目前世界上仍在應(yīng)用的無(wú)軌電車(chē)其供電設(shè)備是路面上方的直流供電接觸網(wǎng)線,車(chē)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(chē)輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)所用電力由直流電供給,稱(chēng)之為“有線集電車(chē)”,簡(jiǎn)稱(chēng)為“有線電車(chē)”。未來(lái)電動(dòng)車(chē)輛供電方式將由鋪在路面的供電設(shè)備提供,行駛于上面的車(chē)輛的底盤(pán)上有集電設(shè)備。兩者之間在有效距離范圍內(nèi)形成饋電、集電狀態(tài),使車(chē)輛在行駛中集電,供驅(qū)動(dòng)電機(jī)用電,這稱(chēng)之為“無(wú)線集電車(chē)”,簡(jiǎn)稱(chēng)為“無(wú)線電車(chē)”。
1.建設(shè)直流供電系統(tǒng)的可行性
目前世界上的城市道路、城鄉(xiāng)道路、城際道路、高速公路、干線公路上都配有專(zhuān)門(mén)電力設(shè)施,為路燈、智能交通、治安監(jiān)控等設(shè)備提供電力,220伏/380伏交流電。而道路用電設(shè)備大多已采用直流電,故需電源轉(zhuǎn)換設(shè)備將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。比如,路燈已開(kāi)始由鈉燈、金屬鹵素?zé)粝騆ED轉(zhuǎn)化,LED路燈是用直流電源的。未來(lái)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(chē)輛絕大部分是燃油汽車(chē),唯有城市道路上有少量無(wú)軌電車(chē)運(yùn)營(yíng)。他們依靠路面上方懸空架設(shè)的600伏直流電接觸線網(wǎng)供電。電車(chē)頂上有2根“辮子”(集電桿)與接觸線網(wǎng)形成輸、集電關(guān)系,使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電車(chē)行駛。相對(duì)于有軌電車(chē)而言,這種電車(chē)被稱(chēng)為無(wú)軌電車(chē),但相對(duì)于有車(chē)載電池組的純電動(dòng)公交車(chē)而言,應(yīng)稱(chēng)之為“有線電車(chē)”更合適。有線電車(chē)行駛中無(wú)污染物排放,低噪聲、低熱量、省電高效。世界上目前有350多個(gè)城市的公交上運(yùn)用之,并呈現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大之勢(shì)。
如果道路采用直流供電,那么動(dòng)力部分,照明部分供給路燈、廣告箱、指路牌、路邊景觀亮化設(shè)備,信息部分供給智能交通、治安監(jiān)控等設(shè)備,就形成了道路供電的全直流化。道路直流供電由電網(wǎng)公司10千伏交流電引入道路鎮(zhèn)流站,經(jīng)降壓鎮(zhèn)流后輸出600伏直流電,經(jīng)架空接觸網(wǎng)線傳到路邊上方,供相關(guān)道路設(shè)備電車(chē)等用電,形成道路供電用電系統(tǒng)。電車(chē)工作時(shí)間一般從早上5時(shí)到晚上22時(shí)或24時(shí)左右,路燈由傍晚到天亮工作12個(gè)小時(shí)左右,信息設(shè)備一天工作20小時(shí)。因此道路直流供電系統(tǒng)是24小時(shí)工作的,只是用電負(fù)荷分時(shí)段而有變化。而鎮(zhèn)流站輸出功率是隨用電量多少而變化。若有電動(dòng)汽車(chē)需要充電也可以在此系統(tǒng)中安裝充電機(jī)及智能計(jì)費(fèi)裝置刷卡充電。
在路面上方架設(shè)光伏板,或在路邊兩側(cè)附件的建筑物及空閑場(chǎng)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(fēng)力發(fā)電機(jī),所發(fā)電經(jīng)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(tǒng)中,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)用,不必為并入電網(wǎng)或儲(chǔ)能而費(fèi)周折,且電力利用效率高。這樣形成道路直流供電、發(fā)電、用電三者一體化。由于道路設(shè)施用電設(shè)備都采用直流電,再加上有線電車(chē)的恢復(fù)及再興,未來(lái)道路直流供電是大勢(shì)所趨。若風(fēng)光新能源發(fā)電并入其中,那就比較完整和完美了,這與當(dāng)前國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)完全相符且完整集成一體了。而相關(guān)技術(shù)都各自獨(dú)立相對(duì)成熟,在此只是集成整合。
道路直流供電系統(tǒng)基于供電的設(shè)施,為公交電氣化公交綠色化提供了能源供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施,為新能源汽車(chē)商業(yè)化提供了可行的捷徑和必由之路,而且技術(shù)成熟工作可靠。同時(shí)若設(shè)計(jì)專(zhuān)用車(chē)道,架設(shè)專(zhuān)門(mén)的直流供電線網(wǎng),即比電車(chē)公交線網(wǎng)的架設(shè)高度降低,就可以給微卡、微客、轎車(chē)供直流電,那么這類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載電池組就大大縮小,減輕重量、省電而高效。它們?nèi)缬芯€電車(chē)一般在行駛中集電供電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛和為電池充電,這是電驅(qū)化專(zhuān)用道路。若未來(lái)每條城市道路都采用直流供電,那么電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化就用了基礎(chǔ)設(shè)施,其發(fā)展就勢(shì)不可擋了。若這些車(chē)輛改為有線電車(chē),只需在車(chē)頂上安裝一個(gè)集電裝置即可,只要車(chē)輛工作電壓與接觸線網(wǎng)的電壓相符就行,就不再為充電問(wèn)題而煩惱了。
道路直流供電系統(tǒng)包括整流站、接觸線網(wǎng)、電桿等道路裝備設(shè)施。其中電桿將整合原先各類(lèi)各式燈桿,一體化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范系列化,不再五花八門(mén)。用電設(shè)備中的路燈LED為條桿狀,與接觸線網(wǎng)整合一體。智能交通等小功率用電設(shè)備要專(zhuān)門(mén)的直流降壓設(shè)備供應(yīng)相應(yīng)電壓的電源。風(fēng)光發(fā)電設(shè)備利用現(xiàn)有規(guī)格產(chǎn)品經(jīng)逆變器電度表之后直接并入系統(tǒng)中。道路直流供電系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立專(zhuān)門(mén)微型智能電網(wǎng),可以是一條道路一個(gè)區(qū)域乃至一個(gè)城市范圍規(guī)模。由供電公司維護(hù)運(yùn)行,發(fā)電供電用電賣(mài)電,政府參與或政府采購(gòu)都行。
在此系統(tǒng)中用電的公交大客車(chē),微卡、微客、轎車(chē)只需配集電系統(tǒng)及相應(yīng)電器就行。
道路直流供電系統(tǒng)包括直流供電的道路裝備、照明亮化、風(fēng)光發(fā)電、專(zhuān)用電器、有線電車(chē)等產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè),若整體集成整體承包建設(shè)則可形成較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力和優(yōu)勢(shì),從設(shè)計(jì)、裝備制造、工程施工、日常維護(hù)、供電業(yè)務(wù)、公用事業(yè)、路燈、電車(chē)的運(yùn)行等。
相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新、相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、專(zhuān)門(mén)產(chǎn)品制造、專(zhuān)有商業(yè)模式等要素形成準(zhǔn)入門(mén)檻,就能形成競(jìng)爭(zhēng)高地位。
2.道路饋電與無(wú)線集電車(chē)的可行性
在現(xiàn)有道路上的有關(guān)用電設(shè)備改由直流供電后,原有道路上的交流供電設(shè)施成了閑置設(shè)備,為有效利用交流供電設(shè)施,可以引入非接觸饋電設(shè)備,給行駛中的電動(dòng)轎車(chē)、微型汽車(chē)饋電,而非接觸饋電設(shè)備所用電源是交流電,正好有效利用之。
非接觸饋電設(shè)施是將饋電線圈(設(shè)備)裝置于路面上或場(chǎng)地上,車(chē)輛底盤(pán)下面有集電設(shè)備,饋電設(shè)備與集電設(shè)備對(duì)準(zhǔn)在有效范圍內(nèi),就能形成有效的饋受電作業(yè)。目前已有停車(chē)充電的應(yīng)用。但是非接觸饋受電若僅應(yīng)用于停車(chē)充電作業(yè),其價(jià)值不大,形成了技術(shù)上可行,商業(yè)上不可行的狀況。若將非接觸饋電發(fā)展為給“行駛途中的車(chē)輛饋電”那其商業(yè)價(jià)值就大了。它必將為電動(dòng)車(chē)輛的商業(yè)化帶來(lái)推動(dòng)力,走出當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化的窘境。
非接觸饋電設(shè)備能裝置在道路上給行駛途中的電動(dòng)車(chē)輛饋電,為車(chē)載電池組即時(shí)充電。這類(lèi)電動(dòng)車(chē)的車(chē)載電池組容量可大幅縮小,只需50千米/80千米左右的儲(chǔ)電量即可,使這些車(chē)輛減輕電池組重量而降低自身重量,同時(shí)電機(jī)功率可相應(yīng)減小一些,最終使它成本相應(yīng)降低,或許將來(lái)不夠補(bǔ)貼也有競(jìng)爭(zhēng)力了。同時(shí)有了道路接觸式和非接觸式饋電設(shè)施后,電動(dòng)車(chē)輛對(duì)地面固定充電設(shè)施的依賴(lài)程度就大為降低了。則需作為臨時(shí)應(yīng)急充電了,目前充電設(shè)施的困擾會(huì)得于緩解乃至得到解決。
將現(xiàn)有固定饋電設(shè)備安裝于道路上,給行駛途中的電動(dòng)車(chē)輛集電,是一個(gè)有待突破的問(wèn)題。它涉及道路交流供電、道路建設(shè)、使用和維護(hù)等方面要素。若要達(dá)成此目標(biāo)有賴(lài)于投資方、供電設(shè)備制造安裝使用維護(hù)及具有行駛途中集電功能的車(chē)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(chuàng)新。
非接觸饋電設(shè)備由發(fā)射設(shè)備和饋電設(shè)備等組成,發(fā)射設(shè)備的工作電源是現(xiàn)有道路上的電源,不必再另建供電電源。饋電設(shè)備是在路面或場(chǎng)地按設(shè)計(jì)要求排列成帶狀,供路面上行駛的車(chē)輛集電。饋電設(shè)備的設(shè)計(jì)制造安裝維護(hù)是此技術(shù)成敗的關(guān)鍵和先決條件,它是當(dāng)務(wù)之急。
道路直流供電系統(tǒng)中,動(dòng)力電源供無(wú)軌電車(chē)(有線電車(chē))用電及LED路燈照明、智能交通、治安監(jiān)控等設(shè)備用電。同時(shí)直流接觸網(wǎng)線架空于四五米左右高度,對(duì)于公交車(chē)、廂式貨車(chē)而言是合適的。但對(duì)于轎車(chē)、微型卡車(chē)、微型客車(chē)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(shè)備供電,使之安裝于行駛轎車(chē)、微車(chē)的車(chē)道上,在路面供電和在車(chē)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(tǒng),能為多種車(chē)型、多種車(chē)輛供電,電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)化就有基礎(chǔ)設(shè)施保證了,也使電動(dòng)車(chē)汽車(chē)具有競(jìng)爭(zhēng)力了。電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池的依賴(lài)程度由關(guān)鍵零部件降格為輔助零部件了,由決定要素專(zhuān)為次要因素,使“電池系列問(wèn)題”得到根本解決。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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