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淺談道路饋電裝備與集電車輛的可行性

目前世界上仍在應用的無軌電車其供電設備是路面上方的直流供電接觸網線,車輛頂上有集電桿。兩者之間的供電方式為接觸式饋電方式。車輛驅動電機所用電力由直流電供給,稱之為“有線集電車”,簡稱為“有線電車”。未來電動車輛供電方式將由鋪在路面的供電設備提供,行駛于上面的車輛的底盤上有集電設備。兩者之間在有效距離范圍內形成饋電、集電狀態,使車輛在行駛中集電,供驅動電機用電,這稱之為“無線集電車”,簡稱為“無線電車”。

  1.建設直流供電系統的可行性

  目前世界上的城市道路、城鄉道路、城際道路、高速公路、干線公路上都配有專門電力設施,為路燈、智能交通、治安監控等設備提供電力,220伏/380伏交流電。而道路用電設備大多已采用直流電,故需電源轉換設備將交流電轉換成直流電。比如,路燈已開始由鈉燈、金屬鹵素燈向LED轉化,LED路燈是用直流電源的。未來道路電力將以直流供電為主,而交流電則去之。

  目前道路上行駛的車輛絕大部分是燃油汽車,唯有城市道路上有少量無軌電車運營。他們依靠路面上方懸空架設的600伏直流電接觸線網供電。電車頂上有2根“辮子”(集電桿)與接觸線網形成輸、集電關系,使電動機驅動電車行駛。相對于有軌電車而言,這種電車被稱為無軌電車,但相對于有車載電池組的純電動公交車而言,應稱之為“有線電車”更合適。有線電車行駛中無污染物排放,低噪聲、低熱量、省電高效。世界上目前有350多個城市的公交上運用之,并呈現進一步擴大之勢。

  如果道路采用直流供電,那么動力部分,照明部分供給路燈、廣告箱、指路牌、路邊景觀亮化設備,信息部分供給智能交通、治安監控等設備,就形成了道路供電的全直流化。道路直流供電由電網公司10千伏交流電引入道路鎮流站,經降壓鎮流后輸出600伏直流電,經架空接觸網線傳到路邊上方,供相關道路設備電車等用電,形成道路供電用電系統。電車工作時間一般從早上5時到晚上22時或24時左右,路燈由傍晚到天亮工作12個小時左右,信息設備一天工作20小時。因此道路直流供電系統是24小時工作的,只是用電負荷分時段而有變化。而鎮流站輸出功率是隨用電量多少而變化。若有電動汽車需要充電也可以在此系統中安裝充電機及智能計費裝置刷卡充電。

  在路面上方架設光伏板,或在路邊兩側附件的建筑物及空閑場地上安裝光伏板,再者利用路面路邊的空余合適地方裝置微型風力發電機,所發電經逆變整流后以直流電600伏的電源直接并入道路直流供電系統中,現發現用,不必為并入電網或儲能而費周折,且電力利用效率高。這樣形成道路直流供電、發電、用電三者一體化。由于道路設施用電設備都采用直流電,再加上有線電車的恢復及再興,未來道路直流供電是大勢所趨。若風光新能源發電并入其中,那就比較完整和完美了,這與當前國家戰略性新興產業完全相符且完整集成一體了。而相關技術都各自獨立相對成熟,在此只是集成整合。

  道路直流供電系統基于供電的設施,為公交電氣化公交綠色化提供了能源供應基礎設施,為新能源汽車商業化提供了可行的捷徑和必由之路,而且技術成熟工作可靠。同時若設計專用車道,架設專門的直流供電線網,即比電車公交線網的架設高度降低,就可以給微卡、微客、轎車供直流電,那么這類電動汽車的車載電池組就大大縮小,減輕重量、省電而高效。它們如有線電車一般在行駛中集電供電機驅動車輛和為電池充電,這是電驅化專用道路。若未來每條城市道路都采用直流供電,那么電動汽車商業化就用了基礎設施,其發展就勢不可擋了。若這些車輛改為有線電車,只需在車頂上安裝一個集電裝置即可,只要車輛工作電壓與接觸線網的電壓相符就行,就不再為充電問題而煩惱了。

  道路直流供電系統包括整流站、接觸線網、電桿等道路裝備設施。其中電桿將整合原先各類各式燈桿,一體化標準規范系列化,不再五花八門。用電設備中的路燈LED為條桿狀,與接觸線網整合一體。智能交通等小功率用電設備要專門的直流降壓設備供應相應電壓的電源。風光發電設備利用現有規格產品經逆變器電度表之后直接并入系統中。道路直流供電系統是一個獨立專門微型智能電網,可以是一條道路一個區域乃至一個城市范圍規模。由供電公司維護運行,發電供電用電賣電,政府參與或政府采購都行。

  在此系統中用電的公交大客車,微卡、微客、轎車只需配集電系統及相應電器就行。

  道路直流供電系統包括直流供電的道路裝備、照明亮化、風光發電、專用電器、有線電車等產品、產業,若整體集成整體承包建設則可形成較強競爭力和優勢,從設計、裝備制造、工程施工、日常維護、供電業務、公用事業、路燈、電車的運行等。

  相關技術創新、相關知識產權、專門產品制造、專有商業模式等要素形成準入門檻,就能形成競爭高地位。

  2.道路饋電與無線集電車的可行性

  在現有道路上的有關用電設備改由直流供電后,原有道路上的交流供電設施成了閑置設備,為有效利用交流供電設施,可以引入非接觸饋電設備,給行駛中的電動轎車、微型汽車饋電,而非接觸饋電設備所用電源是交流電,正好有效利用之。

  非接觸饋電設施是將饋電線圈(設備)裝置于路面上或場地上,車輛底盤下面有集電設備,饋電設備與集電設備對準在有效范圍內,就能形成有效的饋受電作業。目前已有停車充電的應用。但是非接觸饋受電若僅應用于停車充電作業,其價值不大,形成了技術上可行,商業上不可行的狀況。若將非接觸饋電發展為給“行駛途中的車輛饋電”那其商業價值就大了。它必將為電動車輛的商業化帶來推動力,走出當前電動汽車商業化的窘境。

  非接觸饋電設備能裝置在道路上給行駛途中的電動車輛饋電,為車載電池組即時充電。這類電動車的車載電池組容量可大幅縮小,只需50千米/80千米左右的儲電量即可,使這些車輛減輕電池組重量而降低自身重量,同時電機功率可相應減小一些,最終使它成本相應降低,或許將來不夠補貼也有競爭力了。同時有了道路接觸式和非接觸式饋電設施后,電動車輛對地面固定充電設施的依賴程度就大為降低了。則需作為臨時應急充電了,目前充電設施的困擾會得于緩解乃至得到解決。

  將現有固定饋電設備安裝于道路上,給行駛途中的電動車輛集電,是一個有待突破的問題。它涉及道路交流供電、道路建設、使用和維護等方面要素。若要達成此目標有賴于投資方、供電設備制造安裝使用維護及具有行駛途中集電功能的車輛制造商等多方合力,不然就面臨各方阻力,使突破面臨困難,難以做到顛覆性創新。

  非接觸饋電設備由發射設備和饋電設備等組成,發射設備的工作電源是現有道路上的電源,不必再另建供電電源。饋電設備是在路面或場地按設計要求排列成帶狀,供路面上行駛的車輛集電。饋電設備的設計制造安裝維護是此技術成敗的關鍵和先決條件,它是當務之急。

  道路直流供電系統中,動力電源供無軌電車(有線電車)用電及LED路燈照明、智能交通、治安監控等設備用電。同時直流接觸網線架空于四五米左右高度,對于公交車、廂式貨車而言是合適的。但對于轎車、微型卡車、微型客車而言是不方便不合適的。若將原道路的交流電源給非接觸饋電設備供電,使之安裝于行駛轎車、微車的車道上,在路面供電和在車底集電,非常合適和有效。這樣道路上有交流和直流兩套供電系統,能為多種車型、多種車輛供電,電動汽車商業化就有基礎設施保證了,也使電動車汽車具有競爭力了。電動汽車對電池的依賴程度由關鍵零部件降格為輔助零部件了,由決定要素專為次要因素,使“電池系列問題”得到根本解決。

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