中國工程院院士劉友梅解讀儲(chǔ)能式輕軌發(fā)展

　　全長7.7公里苗傅、正在建設(shè)中的廣州市海珠環(huán)島（萬勝圍廣州塔段）是世界上首條擬投入商業(yè)運(yùn)營的儲(chǔ)能式輕軌線倡挚，計(jì)劃于2014年全線運(yùn)行情庐。而2012年8月在湖南株洲成功下線的世界首列儲(chǔ)能式輕軌原型列車行拢，將成為這條輕軌線的運(yùn)營列車竿奏。
　　采用超級電容作為主動(dòng)力，融合了無電網(wǎng)運(yùn)行脂桂、制動(dòng)即充電等多種創(chuàng)新成果的儲(chǔ)能式輕軌原型列車成功下線的消息一經(jīng)傳出蜘把，便吸引了國內(nèi)眾多城市運(yùn)營者的關(guān)注癌雷，最終由廣州市政府拔得頭籌，并于去年年底與中國南車(601766,股吧)株洲電力機(jī)車有限公司（下稱南車株機(jī)）成功簽約衅滞。
　　“儲(chǔ)能式輕軌”在如此短的時(shí)間內(nèi)何以一炮而紅魄仙？其理念和技術(shù)的發(fā)展究竟有何淵源，切合了何種需求抓惫？未來又有多大的發(fā)展空間水惑？《中國科學(xué)報(bào)》記者近日前往株洲，專訪了該型車的總設(shè)計(jì)師氛赞、南車株機(jī)專家委員會(huì)主任再拴、中國工程院院士劉友梅。
軌道交通迎來綠色挑戰(zhàn)
　　在現(xiàn)代軌道交通發(fā)展史上赔癌，“高速”和“重載”已成為反映當(dāng)今技術(shù)的兩大標(biāo)志诞外，無論是運(yùn)行速度還是載重量的提升澜沟，均取得了巨大成功。但是峡谊，問題也隨之而來茫虽。
　　“首先，如果速度再往上提高既们，很可能出現(xiàn)新的安全隱患濒析；其次，必然產(chǎn)生大量的能耗和噪聲污染啥纸『判樱”劉友梅表示，借助高速斯棒、重載技術(shù)拉動(dòng)軌道交通發(fā)展的空間盾致，絕不是無限的，而應(yīng)有一個(gè)最佳值荣暮。
　　眾所周知庭惜，鐵路是耗能大戶，高速時(shí)代更是如此嗡窑。據(jù)估算武廣高鐵的人均單程耗電量約為45度電籽钝，全年運(yùn)行總電費(fèi)高達(dá)5億元，相當(dāng)于5公里高鐵線路的建設(shè)投資夭蹦。
　　此外航赦，在列車運(yùn)行過程中，有大量的能量被完全浪費(fèi)庐丁。任何一輛列車在減速停車時(shí)仓煌，都有大量的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能直接消耗掉這部分能量如能有效收集起來，其利用潛力無疑將相當(dāng)可觀榨凭。
　　劉友梅認(rèn)為熔徊，現(xiàn)代軌道交通借助于高速和重載技術(shù)的進(jìn)步，已完成自身這一輪的技術(shù)演化郑迅。在新的歷史條件下朽晓，全球面臨能源危機(jī)和可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，未來的發(fā)展趨勢一是“綠色”令聂，二是“智能”方仿。
　　儲(chǔ)能式輕軌正是在這樣的理念下應(yīng)運(yùn)而生⊥臭妫“我們研發(fā)儲(chǔ)能式軌道交通的目的仙蚜，就是力爭實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)利用、高效利用的雙重目標(biāo)厂汗∥郏”劉友梅告訴記者呜师。
　　作為一位工程專家，劉友梅篤信技術(shù)和工程的“進(jìn)化論”贾节。在他看來汁汗，技術(shù)進(jìn)化的驅(qū)動(dòng)力，首先來自于自然和社會(huì)的需求栗涂，其次得有相應(yīng)的技術(shù)條件和平臺(tái)知牌。而儲(chǔ)能器件的發(fā)展，正為新一輪的技術(shù)進(jìn)化創(chuàng)造了條件斤程。
列車儲(chǔ)能技術(shù)“進(jìn)化論”
　　“儲(chǔ)能式輕軌”這個(gè)詞是劉友梅發(fā)明的角寸。之所以叫“儲(chǔ)能式”，是為了區(qū)別于傳統(tǒng)的“受電式”忿墅，即能量不再主要依賴外部電網(wǎng)窗蠕，而是存儲(chǔ)于列車自身。
　　劉友梅介紹在摔，已有的儲(chǔ)能技術(shù)有三種：一種是以飛輪為主的機(jī)械儲(chǔ)能；一種是以蓄電池為主的化學(xué)儲(chǔ)能亥矿；另一種則是以超級電容為代表的物理儲(chǔ)能唤吐。
　　實(shí)際上，儲(chǔ)能技術(shù)及其代表的綠色理念運(yùn)用于軌道交通并非自超級電容始锨飞〗胗祝“從蒸汽牽引、內(nèi)燃牽引徘敦，到電力牽引翅殃，由于避免了對一次能源的直接消耗，可稱作第一次進(jìn)化虾钾。從機(jī)械制動(dòng)到電氣制動(dòng)臊娩，則是第二次進(jìn)化⊥改郏”劉友梅說框全。
　　在電力牽引時(shí)代，盡管能源已經(jīng)可以二次使用干签，但采用傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)方式并不能減少能量的浪費(fèi)津辩。電氣制動(dòng)在一定程度上解決了這個(gè)問題：利用電力牽引的優(yōu)勢，將制動(dòng)時(shí)消耗的動(dòng)能用來發(fā)電容劳，送到電網(wǎng)喘沿，從而實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。盡管如此竭贩，仍然存在大量的能量消耗蚜印。
　　“對于返回的能量莺禁，現(xiàn)有電網(wǎng)是有條件接受的，最多只能回收40%左右的能量晒哄≌鲈祝”劉友梅解釋，由于制動(dòng)時(shí)回收的電能只能在回收瞬間進(jìn)行利用寝凌，無法真正儲(chǔ)存柒傻，還是得利用機(jī)械制動(dòng)作補(bǔ)充，“60%左右的制動(dòng)動(dòng)能被白白浪費(fèi)掉了”央颈。
　　至于化學(xué)儲(chǔ)能藻清，因其功率密度小、能量密度大械耙，屬慢充慢放型诗差，難以吸收列車制動(dòng)時(shí)在瞬間產(chǎn)生的巨大能量，通常只能用于汽車和摩托車袖蝙。
　　超級電容儲(chǔ)能器件的問世為儲(chǔ)能技術(shù)的第三次進(jìn)化帶來了曙光搪狈，其最大的特點(diǎn)是功率密度大，充放電不是按分鐘計(jì)羊耸，而是按秒計(jì)延幻，甚至可以吸收毫秒級的瞬間能量。
　　“過去提高能量回收效率葵伟，能提高一兩個(gè)百分點(diǎn)已很不容易×制罚現(xiàn)在不只是一兩個(gè)百分點(diǎn)的問題了。根據(jù)我們目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果夕谬，已經(jīng)可以收回85%以上的動(dòng)能增队。”劉友梅表示哲银。
城際軌道交通新工具
　　技術(shù)的發(fā)展往往與器件有關(guān)扛吞。在劉友梅看來，正是由于超級電容這種新儲(chǔ)能器件的出現(xiàn)荆责，現(xiàn)在才有條件開創(chuàng)儲(chǔ)能式輕軌這種全新的交通方式喻粹。
　　將超級電容運(yùn)用于列車的大膽想法，最早來自于劉友梅和某華裔外籍專家在一次交談中迸發(fā)的靈感草巡。當(dāng)時(shí)守呜，這位外籍專家正向中方介紹超級電容儲(chǔ)能在港口起重機(jī)上的應(yīng)用案例。劉友梅很快聯(lián)想到他的本行山憨，“既然吊裝集裝箱時(shí)消耗的勢能可以轉(zhuǎn)存儲(chǔ)化查乒，列車制動(dòng)時(shí)消耗的動(dòng)能為什么不可以？”
　　經(jīng)過一番調(diào)查，劉友梅了解到玛迄，大功率超級電容儲(chǔ)能技術(shù)在國外某些特定領(lǐng)域已有應(yīng)用由境，比如賽車和坦克。但并非用于能量回收蓖议，而是用于在特定條件下進(jìn)行能量補(bǔ)給虏杰。比如遇到?jīng)_鋒時(shí)，光靠柴油機(jī)的功率遠(yuǎn)不夠供應(yīng)突發(fā)式前進(jìn)的能量毁几，但如果將超級電容日常儲(chǔ)備的能量加上撕擂，坦克就能在沖鋒瞬間蹭地一下沖上去。
　　超級電容的這一優(yōu)勢剛好可以滿足城際軌道交通的需求不僅可使列車在進(jìn)站土曜猓靠時(shí)的30秒鐘內(nèi)充完電泉蠢，制動(dòng)時(shí)的充電速度更可達(dá)毫秒級在南車株機(jī)2012年8月研制出的原型車上，這一要求已經(jīng)實(shí)現(xiàn)育床。
　　不過诡语，劉友梅并不認(rèn)為儲(chǔ)能技術(shù)可以擴(kuò)大到所有軌道交通領(lǐng)域。他向記者表示松浆，以當(dāng)前的技術(shù)條件窑竖，儲(chǔ)能式交通的應(yīng)用須滿足三種情形：一是中小型列車，二是輕軌車和電車旧晴，三是城市軌道交通奠拢。
　　“比如汽車，充電后只跑上幾公里肯定不行歌淹，用在長途大運(yùn)量的鐵路干線上也不現(xiàn)實(shí)。以目前的技術(shù)條件黎炉，用于城市枝秤、近郊、衛(wèi)星城和城市群之間的軌道交通則完全可以慷嗜〉淼”劉友梅認(rèn)為，這種有站點(diǎn)庆械、有規(guī)律薇溃、站間距不太遠(yuǎn)的城際輕軌，是目前最適宜儲(chǔ)能式軌道交通發(fā)展的領(lǐng)域在高速鐵路逐漸支撐起干線大動(dòng)脈的同時(shí)缭乘，如何解決各區(qū)域城市圈的交通難題沐序？儲(chǔ)能式輕軌可謂正當(dāng)其時(shí)。
　　“我相信堕绩，儲(chǔ)能技術(shù)還會(huì)繼續(xù)發(fā)展策幼。”劉友梅表示，隨著相應(yīng)工程技術(shù)的演化特姐，儲(chǔ)能式軌道交通在未來的應(yīng)用領(lǐng)域也許有可能進(jìn)一步擴(kuò)大晶丘，但“綠色”的理念和趨勢是不會(huì)變的。
　　“儲(chǔ)能技術(shù)演化的根本目標(biāo)裁鸦，一定是促進(jìn)能量的循環(huán)和高效利用象体。”他再次強(qiáng)調(diào)肮脱。

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