全程無網(wǎng)儲能式有軌電車系統(tǒng)關鍵技術(shù)研究與應用

文/楊穎，中車株洲電力機車有限公司副總工程師

發(fā)明背景及思路

1881年，西門子發(fā)明了架空網(wǎng)有軌電車系統(tǒng)，鋼軌作為負極，電子作為正極，電流從接觸網(wǎng)通過受電工、鋼軌回流。在100多年沒有變化的情況下，中國城鎮(zhèn)化對有軌電車對該方式提出質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。主要問題是景觀差、占地多；電能傳輸損耗大；再生能量利用率低；軌道雜散電流腐蝕。此外，電流從鋼軌上流過，就算絕緣處理，下雨時也不可避免地流進土壤，對底下管線造成影響。

對此，創(chuàng)新提出了綠色節(jié)能和環(huán)境友好的間歇式供電解決方案，徹底解決了一百多年來架空網(wǎng)受電的諸多問題，并且占地幅寬少0.5米，工程造價降低；建設工期縮短6個月以上；剎車時自動實現(xiàn)循環(huán)，無景觀影響，無地下管網(wǎng)腐蝕；電能消耗少，無需電網(wǎng)維護。

發(fā)明點及相關技術(shù)內(nèi)容

發(fā)明點一：發(fā)現(xiàn)了車載儲能牽引控制方法和最優(yōu)能量運行控制方法；實現(xiàn)了再生制動能量利用率0.85的業(yè)界最高指標，架空網(wǎng)受電模式利用率僅0~0.7，牽引電耗同比可降低30%以上，例如廣州海珠有軌電車36米/368人使用電耗3度電/公里，約等于常規(guī)公交車12米/70人的油耗0.3L/公里；建立了全程無網(wǎng)儲能式有軌電車標準體系，涵蓋間歇式供電車輛，供電，運營，維護及關鍵部件的標準體系。

發(fā)明點二：發(fā)明了MW級車載超級電容儲能電源，核算日歷壽命大于8.8萬小時即可滿足十年壽命要求；發(fā)明了全新的車載儲能電源冷卻方法；首創(chuàng)了實現(xiàn)全程無網(wǎng)運行。

發(fā)明點三：發(fā)明了十秒級快速充電智能控制方法；創(chuàng)新了超級電容主動均衡技術(shù)，停站十秒級快速完成補電；研制了業(yè)界最大功率充電裝置、受電器及均衡裝置，是全球最大均衡能力的30A均衡裝置。

發(fā)明點四：發(fā)明了活性石墨稀/活性炭復合電極片制備技術(shù)；創(chuàng)新了動力型炭基雙電層超級電容器制造工藝技術(shù)；首創(chuàng)了全球最大能量密度動力型炭基雙電層超級電容器，有別于蓄電池的純物理儲能器件，依靠多孔納米活性炭材料的電荷吸附進行儲能，具有高安全性、百萬次循環(huán)壽命、超高功率、寬溫區(qū)、零電壓等特點。

國內(nèi)外同類技術(shù)先進性對比

應用和經(jīng)濟社會效益

該項目國內(nèi)應用在廣州海珠有軌電車、淮安有軌電車、武漢大漢陽有軌電車、深圳龍華有軌電車等11個項目。據(jù)實踐，車輛能耗低，較架空網(wǎng)同類產(chǎn)品低30%；環(huán)境友好，全線無網(wǎng)，無視覺污染、無雜散電流腐蝕，制動熱排放少。在國外，應用在奧地利格拉茲超級電容無軌電車，此外還在油田機械儲能系統(tǒng)、港機機械儲能系統(tǒng)、超高功率冷發(fā)射儲能系統(tǒng)。

無網(wǎng)儲能式供電制式顛覆了傳統(tǒng)架空網(wǎng)連續(xù)供電制式，引領了全球城軌新型供電技術(shù)的發(fā)展；研制出全球最高能量密度的動力型雙電層超級電容，引領了儲能行業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展；首創(chuàng)了自主知識產(chǎn)權(quán)、可全程無網(wǎng)運營的有軌電車，國家“走出去”戰(zhàn)略的堅實的技術(shù)和工程支撐。