近几年,在轻轨技术领域一个明显的发展趋势是无接触网系统。超级电容和蓄电池技术发展促进各种无接触网系统方案形成,主要的轻轨车辆制造商大多数都开发了自己的产品,其中许多产品现在正在提供商业化运用。
庞巴迪公司的Primove系统通过地面感应获得电能,采用了在电刷上使用的相同的电能传递原理。安装Primove的轻轨车从埋设在运行轨道下面的电缆获取电力。该电缆形成初级电路部分。这个装置产生一个磁场,通过安装在车辆下面的拾波线圈转变电能。一段短的电缆或一次绕组可以安全地铺设在任何路
面,包括柏油路面、混凝土路面和草皮路面,使车辆就像通过高架供电区段一样获得电能。
1列典型的轻轨车可以在车辆底部安装2个受电器(图1),每个受电器将电能传输到安装在车辆两端车顶上的电能管理和能量储存单元,通过再生制动系统
也可以反馈电能。电能管理装置为牵引电动机提供所需电能。
Primove系统可以为运营车辆提供交流400~600 V或直流750 V电压。牵引供电经轨道旁的逆变器到车辆检测天线环线,逆变器沿着轨道铺设,还有铺设在运行轨之间的9 m长的一次绕组节段(图2、图3)。一次绕组只有车辆从上面通过时才通电。像一次绕组一样,逆变器和供电网可以用任何表面材料覆盖。取决于线路特点,有10%~25%的标准轻轨铁路可以安装轨道旁设备。
该系统充电功率200 kW,可为2个48 kW.h蓄电池充电,其转换效率可达95%。每个蓄电池重约1 t,能够保证满负荷20 s,在正常运营条件下可有10年使用寿命。
该技术允许车辆在动态和静态条件下充电,这意味着安装了Primove系统的车辆在车站停留期间可持续受电,但在运行时比传统电车耗能少。这不可避免地会影响到供电架构,因为采用Primove系统运营的线路所需变电站要少于采用标准接触网的线路。
Primove系统的关键是电能管理。重点在蓄电池和供电基础设施之间获得电能转换。事实上没有电流返回到钢轨也是其一项主要优点。庞巴迪公司2003年开始构思Primove系统,之后为进一步开发时期,包括布伦瑞克大学的加入,2009年在其德国的包岑工厂建立了1 km试验线。在那里30 m长的Flexity轻轨车在6%坡道上试验运行速度达到40 km/h。
接着是试验该车辆运营性能和系统在城市环境中的电磁兼容性。2010年6月,庞巴迪公司开始将Primove系统安装在800 m长的奥格斯堡(Augsburg)3号线到城市展览中心的支线上,该项目与奥格斯堡运输管理局(SAV)合作实施,资金由德国联邦交通、建设和城市发展部(BMVBS)提供。运营试验于2010年9月开始,采用双向运行的Flexity低地板轻轨车,之后批准该系统限制性地载客运营1年。
在系统评估阶段,庞巴迪公司的工程师与外部审核员一起工作,确定Primove系统达到所有适用的电磁兼容标准,包括达到国际非电离辐射防护委员会指南的要求。
庞巴迪公司新的装备Primove系统的轻轨车成本约比标准车辆高10%,进一步的研究目标是在一个寿命周期基础上达到与接触网供电系统相当的运营性能和费用,在一些领域,像节能方面甚至超过接触网电气化系统。因此,重要的是降低Primove的总系统成本,才能有市场竞争力。Primove组件的价格将随其发展不断下降,庞巴迪公司的模拟结果显示了它是一个具有全寿命成本效益的系统。
此外,不美观的接触网立柱的消除,Primove系统还能减少轻轨铁路项目的占地面积。采用Primove的双线线路需要7.05 m宽的通道,而高架接触网供电线路需要7.6 m宽的通道。
Primove为一个完全不需要接触网的系统,还是全天候独立系统,已经证明Primove系统在大雪和沙子覆盖轨道情况下其性能不会受到影响(图4)。
Primove不仅可作为轻轨系统无接触网技术应用,在Lommel的Belgian镇的一段125 m长的公路上铺设了Primove系统,公共汽车和小汽车在进行试验。2012年6月,庞巴迪与布伦瑞克(Braunschweig)交通部发布了一项BMVBS支持的项目,在德国城市1条12 km长的公共汽车线路上试验2辆安装Primove系统的公共汽车。庞巴迪公司还把这项技术扩大到商用车辆上,并正在曼海姆(Mannheim)试验1辆装有为小型公路车辆在其电动交通设施上开发的新型电能接收器的厢式货车。
轻轨系统几乎全部是电气化线路,采用感应技术,扩大Primove系统应用,规模经济和部件的通用化可以有助于使这一**技术进入未来轻轨项目。