姚安平
西安市轨道交通集团运营分公司运营二中心，陕西 西安 710018
摘要：双源电力工程车是一种很有前途且理想的牵引装备，具有很大的市场潜力。本文对双源电力工程车在地铁发展中的应用进行了论述。
关键词：双源电力工程车；内燃机车；锂离子电池
地铁工程车作为车辆段的主要设备，在段内调车、牵引运输、线路维护、救援牵引、设备集成等方面发挥着重要作用。目前，国内各地铁公司主要采用以柴油机为牵引动力的内燃工程车。然而，随着轨道交通行业的技术进步，双源电力工程车作为地铁工程车系列的一个新品种，因其低噪声和零排放等内燃工程车无可比拟的优点，正稳步向产业化方向发展，为用户提供了新的选择。
一、地铁工程车现状
1、工程车种类。地铁工程车包括调机、轨道车、轨道平车、接触网检修作业车、放线车、网轨检测车、钢轨打磨车等。主要用于地铁线路的检测、检修维护、救援及段内调车。按其功能分为调车机车、轨道车、接触网作业车、平板车、检测车、铁轨打磨车、隧道清洗车等其他特种作业车；按动力分为内燃工程车、无动力工程车和电力(蓄电池)工程车等；按传动方式分为液力传动、机械传动、静液压传动及电传动等。除平板车等无动力车外，工程车主要包括发动机、传动系统、车体与车架、走行部、制动系统、电气系统和一些辅助装置等。目前，我国越来越多的城市在建或规划建设轨道交通，已建好和正常运营的地铁线路数量也在突飞猛进。地铁工程车在地铁的建设、运营筹备、试运用和正式运营等各阶段必不可少，地铁工程车也将面临新的选择。
2、工程车作用。地铁工程车可确保地铁车辆的稳定、高效运行，对地铁施工、线路检测和地铁维护等具有重要作用。工程车主要是用于列车牵引、运输、调车、轨道检车和养护、隧道清洁、接触网设备安装与维护等工作，是完成地铁施工作业、各项维护工作重要设备之一，在保障地铁车辆正常运行中发挥了不可替代的作用。
3、工程车动力。在我国，地铁线路的维护基本上采用内燃机车为动力的地铁工程车辆。传统的工程车辆主要采用内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车，其中内燃机大部分为柴油机。燃油在气缸内燃烧，将热能转化为柴油机曲轴输出的机械能，但不直接驱动动轮，而是通过传动装置将其转化为适合机车牵引特性的机械能，然后由走行机构驱动机车动轮在轨道上转动。
4、传统动力的优势。当前，我国地铁工程车辆使用的传统内燃机车仍具有无可比拟的优势。①技术条件成熟，使用稳定，不易发生故障，行车安全性好。②续航力强，不受能耗影响，行使距离无限制。③其应用范围较广，可用于无电气化路段，特别是紧急救援时只要有符合车辆行驶的轨道即可使用。④对使用区域气候环境要求低，类似青藏高原海拔高、气温低、气候环境恶劣，使用内燃机车的优势明显优于电机机车。
5、传统动力的弊端。随着社会的进步和环境污染危机的进一步发展，内燃机车作为一种地铁工程车，其也存在一些缺点。①使用中排放的大量废气直接污染城市空气环境，而且随着柴油机使用年限的增长，其功率也不能得到充分发挥。为提高机车牵引功率，必须加大供油量，使柴油机排放的废气更多、浓度更大，从而加剧了对环境的影响。②工作噪声对轨道线附近居民的生活造成严重影响，尤其在夜间作业时。③在隧道内作业时，柴油机排出的废气难以在隧道内及时扩散，对工作人员及乘客的健康构成威胁。④运行中排放的高温废气容易触发隧道消防系统的错误预警信号。因此，以电力和蓄电池为动力的双源电力工程车取代内燃工程车是地铁未来发展的必然要求。
二、双源电力工程车
1、车辆概述。
双源电动工程车的发展，是因传统的内燃机车不符合社会发展要求而提出的，它在结构和性能上具有明显的优势，能耗和废物产生量符合国家政策和相关标准要求。供电方式由第三轨或接触网与电力蓄电池两种能源混合牵引实现，此供电方式不会产生废气和烟尘，不会对城市环境造成污染，不会对乘客健康带来危害，也不会在地铁隧道内积聚更多热量，有助于减轻地铁各种通风设备和空调的负担。因此，用双源电力机车取代传统内燃机车已成为新时期地铁工程车辆发展的必然趋势。
2、车辆优势。与传统工程车相比，双源电力工程车具有很大的优势。①符合绿色能源的环保理念。机车采用第三轨或接触网和电力蓄电池供电，可有效减少烟尘及废气对城市空气的污染。②高效节能。电能的直接转换具有较高的能量转换效率，减少了隧道内的热量积聚，降低了空调通风设备的热负荷。③工作时噪音很低。采用交流电传动技术，尽可能少地使用通风设备，从而大幅度降低了机车的噪声。④采用微机控制技术。它具有可靠性与可用性高、维护方便、资源需求少、实现低恒速控制、控制精度高等优点。⑤易于维护。采用与地铁车辆相同的技术路线，维护时只需与地铁车辆相同的技术平台，有效简化了维护检修平台和维修模式的管理。
3、车辆缺点。作为一种新应用、新技术，双源电力工程车在发展初期不可避免地会出现一些尚未完全解决的问题。①虽然双源电力工程车是未来发展的必然趋势，但内燃机工程车技术成熟，运行方式稳定。目前，电力机车产品单一，技术要求或条件不明确，如辅助设施、维修场地、备品备件及如何维修保养等都缺乏规范化、系列化和标准化。②在地铁运营中，工程车辆担负着应急救援的任务，这对机动性要求很高。内燃机车只要加油就可使用，非常方便。然而，电力机车在非电气化路段的续航能力有限，它能牵引多大的重量，电力工程车的能力和可靠性如何，以及如何应对抢险与救援等都还不完全明确。因此，双能源工程车使用的技术条件仍需进一步明确和完善。③如何更好地利用双源电力工程车，目前缺乏相关规划设计，比如一条线路适合配置的台数，会导致用户在购买时的困惑。在未来的发展中，配置需求等要形成标准和系列，从而让使用单位在选型时能有据可查。
虽然当前还存在一些不足，但双源电力工程车在地铁中的应用是必然趋势，其使用对地铁行业具有重要意义。随着地铁行业的进一步发展，通过深入的研究和实践，其技术将不断发展并逐步普及。
三、车辆对比
双源电力工程车有两种供电方式，即接触网供电及牵引蓄电池供电，它不仅能在不方便架设接触网的区段从蓄电池中吸取电能运行，而且能在有条件架设供电网的区段从供电网中受电运行，同时，对蓄电池充电以储存能量，使蓄电池始终保持满容量状态。与单纯蓄电池电力牵引机车相比，无需每年频繁更换蓄电池，极大地降低了维护成本，实现高效节能；与单纯架线式电力牵引机车相比，无需额外自备能源，节省一次性投资；与内燃牵引机车相比，具有高效节能、低碳、无污染、绿色环保、低运营成本等更为突出的优点，并具有良好的技术经济性。
四、锂离子电池使用
1、锂离子电池。锂离子电池是一种二次电池(可充电电池)，主要依靠锂离子在正负极间的移动来工作。充放电时，锂离子在两电极间往返嵌入及脱嵌：充电时，锂离子从正极上脱嵌，通过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；在放电的情况下，情况正好相反。电池一般采用含锂元素材料作为电极，是现代高性能电池的代表。
2、锂离子电池相对于传统蓄电池的优点。现有的电化学储能锂离子电池系统采用液体电解质，易泄漏、易腐蚀、使用寿命短，存在安全隐患。此外，对传统的铅酸、镍氢、镍镉电池来说，锂离子电池具有工作电压高、应用温度范围广、自放电率低、环境污染轻等优点，而且锂电池中不含有毒物质，因此被称为“绿色电池”。锂电池具有比能量高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保等特点，其中锰酸锂动力电池及磷酸铁锂动力电池是主要代表。
参考文献：
[1]王丽红.国内地铁双能源电力工程车的应用现状及前景[J].城市轨道交通研究，2014(11).
[2]乔辉.浅谈双源电力工程车在地铁发展中的应用[J].科技创新导报，2017(23).