绿色公交新选择——储能式轻轨

　　随着能源危机的不断加剧，人们早已把眼光放在各类绿色节能的技术、设备和理念上。近年来，各个国家都在研究和采用新的技术以减少能耗及污染，同时不断进行宣传，使节能的理念深入人心。当我们的交通工具已经达到了相当高的速度同时拥有各种令人眼花缭乱的高科技设备时，“绿色”和“智能”的交通工具将是今后发展的主流。随着世界首列储能式轻轨原型列车在我国湖南株洲成功下线，我们或许可以预见，不久的将来，应用更为清洁的能源与洁净高效的交通环境将随处可见。

1、技术介绍

储能式轻轨车原型车及相关技术由中国南车株洲电力机车有限公司研发，已于2012年8月10日在湖南株洲下线，对我国的轨道交通技术发展有着革命性的意义。于此同时，全长7.7公里、正在建设中的广州市海珠环岛（万胜围—广州塔段）成为世界上首条拟投入商业运营的储能式轻轨线，计划于2014年全线运行。

储能式轻轨车辆车体与普通轻轨列车差别不大，车长23.6m，宽2.65m，最大载客量为320人。设计最高时速为80km，最高运营时速为70km。该轻轨列车每辆车均能够双向单独运行，还可以根据客运量的多少采取不同的编组方式进行运营。该型车最小转弯半径为30m，能够很好地适应目前国内各类城市交通状况。列车制动方面，储能式轻轨采用电气、机械和电磁式微机控制复合制动模式，能够满足城市公共路权交通的需要，安全可靠。供电方面，储能式轻轨完成了从全线弓网布置到无接触网的变革，利用列车停靠站台时间进行30S快速充电，供电方式为站台静止受电，电压为直流750V。车顶搭载的超级电容能够保证能量的高效循环，车辆制动产生的能耗将被转换为电能进行存储，能量回馈利用率大于80%。车辆在运行过程中与汽车共享路权。

在电力牵引时代，尽管能源已经可以二次使用，但采用传统的机械制动方式并不能减少能量的浪费。电气制动在一定程度上解决了这个问题：利用电力牵引的优势，将制动时消耗的动能用来发电，送到电网，从而实现再生制动。尽管如此，仍然存在大量的能量消耗。这是因为对于返回的能量，现有电网是有条件接受的，最多只能回收40%左右的能量。制动时回收的电能只能在回收瞬间进行利用，无法真正储存，还是得利用机械制动作补充，60%左右的制动动能被白白浪费掉。而化学储能，因其功率密度小、能量密度大，属慢充慢放型，难以吸收列车制动时在瞬间产生的巨大能量，通常只能用于汽车和摩托车。超级电容储能器件的问世为储能技术带来了突破性的发展，其最大的特点是功率密度大，充放电不是按分钟计，而是按秒计，甚至可以吸收毫秒级的瞬间能量。

2、技术特点

车辆的最大载客量达320人，车体宽仅有2.65米，占地宽仅需8米，相比传统地铁和高架轻轨，不仅能极大地节约道路土地建设资源，制造成本也低了60%-80%。按同等交通运量计算，城市道路双向6车道，一般占地宽约24米，而这种轻轨交通能节约三分之二的道路土地建设资源。由于能实现与公路的平交，其造价分别仅为传统地铁和高架轻轨的三分之一、五分之一。

在动力牵引技术上，“储能式电力牵引轻轨车辆”放弃使用传统锂电池，采用超级电容技术，用以储备电能作为主动力。以超级电容储能器作为动力能源，具有大电容(164F)、高比功率（12.15kW/kg）、高比能量（7.1Wh/kg）等高性能指标，适合城市内轻轨交通频繁起停的特点，电能使用率高。相比较传统的采用锂离子电池的电动汽车充电动辄数个小时，储能式轻轨车辆利用乘客上下车的时间，在站台30秒内快速完成充电，一次充电后能连续行驶2公里，设计最高时速80公里，到达下一个站台后再行充电，周而复始，兼顾了经济型与快捷性。同时，“制动即充电”的技术能够最大限度地重复利用能源，提高了单次充电的行驶距离，也能够应对某个站点充电器故障等突发情况。每当司机踩下刹车，车辆减速、制停时，能量回收转换功能就会启动，每次可转换成3千瓦时左右的电能，并被超级电容储备起来，从而实现能量的循环利用和污染物零排放。

在经济效益方面，储能式轻轨交通系统具有显著的经济型。首先轻轨交通投资成本低，建设投资约为1-2亿元/km，而既有地铁建设的投资约为5-8亿元/km，普通轻轨建设的投资则不少于2亿元/km。其次，储能式轻轨制动能量可高回收利用，总能耗比普通轻轨有大幅下降，节约了这部分的资金。

3、发展前景

目前，“高速”与“重载”作为当今轨道交通发展技术的两大标志，我国轨道交通领域不论是在运行速度还是在载重量上的提升都已经取得了很大的成功。目前的列车速度已经能够满足生产运输的要求，特别是在城市内公共交通中，列车的速度并不是最重要的因素，安全、节能则是如今的潮流。在已经投入使用的轨道交通中，伴随着列车的运行，有大量的能量被完全浪费。任何一辆列车在减速停车时，都有大量的动能转化为热能直接消耗掉这部分能量如能有效收集起来，其利用潜力无疑将相当可观。

储能式轻轨列车很好地顺应了绿色环保的时代潮流，不再依赖外部电网，而是在多次快速充电过程中，利用超级电容进行储能并提供动力，可实现无数电损耗和无弓网磨损，从而达到能量的高效利用和循环利用的目标。储能式电力牵引轻轨交通集灵活、安全、便捷于一身，相对于传统地铁和普通轻轨交通系统，它的系统建设与运营门槛更低，在我国中小型城市中的应用前景十分广阔。