摘要：近年来，现代化有轨电车快速发展，为人们的交通出行提供了极大地便利。有轨电车具有运量大、速度快、污染小等优点，供电系统是现代有轨电车的重要组成部分，对于有轨电车的日常运营有着直接的影响，因此结合当前现代有轨电车各种供电方式，选择高效、合适的供电方式，确保现代有轨电车安全、稳定运行。本文分析了现代有轨电车供电方式，对各供电方式做出了简要的分析比较。
关键词：有轨电车；供电方式；发展
前言：当前，城市私家车数量大幅上涨，交通堵塞严重，并且还存在着大气污染、能源危机等问题，现代有轨电车作为新一代交通工具，其比轻轨和地铁，运营费用低、建设速度快、使用寿命长，在很多中小型城市应用广泛。由于现代有轨电车耗能较大，因此必须采用合适的供电方式，满足现代有轨电车的运营要求。
1 有轨电车供电方式的发展
接触网供电是传统的有轨电车供电方式。目前大多数城市的有轨电车仍采用这种供电方式。该供电方式中最常见的是：架空接触网供电和钢轨回流方式供电（传统接触轨供电）。虽然这种方法的应用有成熟的经验，但其对城市景观的影响不容忽视，存在着线网的架设、维护工作量大等问题。为解决有轨电车可靠供电与城市景观之间的矛盾，近年来开始对有轨电车无接触网供电技术进行研究，并取得了不错成果。
现代有轨电车越来越受国内各级城市青睐，其供电方式逐步由接触网向无架空接触网发展，以适应城市发展需求。目前，世界上有轨电车无架空接触网供电方式主要分为两大类：一类为地面供电，其将供电设施沿地面敷设，并分段供电以保证安全；另一类为车载储能供电，代替实时受流，无需外部供电设施。
2 新型无接触网供电方式的介绍
2.1 Alston的APS地面供电系统
APS系统是地面接触供电的典型代表，采用地面接触轨供电、钢轨回流制式。保留传统第三轨供电的优势，同时提高了安全性。
（1）组成：APS系统主要由接触轨、集电靴和天线、直流配电单元、直流监控柜等组成。
（2）工作原理：接触轨分段敷设，段间设置绝缘节，电能经受电靴传送至列车；沿接触轨每两段设有控制箱，列车驶入相应段时，控制箱内的控制单元接收到列车发来的编码信号后向该段接触轨供电；其余接触轨保持接地，以保证行人安全。工作原理如图1所示。
图1 Alston的APS地面供电系统（注：图中红线表示导通，绿线表示接地.）
（3）适应性分析：采用APS系统需敷设大量供电设备，且对设备的安全性、可靠性和沿线排水系统要求高。其投资成本高约4000～5000万元/km。因此，APS系统适合与架空网结合使用，在对景观要求较高的区段采用APS系统，其余区段采用架空网。目前，国外很多城市采用这一方案。
2.2安萨尔多TramWave地面供电系统
TramWave系统也属于地面新型第三轨供电技术，与APS系统相似。接触轨都由导电段与绝缘段组成，不同点在于接触轨内部装有一根分段柔性导电排，车底装有磁性受流器。
（1）工作原理：TramWave系统采用自然磁力技术，车底受电靴与地面模块的柔性都装有永磁材料。集电靴经过模块供电节时，其柔性导电排被磁力吸引上升，接通电源正极，受电靴通过接触将电力引入车内。集电靴离开供电节表面时，柔性导电排复位与安全负极连接，模块失电，保证了乘客人身安全。
（2）适应性分析：TramWave系统可与架空网结合使用，实现混合供电。从目前国外应用实例可知，TramWave供电技术安全、可靠，但尚有一些技术问题需要进一步研究。其投资成本约为1500～2000万元/km。如下图所示。
2.3庞巴迪Primove电磁感应供电系统
Primove系统是采用地面感应线圈非接触式供电技术的一种新型有轨电车无触网供电方案。通过在沿线地面敷设供电电缆，以非接触方式为电车提供牵引电能。车顶Mitrac节能器优化性能。
（1）工作原理：Primove系统是利用电能与磁场相互转化的原理实现能量传输的。（具体表述见图解）浅色为导电段，深色为接地段，分段实时供电，安全性高。原理与APS系统较为相似。
（2）适应性分析：基于电磁感应电力传输原理，Primove系统中有轨电车可在行驶或停车时进行充电。该系统兼容所有路面，无需建设架空接触网系统。采用Primove系统，需要在走行轨间和沿线埋地敷设和安装供电设施，其投资成本和后期维护成本较高（投资成本约为2000～2500万元/km）。
2.4车载储能式牵引供电系统
现代储能式有轨电车是现代电动汽车理念在有轨电车系统中的延伸和发展。现代储能技术主要包括了超级电容器、蓄电池及现代电力电子及其控制技术。
（1）工作原理：主电路结构中增加了储能装置的充放电回路及其相应的控制系统，使用储能装置为独立电源牵引有轨电车，并实现了制动能量再生存储利用。
（2）超级电容器原理：通电电极极化电解质，正/负极分别吸引负/正离子，在接触面形成两个容性存储层（即双电层），以此来储存电能量。活性炭纤维电极板为多孔构造，且板间距很小，使得超级电容单体容量超大（1F～10000F）。
（3）超级电容优点：①功率密度大（高达2-10KW/kg），单体容量惊人（可达千法级）；②充放电时间短（秒级，一般为30s左右），充放电线路简单；③大电流放电能力超强，能量循环效率高（90%以上）；④循环寿命长（深度充放电循环次数超过50万次）；⑤工作温度范围宽（-40℃～+70℃），安全性高（可长期免维护）；剩余电量可读，检测方便，绿色环保。
（4）超级电容不足：
①能量密度相对较低，不能驱动车辆远距离行驶。
②单体工作电压偏低，超标压使用影响性能。
③在高温、潮湿或含有毒气体的场所可能导致其发生故障。
（5）适应性分析：超级电容储能式供电作为最新研发出的一种可实现有轨电车全线牵引供电的新型供电技术，应用前景广阔。开发初期，电车成本会略微增加，随其产量化，成本也会随之下降，此技术适用于行车站间距适宜，车辆停站快速充电，需要频繁起停的有轨电车线路。
2.5氢燃料电池供电系统
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。
优点：能量转化效率高、无噪声污染、对环境友好。
（1）工作原理：燃料电池主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路，以及辅助系统（反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等）。
（2）适应性分析：氢能和燃料电池技术，以氢气为能源、真正实现零排放的燃料电池机车，一直被公认为是解决当今交通能源和环境问题的最佳方案之一，代表着汽车未来的发展方向。此项技术已成功应用于公交、出租汽车及货运客车，有轨电车引入此技术必将是有轨电车牵引供电的又一项重大技术革新。
3 几种新型供电方式的比较分析与运营维护
根据以上各种供电方式的介绍，对各种供电方式的技术成熟性、开放性、土建施工造价等方面作简单的比较。如下图所示。
目前，TramWave、Primove和超级电容储能、氢燃料电池这四种供电方式皆可利用其车顶的储能电源实现制动能量回收利用，节约能源。而APS供电还无法很好实现这一点。
在APS、TramWave和Primove三种供电方式下。对故障运营线路维护时，为保证施工安全需封闭道路，但阻碍交通和乘客出行，且恢复正常运营速度慢。
氢燃料电池、超级电容储能供电方式下，全线无需车外供电设备，出现故障时可通过配备小型充电设备的公铁两用救援车实施救援，线路恢复正常运营速度快。
无网供电方式作为摆脱架空接触网的新型供电方式，在越来越多的有轨电车领域得到应用，拥有很好的前景。但具体选择哪种还要根据不同的要求、地域、气候综合考虑。
目前来看，超级电容储能供电已广泛应用，适应性较好。相比之下氢燃料电池更有优势，无论从维护成本、续航里程、美观性还是从环境友好角度都较前者有很大的优势。
4 结语
随着城市化进程的加快，居民对有轨电车的要求越来越高，越来越多的供电方式出现，本文对一些新型无接触网供电方式进行了介绍，希望对有轨电车的发展起到一定参考作用。
参考文献：
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[5]我国现代有轨电车工程管理发展、特点及主要内容浅议[J].程栋梁，王帮焱.技术与市场.2017（05）
论文作者:余锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
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