含在“基于線路的牽引供電設施”這一概念中。雖然電池動力列車裝配有蓄電池，但是蓄電池中存儲的電能也是用于牽引列車，因此對上述結論無影響。

對接觸網充電島設施進行法律分類時，鐵路車輛在使用接觸網時的狀態（停止或行駛）并不重要。沒有法條表明該設施的法律分類取決于使用方式，即法律未規定“基于線路”需要車輛移動。若根據使用方式分類，當接觸網在停車信號機區域內時，電動列車如果駛過相關的線路區段，則必須將此接觸網分類為基于線路的牽引供電設施;相反，電動列車若在停車信號機前停止，則上述分類不成立。這一示例清楚地表明，如果根據使用時列車的運動狀態（行駛或停止）來分類，則很大程度上取決于巧合，因此不可取。

3.2 分類后優點

將接觸網充電島設施歸類為基于線路的牽引供電設施有以下優點。

（1）可以全面且充分地將責任分配給鐵路線路運營商，從而保障鐵路的安全運營。此外，這意味著適用于電動列車運營商的牽引供電網接入規則和業務流程對于接觸網充電島設施也同樣適用。

（2）可以根據牽引供電網接入模型中已創建的的業務流程，無差別地向接觸網充電島設施供電，無論其連接的是110 kV牽引供電網，還是50 Hz公共配電網。在這2種情況下，都將按照統一的法律規定準許相關鐵路運輸公司使用電網。

（3）可以完全避免在接觸網充電島設施上購買牽引電流需遵循不同法規和業務流程的現狀。統一分類前，由于作為使用者的鐵路運輸公司難以對各種接觸網充電島設施進行一致的分類，因此不得不在使用方式和使用費方面遵循不同的業務流程;分類后，所獲得的牽引電流也可以由車輛上安裝的測量設備記錄，并且通過牽引供電網接入模型來計費。供電時，可遵循電力供應商的供電協議執行。由于通過接觸網充電島設施購買電力不會對供電協議產生影響，因此電力供應商也可以使用上述業務流程。

4 結語

根據相關法律，應將接觸網充電島設施分類為基于線路的牽引供電設施，與現有接觸網的分類相同。這種分類要求鐵路線路運營商對接觸網充電島設施承擔全面的責任，其中包括供電和監控。

另外，這種分類使牽引供電網接入流程可適用于接觸網充電島設施，且無需另外制定業務流程。這意味著鐵路運輸公司與牽引供電網運營商之間的入網規定可以同時適用于安裝或未安裝蓄電池的牽引車輛。無論是在接觸網充電島設施上還是在現有接觸網上購買電力，每次牽引電流供應均可按照統一流程進行辦理。

為了讓鐵路運輸公司能夠自由選擇電力供應商，牽引供電網運營商建立了自動化的業務流程。當使用接觸網充電島設施時，鐵路運輸公司能夠靈活地選用各種牽引車輛。在現有業務流程的基礎上，可根據鐵路運輸公司實際使用的牽引車輛數量確定該公司的牽引能耗。

參考文獻

[1]Stefan el-Barudi， Marcus Kliefoth， Florian Baentsch. Stromversorgung von Batteriezügen mittels Oberleitung[J]. Eisenbahntechnische Rundschau，2019（10）：56-62.

蘇靖棋 編譯

收稿日期 2020-01-06