淺談雙源電力工程車在地鐵發(fā)展中的應(yīng)用

喬輝+++劉佳晨

摘 要：隨著我國軌道交通的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)地鐵工程車具有能耗高且污染較重的缺點(diǎn)，已不符合社會(huì)發(fā)展和城市環(huán)境的要求，因此，雙源電力工程車的研發(fā)和使用成為了必然趨勢。本文主要對雙源電力工程車在地鐵發(fā)展中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，使其更好地適應(yīng)地鐵企業(yè)的發(fā)展，成為未來地鐵工程車重要的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：雙源電力工程車 內(nèi)燃機(jī)車 柴油機(jī) 鋰離子電池

中圖分類號(hào)：TM411 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（b）-0039-02

傳統(tǒng)地鐵車輛段內(nèi)工程車主要?jiǎng)恿碓礊閮?nèi)燃柴油機(jī)，與地鐵電客車使用電力作為動(dòng)力相比，空氣污染大、噪音大，已明顯不符合社會(huì)未來發(fā)展的趨勢以及國家節(jié)能減排政策的要求。所以，為了響應(yīng)國家節(jié)能降耗、綠色能源的號(hào)召，更好地使工程車適應(yīng)地鐵企業(yè)的發(fā)展，雙源電力工程車的應(yīng)用成為了未來地鐵工程車的重要發(fā)展方向。

1 地鐵工程車現(xiàn)狀

1.1 工程車作用

地鐵工程車主要用于地鐵列車、運(yùn)輸車輛及無動(dòng)力軌道車輛的牽引、調(diào)車、隧道內(nèi)、車輛段內(nèi)事故車輛救援牽引作業(yè)；供電設(shè)備施工、維修的牽引動(dòng)力設(shè)備，接觸網(wǎng)上部設(shè)備在停電狀態(tài)下的安裝、維修及日常檢查、保養(yǎng)；地鐵工程維修，地鐵正線貨物運(yùn)輸?shù)取?/p>

1.2 工程車動(dòng)力

在我國各地鐵線路的維護(hù)基本上都采用由內(nèi)燃機(jī)車作動(dòng)力的地鐵工程車輛。傳統(tǒng)的工程車輛主要以內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)力，通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪的機(jī)車，采用的內(nèi)燃機(jī)絕大多數(shù)是柴油機(jī)。燃油（柴油）在氣缸內(nèi)燃燒，將熱能轉(zhuǎn)換為由柴油曲軸輸出的機(jī)械能，但并不用來直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪，而是通過傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換為適合機(jī)車牽引特性要求的機(jī)械能，再通過走行部驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪在軌道上轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.3 傳統(tǒng)動(dòng)力優(yōu)點(diǎn)

目前，我國地鐵工程車輛中采用的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車與雙源電機(jī)車相比依然存在不可比擬的優(yōu)勢。

（1）技術(shù)條件成熟，使用穩(wěn)定，不易出故障，行車安全性較好。

（2）續(xù)航能力較強(qiáng)，不受能源消耗所影響，行使距離無限制。

（3）應(yīng)用范圍廣泛，可以在無電氣化路段使用，尤其是在緊急救援時(shí)只要有符合車輛行駛的軌道就可以使用。

（4）對于使用區(qū)域的氣候環(huán)境要求較低，類似青藏高原海拔高、溫度低、氣候惡劣的環(huán)境，內(nèi)燃機(jī)車的使用優(yōu)勢明顯優(yōu)于電機(jī)機(jī)車。

1.4 傳統(tǒng)動(dòng)力缺點(diǎn)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步以及環(huán)境污染危機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，作為地鐵工程車，內(nèi)燃機(jī)車明顯存在以下缺點(diǎn)。

（1）使用時(shí)排出的大量廢氣對城市空氣環(huán)境產(chǎn)生直接污染，而且，柴油機(jī)隨著使用年限增長，其功率無法最大限度地發(fā)揮出來，需要加大供油量來提高機(jī)車牽引功率，從而使柴油機(jī)工作時(shí)排出的廢氣更多、濃度更大，加劇了對環(huán)境的影響。

（2）工作發(fā)出的噪聲對軌道線路附近的居民生活帶來嚴(yán)重影響，尤其是夜間作業(yè)時(shí)。

（3）在隧道中工作時(shí)，柴油機(jī)排出的廢氣（黑煙）在隧道內(nèi)難以及時(shí)擴(kuò)散，對工作人員和乘客的身體健康帶來威脅。

（4）工作時(shí)排出的高溫廢氣（黑煙）容易觸發(fā)隧道中中消防系統(tǒng)的錯(cuò)誤預(yù)警信號(hào)。

因此，由電力、蓄電池供電的雙源電力工程車取代內(nèi)燃工程車已成為未來地鐵發(fā)展的必然。

2 雙源電力工程車

2.1 車輛概述

雙源電力工程車的發(fā)展，是隨著傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求而被提出來的，它在結(jié)構(gòu)上以及性能上都具有明顯的優(yōu)越性，能耗與廢物產(chǎn)生量符合國家政策以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。其供電方式是通過第三軌或者接觸網(wǎng)和電力蓄電池兩種能源混合牽引來實(shí)現(xiàn)的，這種供電方式不會(huì)產(chǎn)生廢氣以及煙塵，不會(huì)對城市環(huán)境造成污染，不會(huì)對乘客等的身體健康帶來危害，也不會(huì)在地鐵隧道中積累較多的熱量，有利于減輕地鐵中的各種通風(fēng)設(shè)備以及空調(diào)的負(fù)擔(dān)。所以，雙源電力機(jī)車取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車成為新時(shí)代地鐵工程車已成為必然發(fā)展趨勢。

2.2 車輛優(yōu)點(diǎn)

雙源電力工程車跟傳統(tǒng)工程車對比，具有很大的優(yōu)勢，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）符合綠色能源的環(huán)保理念。機(jī)車采用第三軌或者接觸網(wǎng)和電力蓄電池供電，能夠有效減少煙塵和廢氣對城市空氣的污染。

（2）能效節(jié)約性高。采用電能直接變換，能量轉(zhuǎn)換效率高，減少了在隧道內(nèi)的熱積累，并降低了空調(diào)及通風(fēng)設(shè)備的熱負(fù)荷。

（3）工作中噪聲低。采用交流電傳動(dòng)技術(shù)，能夠盡可能少使用通風(fēng)設(shè)備，大大降低了機(jī)車的噪聲。

（4）采用微機(jī)控制技術(shù)?？煽啃院涂捎眯愿撸S護(hù)方便、資源需求少，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)低恒速控制，控制精度高。

（5）維護(hù)方便。采用與地鐵車輛相同的技術(shù)路線，維護(hù)時(shí)只需與地鐵車輛相同的技術(shù)平臺(tái)，有效簡化維護(hù)檢修平臺(tái)以及維修方式的管理。

2.3 車輛缺點(diǎn)

雙源電力工程車作為一項(xiàng)新應(yīng)用、新技術(shù)，在發(fā)展初期必然出現(xiàn)一些尚未完全解決的問題。

（1）雙源電力工程車雖然是未來發(fā)展的必然趨勢，但內(nèi)燃機(jī)工程車技術(shù)成熟，模式穩(wěn)定，而目前電力機(jī)車產(chǎn)品單一，使用技術(shù)要求或條件也未明確，如附屬設(shè)施、維修場地、備品備件以及如何維修、保養(yǎng)等缺少規(guī)范、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）在地鐵運(yùn)營中工程車輛擔(dān)負(fù)著應(yīng)急救援的職責(zé)，對其機(jī)動(dòng)性要求較高。內(nèi)燃機(jī)車只要加油即可使用，很方便。而電力機(jī)車在無電氣化路段續(xù)航能力有限，到底能牽引多大重量，電力工程車的能力和可靠性如何，如何應(yīng)付搶險(xiǎn)和救援等尚未完全明確，所以，雙能源工程車使用的技術(shù)條件還需進(jìn)一步明確、完善。

（3）如何把雙源電力工程車運(yùn)用得更好，目前缺乏相關(guān)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，如一條線配置多少臺(tái)合適等，會(huì)導(dǎo)致使用單位采購時(shí)茫然，未來發(fā)展過程中應(yīng)把配置要求等形成標(biāo)準(zhǔn)、系列，使用單位選型時(shí)有據(jù)可查。

盡管目前尚存在一些不足，但雙源電力工程車在地鐵中的應(yīng)用是必然趨勢，它的使用對地鐵行業(yè)具有較為重大的意義，隨著地鐵行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，通過深入的研究與實(shí)踐，它的技術(shù)將會(huì)不斷地發(fā)展并逐漸推廣使用。endprint

3 車輛對比

雙源電力工程車同時(shí)具有接觸網(wǎng)供電和牽引蓄電池供電兩種制式，它既能在不便架設(shè)接觸網(wǎng)的地段從蓄電池中攝取電能運(yùn)行，又能在有架設(shè)供電網(wǎng)的地段從供電網(wǎng)受電運(yùn)行，同時(shí)還向蓄電池充電儲(chǔ)能，使蓄電池經(jīng)常保持滿容量狀態(tài)。

與單純的蓄電池電力牽引機(jī)車比較起來，它不需要每年頻繁大量更換蓄電池，大大減少維護(hù)費(fèi)用，達(dá)到高效節(jié)能；與單純架線式電力牽引機(jī)車比較起來則不需另配自備能源，節(jié)省一次性投資；與內(nèi)燃牽引機(jī)車比較起來優(yōu)點(diǎn)更突出，高效節(jié)能、低碳、無污染、綠色環(huán)保、運(yùn)用及維護(hù)費(fèi)用低等，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

4 鋰離子電池使用

4.1 鋰離子電池

鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。

4.2 鋰離子電池相比傳統(tǒng)蓄電池的優(yōu)勢

現(xiàn)有電化學(xué)儲(chǔ)能鋰離子電池系統(tǒng)采用液體電解質(zhì)，易泄露、易腐蝕、使用壽命短，具有安全隱患。

而且對傳統(tǒng)的鉛酸以及鎳氫和鎳鎘電池而言，鋰電池鋰離子電池具有工作電壓高、應(yīng)用溫度范圍寬、自放電率低、環(huán)境污染輕等優(yōu)勢，且鋰電池中不存在有毒物質(zhì)，因此，被稱為“綠色電池”。鋰電池具有高比能量、自放電小、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等特點(diǎn)，其中以錳酸鋰動(dòng)力電池和磷酸鐵鋰動(dòng)力電池為主要代表。

5 結(jié)語

無論是從設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性能，還是從其應(yīng)用的效果以及對環(huán)境造成的影響來說，雙源電力工程車都明顯優(yōu)于內(nèi)燃機(jī)工程車。在未來發(fā)展和使用中，綠色環(huán)保、清潔的雙能源電力工程車還可以根據(jù)用戶的需求，集成軌道檢測、限界檢測、弓網(wǎng)檢測以及軌道打磨功能等，使地鐵用戶全方位地享用這一技術(shù)發(fā)展帶來變革。但同時(shí)也要認(rèn)識(shí)到，作為一種新技術(shù)新應(yīng)用，它仍然存在一些不足，需要不斷地加強(qiáng)研究與實(shí)踐，推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和推廣。

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