現(xiàn)代有軌電車供電方式的選擇分析

樊 輝 楊興建

引言

隨著我國逐漸步入小康社會，人們的收入不斷的上漲，購買私家車的欲望也就越來越強烈，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)境污染問題和能源危機問題也接踵而至，這時候現(xiàn)代有軌電車這種新型交通工具應用而生。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，不會輕易受到堵車問題的困擾，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)點便是建設成本低，耗費時間短，這些優(yōu)勢造就了有軌電車在中小城市的廣泛應用。但是有軌電車自身也存在著缺點，就是對電力資源過分依賴，所以城市進行有軌電車建設時也要注意采用合理的供電方式，來滿足現(xiàn)代有軌電車的運營需求。

1　現(xiàn)代有軌電車的供電方式

近年來科學技術的不斷發(fā)展，人們對于電力的研究也從未停止，經(jīng)過相關人員的不斷研究一些全新的供電方式應用產生?？蒲腥藛T研究出來的供電方式大體分為兩大種，無架空線地面供電方式以及局部架空線和儲能供電方式。這兩大種供電方式又細分為分多種，下面我們會對這些供電方式進行一一介紹。

1.1　無架空線地面供電方式

1.1.1TramWave地面供電

近年來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)相比構成部分比較簡單，TramWave地面供電系統(tǒng)以一個五米或者三米的內嵌模塊化組件作為基本構件，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內嵌模塊化組件當中。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嵌入的方式放在電車軌道的相鄰鋼軌之間的連續(xù)導管當中，這種設置方法優(yōu)點比較明顯，就是安全系數(shù)高并且軌道上的過往車輛以及人群都不會對供電系統(tǒng)產生影響。設計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共同構成了TramWave地面供電的接觸線，當有軌電車行駛到具有接觸線的這片區(qū)域當中時，內部的供電系統(tǒng)就被激活開始為電車傳輸電流從而進行充電工作，而沒有與電車接觸的區(qū)域是不會進行充電工作的，這在保證供電系統(tǒng)的安全性的同時又避免了電力資源的浪費，除此之外TramWave地面供電系統(tǒng)的優(yōu)勢在于它可以為有軌電車進行持續(xù)穩(wěn)定的電力供應，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，其主要采用的是獨立軌道供電方式，即在電車的兩條軌道之間埋設供電軌道，這條供電軌道的表面高度應該與電車軌道高度相持平，選擇多個三米的絕緣材料來構成九米的長導電軌道，這些導電軌道的長度都必須小于有軌電車的長度。APS地面供電系統(tǒng)利用目前比較先進的感應技術，將一些感應電路埋到導電軌道的下方，當電車通過這段軌道時由于壓力感應，供電系統(tǒng)開始為電車供電，當電車通過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進行電力儲蓄，這樣可以更好地保證有軌電車的運行，當然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。所以在進行地面供電系統(tǒng)的選擇是應該權衡好利弊。

1.1.3非接觸供電

電磁感應系統(tǒng)在進入了21世紀以來又有了一些新的研究發(fā)現(xiàn)，電磁感應理論也逐漸被應用到了非接觸供電系統(tǒng)當中，其中Primove電磁感應供電系統(tǒng)就是電磁理論與供電系統(tǒng)結合的典型代表。Primove電磁感應供電系統(tǒng)的主要供電方式實在有軌電車的軌道中間埋設高壓直流供電電纜，并且按照電車行駛的線路合理規(guī)劃好區(qū)間在每個區(qū)間當中埋設逆變裝置。這種供電系統(tǒng)的供電電路是由兩個互不干涉的獨立電纜構成，這兩個電纜與逆變裝置進行連接從而為電車進行供電，逆變器的作用就是將直流電轉化為電車進行供電的交流電，此外為了保持良好的供電效果還應該在電車軌道中埋設由三條電纜組成的地面初級電路。這種供電方式優(yōu)點是不會產生供電系統(tǒng)以及供電設備的磨損，不會受到不良天氣的影響但也存在著一些缺點，就是供電線路易受到損壞，所以在埋設線路是應該深埋。

1.2　局部架空線和能源裝置供電方式

1.2.1超級電容

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

1.2.2蓄電池

有軌電車的儲能設置是蓄電池，在于超級電容的比較過程中我們發(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電容高出很多，這就說明在相同的體積和質量下蓄電池會輸出更高的能量。所以說蓄電池在某種意義上來講比超級電容更適合為有軌列車供電，在電車儲存空間受到限制的情況下，蓄電池的優(yōu)勢更為明顯，但是蓄電池不是完美的它自身也有短板，充電時間太長便是蓄電池的制約因素。蓄電池供電技術的制約因素決定了它不能單獨的作為有軌電車的供電方式，在我國第一個蓄電池有軌電車運營試點中，研究人員將低地板有軌電車技術與蓄電池儲能技術互相結合，在有軌電車進入車站后采用超級電容中的架空接觸網(wǎng)進行充電工作，在進站之前依然不設立接觸網(wǎng)而是通過電車上的蓄電池進行供電。當電車駛入車站或者站點時，受電弓升起對電車上的蓄電池充電，出站時受電弓落下停止充電，利用蓄電池儲蓄的電能行駛到下一個充電站點。

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際國內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比較困難的問題。從現(xiàn)代有軌電車運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值和系統(tǒng)特點，而地面供電方法在經(jīng)濟性上的考慮又有所欠缺。經(jīng)過對這兩種方式的權衡，我們認為地面供電方式更符合當代有軌電車的發(fā)展，地面供電與架空供電相比在設備投資方面投資較少，不用去建設基座電線桿等設備，同時地面供電還不容易受到惡劣天氣的影響并且維護檢修成本較低。在最重要的技術方面考慮，TramWave、APS、Primove系統(tǒng)都需要從外國公司引進或者購買，我們對這方面掌握的核心技術少之又少，還需要購買外國先進的精密儀器設備等，投資比較高。而地面供電方式無論是蓄電池還是超級電容，我國在這些方面的研究都屬于世界領先地位，技術實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，例如換成方便，造價低，速度快等。有軌電車要想更好的在城市中使用，選對供電方式可以說是重要前提。不同的供電方式都有自己的特點，有軌電車應該根據(jù)運營要求以及其他相關因素來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，更好的促進城市基礎設施建設。

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