全程无网储能式有轨电车系统关键技术研究与应用

文/杨颖，中车株洲电力机车有限公司副总工程师

发明背景及思路

1881年，西门子发明了架空网有轨电车系统，钢轨作为负极，电子作为正极，电流从接触网通过受电工、钢轨回流。在100多年没有变化的情况下，中国城镇化对有轨电车对该方式提出质疑和挑战。主要问题是景观差、占地多；电能传输损耗大；再生能量利用率低；轨道杂散电流腐蚀。此外，电流从钢轨上流过，就算绝缘处理，下雨时也不可避免地流进土壤，对底下管线造成影响。

对此，创新提出了绿色节能和环境友好的间歇式供电解决方案，彻底解决了一百多年来架空网受电的诸多问题，并且占地幅宽少0.5米，工程造价降低；建设工期缩短6个月以上；刹车时自动实现循环，无景观影响，无地下管网腐蚀；电能消耗少，无需电网维护。

发明点及相关技术内容

发明点一：发现了车载储能牵引控制方法和最优能量运行控制方法；实现了再生制动能量利用率0.85的业界最高指标，架空网受电模式利用率仅0~0.7，牵引电耗同比可降低30%以上，例如广州海珠有轨电车36米/368人使用电耗3度电/公里，约等于常规公交车12米/70人的油耗0.3L/公里；建立了全程无网储能式有轨电车标准体系，涵盖间歇式供电车辆，供电，运营，维护及关键部件的标准体系。

发明点二：发明了MW级车载超级电容储能电源，核算日历寿命大于8.8万小时即可满足十年寿命要求；发明了全新的车载储能电源冷却方法；首创了实现全程无网运行。

发明点三：发明了十秒级快速充电智能控制方法；创新了超级电容主动均衡技术，停站十秒级快速完成补电；研制了业界最大功率充电装置、受电器及均衡装置，是全球最大均衡能力的30A均衡装置。

发明点四：发明了活性石墨稀/活性炭复合电极片制备技术；创新了动力型炭基双电层超级电容器制造工艺技术；首创了全球最大能量密度动力型炭基双电层超级电容器，有别于蓄电池的纯物理储能器件，依靠多孔纳米活性炭材料的电荷吸附进行储能，具有高安全性、百万次循环寿命、超高功率、宽温区、零电压等特点。

国内外同类技术先进性对比

应用和经济社会效益

该项目国内应用在广州海珠有轨电车、淮安有轨电车、武汉大汉阳有轨电车、深圳龙华有轨电车等11个项目。据实践，车辆能耗低，较架空网同类产品低30%；环境友好，全线无网，无视觉污染、无杂散电流腐蚀，制动热排放少。在国外，应用在奥地利格拉兹超级电容无轨电车，此外还在油田机械储能系统、港机机械储能系统、超高功率冷发射储能系统。

无网储能式供电制式颠覆了传统架空网连续供电制式，引领了全球城轨新型供电技术的发展；研制出全球最高能量密度的动力型双电层超级电容，引领了储能行业产品和技术的发展；首创了自主知识产权、可全程无网运营的有轨电车，国家“走出去”战略的坚实的技术和工程支撑。