現(xiàn)代有軌電車運用車配屬數(shù)量需求分析

劉 羽，李凱龍

（1.中交鐵道設計研究總院有限公司，北京100191；2.中咨泰克交通工程集團有限公司，北京100083）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，居民生活水平顯著提高，小汽車保有量持續(xù)增長，為居民出行帶來便利，但同時也帶來了環(huán)境污染；因此，綠色交通出行方式越來越受青睞，也成為交通研究人員的主要關注方向。其中，現(xiàn)代有軌電車作為小運量軌道交通系統(tǒng)，以轉(zhuǎn)彎半徑小、運輸方式靈活、建設費用低、建設周期短等優(yōu)勢在中小城市擁有廣闊的發(fā)展前景，近幾年在全國范圍內(nèi)修建里程逐年攀升[1]。截至2019年底，全國現(xiàn)代有軌電車運營里程達到417 km，2019年新增里程88.1 km，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國有近20個城市在修建現(xiàn)代有軌電車線路，總里程近500 km[2]。

目前，國內(nèi)有運營經(jīng)驗的現(xiàn)代有軌電車供電方式主要有：接觸網(wǎng)受流、地面三軌受流、電磁感應供電以及儲能式供電四種[3]。其中，儲能式現(xiàn)代有軌電車又分為超級電容+蓄電池供電以及蓄電池集中充電后供電兩種方式。蓄電池集中充電的現(xiàn)代有軌電車目前以一種強科技感、未來感的車型進入國內(nèi)市場，作為現(xiàn)代有軌電車的后起之秀，受到業(yè)界的廣泛關注；但集中充電式車輛因受到蓄電池續(xù)航能力的影響，需要更多的運用車來支持列車行運計劃，因此在運用車數(shù)量選取時可能會存在不經(jīng)濟現(xiàn)象。本研究對集中充電式和非集中充電式現(xiàn)代有軌電車運用車需求數(shù)量進行比較分析。

1 不同充電方式運用車數(shù)量計算分析

1.1 項目概況

某現(xiàn)代有軌電車線路長9.05 km，共設站7座，平均站間距1.51 km，起點處設置車輛基地一座。由于線路較短，設站較少，采取單一運行交路，見圖1。

圖1 列車運營交路

線路運營時間為5：30—22：30，早高峰時段為7：30—8：30，晚高峰時段為17：30—18：30。近期高峰最大斷面客流量2 880人次/h，遠期高峰最大斷面客流量4 896人次/h。列車方案按照近期3編組，遠期4編組設計。

假設一模塊定員為60人，近期列車3編組定員180人，遠期列車4編組定員240人，全日列車運營計劃見表1。

表1 全日列車運行計劃 對

續(xù)表1

1.2 非集中充電式

非集中充電式現(xiàn)代有軌電車不用回車基地集中充電，有接觸網(wǎng)供電、地面第三軌供電、電磁感應供電、超級電容儲能等蓄電方式[4]。此類車輛在列車運行過程中可以進行電量蓄能，不需耗費額外的時間進行電池集中充電，車輛利用率高。

由表1可知，近、遠期高峰列車分別為18、24對/h；則近、遠期高峰列車最小發(fā)車間隔為3.3、2.5 min。在交路長度9.05 km的前提下，設計速度按70 km/h計算，但考慮停站時間，列車旅行速度取36 km/h，起、終點站折返時間總和取6 min，則列車最小周轉(zhuǎn)時間為37 min。按照列車運能富余10%～15%的區(qū)間考慮，線路輸送能力見表2。

表2 非集中充電式現(xiàn)代有軌電車線路輸送能力

在滿足線路運營需求的前提下，近、遠期運用車所需數(shù)量分別為11、15列，近、遠期線路輸送能力分別剩余12.5%、15%，可以滿足現(xiàn)代有軌電車線路運營組織要求。

1.3 集中充電式

集中充電式現(xiàn)代有軌電車屬于有軌電車儲能供電技術(shù)中的一種，與非集中充電式現(xiàn)代有軌電車最大區(qū)別是其受電池續(xù)航能力影響，須回車輛基地集中充電。車輛集中充電不需要像接觸網(wǎng)、第三軌供電一樣在線路中布設復雜的供電設施，基本為靜態(tài)充電，過程較為安全且減少了牽引網(wǎng)絡的增設費用，具有更好地經(jīng)濟性和適應性[5]。但為保證線路的持續(xù)運營，此類車輛在集中充電過程中必須由一列滿電車輛替換充電車輛繼續(xù)運行，尤其是在線路發(fā)車頻率較高的高峰時段，車輛的運用車需求明顯增加。

集中充電式現(xiàn)代有軌電車車輛性能參數(shù)：

1）滿電量可以運行約150 km，正常運營時，需保證車輛回到充電位時電池剩余電量不低于10%，本研究列車回到綜合車場充電時，剩余電量按照總電量的30%計算；

2）車輛由0充電到100%需要1.2 h；

3）當軌道交通線路為9.05 km時，車輛滿電可運行圈數(shù)取5圈（從起點發(fā)出到回到起點）且保證了列車運能富余10%～15%。

本研究中，集中充電式現(xiàn)代有軌電車的列車運行計劃、發(fā)車間隔、旅行速度、折返時間等運營特性均與非集中充電式現(xiàn)代有軌電車保持一致，根據(jù)集中充電式現(xiàn)代有軌電車參數(shù)并結(jié)合項目實際情況，按照“電量用盡（剩余30%）充電，電量充滿運行”的原則對運用車數(shù)量選取進行研究，見表3和表4。

表3 集中充電式有軌電車近期運用車方案

續(xù)表3

表4 集中充電式有軌電車遠期運用車方案

續(xù)表4

在滿足線路正常運營需求的前提下，近、遠期運用車方案均出現(xiàn)晚高峰運用車數(shù)量增大的現(xiàn)象。這是由于一些車輛在經(jīng)過早高峰和中午的平峰后，晚高峰時電量不符合開行標準，必須加開新的列車。對集中充電式有軌電車運用車數(shù)量選取方案進行研究，近、遠期運用車所需數(shù)量分別為15輛、23輛。

2 量化不經(jīng)濟指標

在相同的運營計劃下，集中充電式現(xiàn)代有軌電車與非集中充電式現(xiàn)代有軌電車相比，運用車需求在近、遠期均存在數(shù)量增加不經(jīng)濟現(xiàn)象，為明確運用車數(shù)量需求的不經(jīng)濟指標，對其量化

式中：α——非集中充電式現(xiàn)代有軌電車運用車數(shù)量需求；

β——集中充電式現(xiàn)代有軌電車運用車數(shù)量需求。

當線路長度為9.05 km時，為滿足列車運營計劃，非集中充電式現(xiàn)代有軌電車近、遠期運用車數(shù)量分別為11、15列；集中充電式現(xiàn)代有軌電車近、遠期運用車數(shù)量分別為15、23列。

根據(jù)式（1），近期集中充電式現(xiàn)代有軌電車不經(jīng)濟指標p1為36%，遠期p2為53%。兩種不同充電類型的車輛在近、遠期發(fā)車間隔分別為3.3、2.5 min時，隨著發(fā)車頻率的增加，集中充電式現(xiàn)代有軌電車的運用車數(shù)量需求也會隨之增加；發(fā)車頻率越高，集中充電式現(xiàn)代有軌電車運用車數(shù)量需求的不經(jīng)濟現(xiàn)象越凸顯。

3 結(jié)論

集中充電式現(xiàn)代有軌電車具有科技感強、現(xiàn)代化、綠色環(huán)保等諸多優(yōu)勢，但因蓄電池須回車輛段集中充電的特點，在運用車數(shù)量需求上存在不經(jīng)濟現(xiàn)象。本研究針對集中充電式現(xiàn)代有軌電車與非集中充電式現(xiàn)代有軌電車運用車數(shù)量需求展開分析，最終得出，當線路長度在10 km左右且在列車運營計劃一致的前提下，為滿足現(xiàn)代有軌電車線路的運營需求，集中充電式現(xiàn)代有軌電車在近期相比非集中充電式現(xiàn)代有軌電車的需求率高36%左右，遠期高53%左右且列車發(fā)車頻率越高，集中充電式現(xiàn)代有軌電車運用車數(shù)量需求越高，不經(jīng)濟現(xiàn)象越明顯。

針對集中充電式現(xiàn)代有軌電車運用車數(shù)量的選取，本研究只采用了“電量用盡（剩余30%）充電，電量充滿運行”的較極端原則且線路只在始發(fā)端設置車輛段，考慮到列車在終點站返程時發(fā)生故障的極端現(xiàn)象，為電量留有一定富余且保證后方救援車輛可以回到綜合車廠。實際運營中，車輛在特殊情況下可以在未充電至100%的情況下上線運營，例如未滿電列車可以在晚高峰時期運營，待晚高峰結(jié)束后回車輛段繼續(xù)充電，避免了上線新的運營車輛增加成本，但如何在運用車選取時結(jié)合充電時間的靈活性降低運用車上線運營數(shù)量，需要進行進一步研究。