全程無(wú)網(wǎng)儲(chǔ)能式有軌電車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

文/楊穎，中車株洲電力機(jī)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(fù)極，電子作為正極，電流從接觸網(wǎng)通過(guò)受電工、鋼軌回流。在100多年沒有變化的情況下，中國(guó)城鎮(zhèn)化對(duì)有軌電車對(duì)該方式提出質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。主要問(wèn)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(guò)，就算絕緣處理，下雨時(shí)也不可避免地流進(jìn)土壤，對(duì)底下管線造成影響。

對(duì)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(lái)架空網(wǎng)受電的諸多問(wèn)題，并且占地幅寬少0.5米，工程造價(jià)降低；建設(shè)工期縮短6個(gè)月以上；剎車時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)，無(wú)景觀影響，無(wú)地下管網(wǎng)腐蝕；電能消耗少，無(wú)需電網(wǎng)維護(hù)。

發(fā)明點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容

發(fā)明點(diǎn)一：發(fā)現(xiàn)了車載儲(chǔ)能牽引控制方法和最優(yōu)能量運(yùn)行控制方法；實(shí)現(xiàn)了再生制動(dòng)能量利用率0.85的業(yè)界最高指標(biāo)，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(wú)網(wǎng)儲(chǔ)能式有軌電車標(biāo)準(zhǔn)體系，涵蓋間歇式供電車輛，供電，運(yùn)營(yíng)，維護(hù)及關(guān)鍵部件的標(biāo)準(zhǔn)體系。

發(fā)明點(diǎn)二：發(fā)明了MW級(jí)車載超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，核算日歷壽命大于8.8萬(wàn)小時(shí)即可滿足十年壽命要求；發(fā)明了全新的車載儲(chǔ)能電源冷卻方法；首創(chuàng)了實(shí)現(xiàn)全程無(wú)網(wǎng)運(yùn)行。

發(fā)明點(diǎn)三：發(fā)明了十秒級(jí)快速充電智能控制方法；創(chuàng)新了超級(jí)電容主動(dòng)均衡技術(shù)，停站十秒級(jí)快速完成補(bǔ)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(diǎn)四：發(fā)明了活性石墨稀/活性炭復(fù)合電極片制備技術(shù)；創(chuàng)新了動(dòng)力型炭基雙電層超級(jí)電容器制造工藝技術(shù)；首創(chuàng)了全球最大能量密度動(dòng)力型炭基雙電層超級(jí)電容器，有別于蓄電池的純物理儲(chǔ)能器件，依靠多孔納米活性炭材料的電荷吸附進(jìn)行儲(chǔ)能，具有高安全性、百萬(wàn)次循環(huán)壽命、超高功率、寬溫區(qū)、零電壓等特點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)先進(jìn)性對(duì)比

應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

該項(xiàng)目國(guó)內(nèi)應(yīng)用在廣州海珠有軌電車、淮安有軌電車、武漢大漢陽(yáng)有軌電車、深圳龍華有軌電車等11個(gè)項(xiàng)目。據(jù)實(shí)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(wú)網(wǎng)，無(wú)視覺污染、無(wú)雜散電流腐蝕，制動(dòng)熱排放少。在國(guó)外，應(yīng)用在奧地利格拉茲超級(jí)電容無(wú)軌電車，此外還在油田機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)、港機(jī)機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)、超高功率冷發(fā)射儲(chǔ)能系統(tǒng)。

無(wú)網(wǎng)儲(chǔ)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(lǐng)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(dòng)力型雙電層超級(jí)電容，引領(lǐng)了儲(chǔ)能行業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展；首創(chuàng)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、可全程無(wú)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的有軌電車，國(guó)家“走出去”戰(zhàn)略的堅(jiān)實(shí)的技術(shù)和工程支撐。