近幾年,在輕軌技術領域一個明顯的發展趨勢是無接觸網系統。超級電容和蓄電池技術發展促進各種無接觸網系統方案形成,主要的輕軌車輛制造商大多數都開發了自己的產品,其中許多產品現在正在提供商業化運用。
龐巴迪公司的Primove系統通過地面感應獲得電能,采用了在電刷上使用的相同的電能傳遞原理。安裝Primove的輕軌車從埋設在運行軌道下面的電纜獲取電力。該電纜形成初級電路部分。這個裝置產生一個磁場,通過安裝在車輛下面的拾波線圈轉變電能。一段短的電纜或一次繞組可以安全地鋪設在任何路
面,包括柏油路面、混凝土路面和草皮路面,使車輛就像通過高架供電區段一樣獲得電能。
1列典型的輕軌車可以在車輛底部安裝2個受電器(圖1),每個受電器將電能傳輸到安裝在車輛兩端車頂上的電能管理和能量儲存單元,通過再生制動系統
也可以反饋電能。電能管理裝置為牽引電動機提供所需電能。
Primove系統可以為運營車輛提供交流400~600 V或直流750 V電壓。牽引供電經軌道旁的逆變器到車輛檢測天線環線,逆變器沿著軌道鋪設,還有鋪設在運行軌之間的9 m長的一次繞組節段(圖2、圖3)。一次繞組只有車輛從上面通過時才通電。像一次繞組一樣,逆變器和供電網可以用任何表面材料覆蓋。取決于線路特點,有10%~25%的標準輕軌鐵路可以安裝軌道旁設備。
該系統充電功率200 kW,可為2個48 kW.h蓄電池充電,其轉換效率可達95%。每個蓄電池重約1 t,能夠保證滿負荷20 s,在正常運營條件下可有10年使用壽命。
該技術允許車輛在動態和靜態條件下充電,這意味著安裝了Primove系統的車輛在車站停留期間可持續受電,但在運行時比傳統電車耗能少。這不可避免地會影響到供電架構,因為采用Primove系統運營的線路所需變電站要少于采用標準接觸網的線路。
Primove系統的關鍵是電能管理。重點在蓄電池和供電基礎設施之間獲得電能轉換。事實上沒有電流返回到鋼軌也是其一項主要優點。龐巴迪公司2003年開始構思Primove系統,之后為進一步開發時期,包括布倫瑞克大學的加入,2009年在其德國的包岑工廠建立了1 km試驗線。在那里30 m長的Flexity輕軌車在6%坡道上試驗運行速度達到40 km/h。
接著是試驗該車輛運營性能和系統在城市環境中的電磁兼容性。2010年6月,龐巴迪公司開始將Primove系統安裝在800 m長的奧格斯堡(Augsburg)3號線到城市展覽中心的支線上,該項目與奧格斯堡運輸管理局(SAV)合作實施,資金由德國聯邦交通、建設和城市發展部(BMVBS)提供。運營試驗于2010年9月開始,采用雙向運行的Flexity低地板輕軌車,之后批準該系統限制性地載客運營1年。
在系統評估階段,龐巴迪公司的工程師與外部審核員一起工作,確定Primove系統達到所有適用的電磁兼容標準,包括達到國際非電離輻射防護委員會指南的要求。
龐巴迪公司新的裝備Primove系統的輕軌車成本約比標準車輛高10%,進一步的研究目標是在一個壽命周期基礎上達到與接觸網供電系統相當的運營性能和費用,在一些領域,像節能方面甚至超過接觸網電氣化系統。因此,重要的是降低Primove的總系統成本,才能有市場競爭力。Primove組件的價格將隨其發展不斷下降,龐巴迪公司的模擬結果顯示了它是一個具有全壽命成本效益的系統。
此外,不美觀的接觸網立柱的消除,Primove系統還能減少輕軌鐵路項目的占地面積。采用Primove的雙線線路需要7.05 m寬的通道,而高架接觸網供電線路需要7.6 m寬的通道。
Primove為一個完全不需要接觸網的系統,還是全天候獨立系統,已經證明Primove系統在大雪和沙子覆蓋軌道情況下其性能不會受到影響(圖4)。
Primove不僅可作為輕軌系統無接觸網技術應用,在Lommel的Belgian鎮的一段125 m長的公路上鋪設了Primove系統,公共汽車和小汽車在進行試驗。2012年6月,龐巴迪與布倫瑞克(Braunschweig)交通部發布了一項BMVBS支持的項目,在德國城市1條12 km長的公共汽車線路上試驗2輛安裝Primove系統的公共汽車。龐巴迪公司還把這項技術擴大到商用車輛上,并正在曼海姆(Mannheim)試驗1輛裝有為小型公路車輛在其電動交通設施上開發的新型電能接收器的廂式貨車。
輕軌系統幾乎全部是電氣化線路,采用感應技術,擴大Primove系統應用,規模經濟和部件的通用化可以有助于使這一**技術進入未來輕軌項目。