现代有轨电车运用车配属数量需求分析

刘 羽，李凯龙

（1.中交铁道设计研究总院有限公司，北京100191；2.中咨泰克交通工程集团有限公司，北京100083）

随着社会经济的快速发展，居民生活水平显著提高，小汽车保有量持续增长，为居民出行带来便利，但同时也带来了环境污染；因此，绿色交通出行方式越来越受青睐，也成为交通研究人员的主要关注方向。其中，现代有轨电车作为小运量轨道交通系统，以转弯半径小、运输方式灵活、建设费用低、建设周期短等优势在中小城市拥有广阔的发展前景，近几年在全国范围内修建里程逐年攀升[1]。截至2019年底，全国现代有轨电车运营里程达到417 km，2019年新增里程88.1 km，据不完全统计，全国有近20个城市在修建现代有轨电车线路，总里程近500 km[2]。

目前，国内有运营经验的现代有轨电车供电方式主要有：接触网受流、地面三轨受流、电磁感应供电以及储能式供电四种[3]。其中，储能式现代有轨电车又分为超级电容+蓄电池供电以及蓄电池集中充电后供电两种方式。蓄电池集中充电的现代有轨电车目前以一种强科技感、未来感的车型进入国内市场，作为现代有轨电车的后起之秀，受到业界的广泛关注；但集中充电式车辆因受到蓄电池续航能力的影响，需要更多的运用车来支持列车行运计划，因此在运用车数量选取时可能会存在不经济现象。本研究对集中充电式和非集中充电式现代有轨电车运用车需求数量进行比较分析。

1 不同充电方式运用车数量计算分析

1.1 项目概况

某现代有轨电车线路长9.05 km，共设站7座，平均站间距1.51 km，起点处设置车辆基地一座。由于线路较短，设站较少，采取单一运行交路，见图1。

图1 列车运营交路

线路运营时间为5：30—22：30，早高峰时段为7：30—8：30，晚高峰时段为17：30—18：30。近期高峰最大断面客流量2 880人次/h，远期高峰最大断面客流量4 896人次/h。列车方案按照近期3编组，远期4编组设计。

假设一模块定员为60人，近期列车3编组定员180人，远期列车4编组定员240人，全日列车运营计划见表1。

表1 全日列车运行计划 对

续表1

1.2 非集中充电式

非集中充电式现代有轨电车不用回车基地集中充电，有接触网供电、地面第三轨供电、电磁感应供电、超级电容储能等蓄电方式[4]。此类车辆在列车运行过程中可以进行电量蓄能，不需耗费额外的时间进行电池集中充电，车辆利用率高。

由表1可知，近、远期高峰列车分别为18、24对/h；则近、远期高峰列车最小发车间隔为3.3、2.5 min。在交路长度9.05 km的前提下，设计速度按70 km/h计算，但考虑停站时间，列车旅行速度取36 km/h，起、终点站折返时间总和取6 min，则列车最小周转时间为37 min。按照列车运能富余10%～15%的区间考虑，线路输送能力见表2。

表2 非集中充电式现代有轨电车线路输送能力

在满足线路运营需求的前提下，近、远期运用车所需数量分别为11、15列，近、远期线路输送能力分别剩余12.5%、15%，可以满足现代有轨电车线路运营组织要求。

1.3 集中充电式

集中充电式现代有轨电车属于有轨电车储能供电技术中的一种，与非集中充电式现代有轨电车最大区别是其受电池续航能力影响，须回车辆基地集中充电。车辆集中充电不需要像接触网、第三轨供电一样在线路中布设复杂的供电设施，基本为静态充电，过程较为安全且减少了牵引网络的增设费用，具有更好地经济性和适应性[5]。但为保证线路的持续运营，此类车辆在集中充电过程中必须由一列满电车辆替换充电车辆继续运行，尤其是在线路发车频率较高的高峰时段，车辆的运用车需求明显增加。

集中充电式现代有轨电车车辆性能参数：

1）满电量可以运行约150 km，正常运营时，需保证车辆回到充电位时电池剩余电量不低于10%，本研究列车回到综合车场充电时，剩余电量按照总电量的30%计算；

2）车辆由0充电到100%需要1.2 h；

3）当轨道交通线路为9.05 km时，车辆满电可运行圈数取5圈（从起点发出到回到起点）且保证了列车运能富余10%～15%。

本研究中，集中充电式现代有轨电车的列车运行计划、发车间隔、旅行速度、折返时间等运营特性均与非集中充电式现代有轨电车保持一致，根据集中充电式现代有轨电车参数并结合项目实际情况，按照“电量用尽（剩余30%）充电，电量充满运行”的原则对运用车数量选取进行研究，见表3和表4。

表3 集中充电式有轨电车近期运用车方案

续表3

表4 集中充电式有轨电车远期运用车方案

续表4

在满足线路正常运营需求的前提下，近、远期运用车方案均出现晚高峰运用车数量增大的现象。这是由于一些车辆在经过早高峰和中午的平峰后，晚高峰时电量不符合开行标准，必须加开新的列车。对集中充电式有轨电车运用车数量选取方案进行研究，近、远期运用车所需数量分别为15辆、23辆。

2 量化不经济指标

在相同的运营计划下，集中充电式现代有轨电车与非集中充电式现代有轨电车相比，运用车需求在近、远期均存在数量增加不经济现象，为明确运用车数量需求的不经济指标，对其量化

式中：α——非集中充电式现代有轨电车运用车数量需求；

β——集中充电式现代有轨电车运用车数量需求。

当线路长度为9.05 km时，为满足列车运营计划，非集中充电式现代有轨电车近、远期运用车数量分别为11、15列；集中充电式现代有轨电车近、远期运用车数量分别为15、23列。

根据式（1），近期集中充电式现代有轨电车不经济指标p1为36%，远期p2为53%。两种不同充电类型的车辆在近、远期发车间隔分别为3.3、2.5 min时，随着发车频率的增加，集中充电式现代有轨电车的运用车数量需求也会随之增加；发车频率越高，集中充电式现代有轨电车运用车数量需求的不经济现象越凸显。

3 结论

集中充电式现代有轨电车具有科技感强、现代化、绿色环保等诸多优势，但因蓄电池须回车辆段集中充电的特点，在运用车数量需求上存在不经济现象。本研究针对集中充电式现代有轨电车与非集中充电式现代有轨电车运用车数量需求展开分析，最终得出，当线路长度在10 km左右且在列车运营计划一致的前提下，为满足现代有轨电车线路的运营需求，集中充电式现代有轨电车在近期相比非集中充电式现代有轨电车的需求率高36%左右，远期高53%左右且列车发车频率越高，集中充电式现代有轨电车运用车数量需求越高，不经济现象越明显。

针对集中充电式现代有轨电车运用车数量的选取，本研究只采用了“电量用尽（剩余30%）充电，电量充满运行”的较极端原则且线路只在始发端设置车辆段，考虑到列车在终点站返程时发生故障的极端现象，为电量留有一定富余且保证后方救援车辆可以回到综合车厂。实际运营中，车辆在特殊情况下可以在未充电至100%的情况下上线运营，例如未满电列车可以在晚高峰时期运营，待晚高峰结束后回车辆段继续充电，避免了上线新的运营车辆增加成本，但如何在运用车选取时结合充电时间的灵活性降低运用车上线运营数量，需要进行进一步研究。