現(xiàn)代有軌電車供電方式的選擇分析

樊 輝 楊興建

引言

隨著我國(guó)逐漸步入小康社會(huì)，人們的收入不斷的上漲，購(gòu)買私家車的欲望也就越來(lái)越強(qiáng)烈，私家車數(shù)量的上漲造成了城市交通擁堵現(xiàn)象的現(xiàn)象，并且環(huán)境污染問(wèn)題和能源危機(jī)問(wèn)題也接踵而至，這時(shí)候現(xiàn)代有軌電車這種新型交通工具應(yīng)用而生。在與公交車這一城市主要交通工具相比，有軌電車受周圍環(huán)境的影響比較小，不會(huì)輕易受到堵車問(wèn)題的困擾，而且有軌電車的載客人數(shù)更多速度更快。與城市地鐵相比有軌電車的優(yōu)點(diǎn)便是建設(shè)成本低，耗費(fèi)時(shí)間短，這些優(yōu)勢(shì)造就了有軌電車在中小城市的廣泛應(yīng)用。但是有軌電車自身也存在著缺點(diǎn)，就是對(duì)電力資源過(guò)分依賴，所以城市進(jìn)行有軌電車建設(shè)時(shí)也要注意采用合理的供電方式，來(lái)滿足現(xiàn)代有軌電車的運(yùn)營(yíng)需求。

1　現(xiàn)代有軌電車的供電方式

近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于電力的研究也從未停止，經(jīng)過(guò)相關(guān)人員的不斷研究一些全新的供電方式應(yīng)用產(chǎn)生。科研人員研究出來(lái)的供電方式大體分為兩大種，無(wú)架空線地面供電方式以及局部架空線和儲(chǔ)能供電方式。這兩大種供電方式又細(xì)分為分多種，下面我們會(huì)對(duì)這些供電方式進(jìn)行一一介紹。

1.1　無(wú)架空線地面供電方式

1.1.1TramWave地面供電

近年來(lái)安薩爾公司研制出了一種全新的地面供電系統(tǒng)，即TramWave地面供電系統(tǒng)。TramWave地面供電與其他地面供電系統(tǒng)相比構(gòu)成部分比較簡(jiǎn)單，TramWave地面供電系統(tǒng)以一個(gè)五米或者三米的內(nèi)嵌模塊化組件作為基本構(gòu)件，并且將所有的地面供電系統(tǒng)的組成元件全部放置在這個(gè)內(nèi)嵌模塊化組件當(dāng)中。在日常的使用中TramWave地面供電系統(tǒng)將自身與有軌電車的接觸線也通過(guò)嵌入的方式放在電車軌道的相鄰鋼軌之間的連續(xù)導(dǎo)管當(dāng)中，這種設(shè)置方法優(yōu)點(diǎn)比較明顯，就是安全系數(shù)高并且軌道上的過(guò)往車輛以及人群都不會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)師在模塊組件表面安裝了很多接觸板并且這些接觸板相互絕緣，這些接觸板組合起來(lái)共同構(gòu)成了TramWave地面供電的接觸線，當(dāng)有軌電車行駛到具有接觸線的這片區(qū)域當(dāng)中時(shí)，內(nèi)部的供電系統(tǒng)就被激活開始為電車傳輸電流從而進(jìn)行充電工作，而沒(méi)有與電車接觸的區(qū)域是不會(huì)進(jìn)行充電工作的，這在保證供電系統(tǒng)的安全性的同時(shí)又避免了電力資源的浪費(fèi)，除此之外TramWave地面供電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它可以為有軌電車進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，還可以與其他供電系統(tǒng)混合使用。

1.1.2APS地面供電系統(tǒng)

阿爾斯通公司作為電力供應(yīng)行業(yè)的巨頭公司，其研發(fā)的供電系統(tǒng)有很多其中比較著名的便是APS地面供電系統(tǒng)。APS供電系統(tǒng)供電方式與其他供電系統(tǒng)不同，其主要采用的是獨(dú)立軌道供電方式，即在電車的兩條軌道之間埋設(shè)供電軌道，這條供電軌道的表面高度應(yīng)該與電車軌道高度相持平，選擇多個(gè)三米的絕緣材料來(lái)構(gòu)成九米的長(zhǎng)導(dǎo)電軌道，這些導(dǎo)電軌道的長(zhǎng)度都必須小于有軌電車的長(zhǎng)度。APS地面供電系統(tǒng)利用目前比較先進(jìn)的感應(yīng)技術(shù)，將一些感應(yīng)電路埋到導(dǎo)電軌道的下方，當(dāng)電車通過(guò)這段軌道時(shí)由于壓力感應(yīng)，供電系統(tǒng)開始為電車供電，當(dāng)電車通過(guò)后壓力作用消失就斷開充電。APS地面供電系統(tǒng)要求有軌電車上面必須具備蓄電池組來(lái)進(jìn)行電力儲(chǔ)蓄，這樣可以更好地保證有軌電車的運(yùn)行，當(dāng)然APS地面供電系統(tǒng)自身存在著很多的弊端，像是耐磨損能力差，容易受到不良天氣的影響。所以在進(jìn)行地面供電系統(tǒng)的選擇是應(yīng)該權(quán)衡好利弊。

1.1.3非接觸供電

電磁感應(yīng)系統(tǒng)在進(jìn)入了21世紀(jì)以來(lái)又有了一些新的研究發(fā)現(xiàn)，電磁感應(yīng)理論也逐漸被應(yīng)用到了非接觸供電系統(tǒng)當(dāng)中，其中Primove電磁感應(yīng)供電系統(tǒng)就是電磁理論與供電系統(tǒng)結(jié)合的典型代表。Primove電磁感應(yīng)供電系統(tǒng)的主要供電方式實(shí)在有軌電車的軌道中間埋設(shè)高壓直流供電電纜，并且按照電車行駛的線路合理規(guī)劃好區(qū)間在每個(gè)區(qū)間當(dāng)中埋設(shè)逆變裝置。這種供電系統(tǒng)的供電電路是由兩個(gè)互不干涉的獨(dú)立電纜構(gòu)成，這兩個(gè)電纜與逆變裝置進(jìn)行連接從而為電車進(jìn)行供電，逆變器的作用就是將直流電轉(zhuǎn)化為電車進(jìn)行供電的交流電，此外為了保持良好的供電效果還應(yīng)該在電車軌道中埋設(shè)由三條電纜組成的地面初級(jí)電路。這種供電方式優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生供電系統(tǒng)以及供電設(shè)備的磨損，不會(huì)受到不良天氣的影響但也存在著一些缺點(diǎn)，就是供電線路易受到損壞，所以在埋設(shè)線路是應(yīng)該深埋。

1.2　局部架空線和能源裝置供電方式

1.2.1超級(jí)電容

由電車超級(jí)電容進(jìn)行供電的供電系統(tǒng)叫超級(jí)電容供電方式，當(dāng)有軌電車進(jìn)入行駛路線上的站點(diǎn)時(shí)，剎車會(huì)產(chǎn)生大量的再生電能，超級(jí)電容就是利用了這些可利用的再生電能在有軌電車進(jìn)站停車時(shí)由架空接觸網(wǎng)來(lái)為電車進(jìn)行充電工作，在有軌電車未進(jìn)站時(shí)就不用設(shè)立架空接觸網(wǎng)。經(jīng)過(guò)我們的研究發(fā)現(xiàn)超級(jí)電容的容量比較大而所需要的充電時(shí)間非常短，可以達(dá)到快速充滿電的行駛要求，但是快速電容的劣勢(shì)也十分明顯，快速電容所占據(jù)的體積面積都很大質(zhì)量也比較大，這就占據(jù)了有軌電車上的大部分空間。

1.2.2蓄電池

有軌電車的儲(chǔ)能設(shè)置是蓄電池，在于超級(jí)電容的比較過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)蓄電池能量密度高·相同體積下的單體電壓也要比超級(jí)電容高出很多，這就說(shuō)明在相同的體積和質(zhì)量下蓄電池會(huì)輸出更高的能量。所以說(shuō)蓄電池在某種意義上來(lái)講比超級(jí)電容更適合為有軌列車供電，在電車儲(chǔ)存空間受到限制的情況下，蓄電池的優(yōu)勢(shì)更為明顯，但是蓄電池不是完美的它自身也有短板，充電時(shí)間太長(zhǎng)便是蓄電池的制約因素。蓄電池供電技術(shù)的制約因素決定了它不能單獨(dú)的作為有軌電車的供電方式，在我國(guó)第一個(gè)蓄電池有軌電車運(yùn)營(yíng)試點(diǎn)中，研究人員將低地板有軌電車技術(shù)與蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)互相結(jié)合，在有軌電車進(jìn)入車站后采用超級(jí)電容中的架空接觸網(wǎng)進(jìn)行充電工作，在進(jìn)站之前依然不設(shè)立接觸網(wǎng)而是通過(guò)電車上的蓄電池進(jìn)行供電。當(dāng)電車駛?cè)胲囌净蛘哒军c(diǎn)時(shí)，受電弓升起對(duì)電車上的蓄電池充電，出站時(shí)受電弓落下停止充電，利用蓄電池儲(chǔ)蓄的電能行駛到下一個(gè)充電站點(diǎn)。

2　如何選擇現(xiàn)代有軌電車的供電方式

介紹了這么多目前國(guó)際國(guó)內(nèi)常用的有軌電車供電方式，那么如何選擇適合的供電方式變成了一個(gè)比較困難的問(wèn)題。從現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行要求這一方面考慮，架空供電方式比較適合但是不太符合有軌電車的使用價(jià)值和系統(tǒng)特點(diǎn)，而地面供電方法在經(jīng)濟(jì)性上的考慮又有所欠缺。經(jīng)過(guò)對(duì)這兩種方式的權(quán)衡，我們認(rèn)為地面供電方式更符合當(dāng)代有軌電車的發(fā)展，地面供電與架空供電相比在設(shè)備投資方面投資較少，不用去建設(shè)基座電線桿等設(shè)備，同時(shí)地面供電還不容易受到惡劣天氣的影響并且維護(hù)檢修成本較低。在最重要的技術(shù)方面考慮，TramWave、APS、Primove系統(tǒng)都需要從外國(guó)公司引進(jìn)或者購(gòu)買，我們對(duì)這方面掌握的核心技術(shù)少之又少，還需要購(gòu)買外國(guó)先進(jìn)的精密儀器設(shè)備等，投資比較高。而地面供電方式無(wú)論是蓄電池還是超級(jí)電容，我國(guó)在這些方面的研究都屬于世界領(lǐng)先地位，技術(shù)實(shí)力比較雄厚相比之下的投入也較少，所以我們比較偏向地面供電方式。

3　結(jié)論

現(xiàn)代有軌電車作為緩解城市交通壓力的重要交通工具具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，例如換成方便，造價(jià)低，速度快等。有軌電車要想更好的在城市中使用，選對(duì)供電方式可以說(shuō)是重要前提。不同的供電方式都有自己的特點(diǎn)，有軌電車應(yīng)該根據(jù)運(yùn)營(yíng)要求以及其他相關(guān)因素來(lái)選擇適合自己的供電方式，只有這樣才能更好的發(fā)揮出有軌電車的優(yōu)勢(shì)，更好的促進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

[1]蘇國(guó)強(qiáng)，鄭磊.新型有軌電車供電方式分析[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2013，6：46～49.

[2]吳泳江.現(xiàn)代有軌電車新型供電方式發(fā)展及運(yùn)用現(xiàn)狀[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2014，5：5～9.

[3]何治新.現(xiàn)代有軌電車牽引供電方式選擇[J].城市軌道交通研究，2013，7：105～108+113.