王小磊：高級工程師，中國土木工程學會城市公共交通分會智庫專家，曾經任重慶市公共交通控股（集團）有限公司電車公司總工程師、BRT公司書記兼副總經理、公交維修公司總經理、恒通客車顧問、吉爾吉斯斯坦共和國史德洲（Шыдыр Жол Кей Джи）有限責任公司總機械師等。

無軌電車的技術創新與生存——無軌電車VS純電動公交車

近聞上海要“優化”無軌電車系統，計劃將現有的12條傳統無軌電車線路削減至6條，擬定削減的無軌電車線路，將由新能源客車（純電動公交車）代替。據說這是基于兩點理由：一是無軌電車技術老舊；二是無軌電車的架空饋線、觸線有礙觀瞻，存在“視覺污染”。對此，筆者就無軌電車與純電動公交車的相關問題作如下探討：

無軌電車作為傳統純電動客車的發展歷史就不在此贅述。無軌電車與純電動公交車同屬電動機驅動的車輛，車輛行駛系統基本上是一樣的，車輛的控制系統的技術路徑也是相同的，而且現代電驅動車輛的種種技術，幾乎都是在無軌電車這種“老舊”的公共交通工具上率先應用，才有了如今純電動公交車，但無軌電車卻依然在技術與與運維成本上保持著優勢。

1.1 整備質量

現代無軌電車使用架空線和少量車載儲能設備（輔助能源：只夠無軌電車行駛約1.5~3km）供電，純電動公交車則完全使用車載儲能設備供電，故相同車廂體積條件下無軌電車至少要比純電動公交車輕2~3T。因此純電動公交車的載客量要比無軌電車少；同時，由于整備質量比無軌電車大許多，其能源消耗、輪胎及行駛系統的磨損都會比無軌電車高。

1.2 節能

無軌電車與純電動公交車都安裝有再生制動，再生制動的意思是車輛制動時，電動機的發電機工況，把車輛的制動能轉變為電能并為車載儲能設備充電。如果制動電流過大，不能通過有效的對儲能設備充電并產生制動扭矩時，純電動公交車則將制動電能通過電渦流剎車或電阻消耗，在此情況下而無軌電車則可以將多余的電能反饋至架空線網，實現資源“共享”，如果在長下坡路段，無軌電車的這種節能效果就純電動公交車要好得多，而且車輛制動時底盤的環境溫度也會比純電動公交車低得多。

1.3 運維成本（￥/公里/人）

目前，純電動公交車在目前國家政策的扶持下，生產商可獲得相當力度的補貼，公交運營商買車也會獲得國家和地區的可觀的福利支持。有了補貼福利，雖然純電動公交車的造價大大高于無軌電車，但是在上述補貼福利的背景下，車輛的售價并不高，生產商還負責儲能設備的免費運維和更新。而無軌電車雖然車輛運維成本不高，但供電系統及接觸線網的運維費用卻拉高了運維成本，目前確實要比純電動公交車要高得多。但是各種補貼和福利卻不是永恒的，與2016年相比純電動公交車的補貼額度就已大幅度下降，從發展趨勢看，取消這些補貼只是早晚的問題，按照目前鋰電池壽命不超過5年計算，如果結合上述的不利因素，沒有了專項補貼的純電動公交車，其綜合運營成本就會大大高于無軌電車。

2. 碳金融

中國作為《聯合國氣候變化框架公約的京都議定書》和《巴黎協定》的締約國，長期致力于用市場的金融杠桿推動企業的CO2減排量工作，2020年9月22日，中國國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。”的提出，在國內國際社會引發關注。

2.1 產品碳足跡(Product Carbon Footprint)

產品碳足跡是指沿著產品的整個壽命周期，包括從原材料的開采、制造、運輸、分銷、使用到最終廢棄階段所產生的溫室氣體排放量，是碳足跡中應用最廣的概念。與純電動公交車相比，無軌電車的碳足跡是非常清晰的，運維中所產生的二氧化碳減排量（CO2（t）/公里/人）計算起來也比較方便。純電動公交車卻因為儲能設備退役后的無害化處理方法不明晰，存在二次污染的嫌疑，產品碳足跡目前尚不能確定，目前溫室氣體排放量計算的方法學純電動公交車還存在較大的爭議。

2.2 碳中和

中國既然承諾在2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后再慢慢減下去。無軌電車清晰的產品碳足跡，可以將無軌電車運維中減少的CO2排放量，通過碳中和（carbon neutrality）放到碳排放權交易市場進行交易。而純電動公交車卻因為產品碳足跡不清晰，因其儲能電池退役的后期處理的碳足跡不清晰，目前尚沒有一個安全可行的工業化處置方案，在溫室氣體排放量計算的方法學確定之前，還不能直接進入到碳排放權交易市場進行交易。

2.3 碳交易

事實上，國內公交企業的碳金融工作起步較早，曾經有重慶、鄭州兩座城市公交企業的減排量經過聯合國氣候變化綱要公約(UNFCCC)執委會的核查，成為繼哥倫比亞首都波哥大之后，第二個通過公共交通減排量在國際市場交易并獲得客觀收入的國家。前不久，全國碳排放權交易市場正式啟動上線交易，成為全球規模最大的碳市場。在此背景下，無軌電車這種純綠色的交通工具，應該借此東風，將運營中減少的CO2減排量投入國內碳交易市場，不但可以通過碳金融獲利，還為早日實現“中國碳達峰、碳中和目標”做出貢獻。

3. 技術創新是生存之道

雖然歐洲、前蘇聯等地的無軌電車至今仍然保留，這是與當地的文化和氣候條件有關的，無軌電車真正要在GDP快速上升的潮流中生存下去，就要通過技術創新來治愈其硬傷。無軌電車的硬傷在于集電桿脫線后，重新再恢復與接觸線的接觸，需要停車搭線，此時可能引起城市道路交通的堵塞。雖然在技術發展的背景下，無軌電車的車輛技術也在不斷的更新，并且造就了如今純電動公交車快速進入，但就整個無軌電車系統而言，供電和集電系統在很大程度上仍然停留在傳統原理上。

3.1 簡化線網

目前鋰電池、超級電容等已成為無軌電車其車載輔助能源的儲能設備，利用車載輔助能源駛過運營線路的彎道、轉盤與立交橋等路段，已經不是什么問題，沒有將這些導致“視覺污染”的線網拆掉，是因為無軌電車脫線運行后，集電桿再搭線時的困難所致。這個問題的根源在集電靴的結構上，集電靴幫兩側與接觸線僅有不到10mm的間隙，集電靴要上升約3米左右的空間與集電頭捕捉器的“M”棚接觸，在空間定位方面有較大的難度?？梢酝ㄟ^技術創新，對線網結構和集電系統進行改造，簡化車與網之間的接觸方式，簡化集電靴與供電網的接觸方式就可以拆除彎道、轉盤與立交橋等路段空中縱橫交錯的線網，而不影響運營及道路交通的秩序。

3.2 拆除不是“視覺污染”的唯一途徑

在道路轉彎和轉盤處架設的無軌電車的架空線網，靠鋼絞線的張力將供電接觸線架設平順，時間長了或季節氣變化，鋼絞線產生塑性變形，線網就下墜，這就是“視覺污染”實實在在的原因，如果疏于維修，還會使無軌電車的集電桿在此處脫線。這個問題可以通過預防性維修來避免。在攻克無軌電車集電方式的難題之后，即可拆掉復雜架設的供電線網，如果用拆除整條運營線路線網來解決“視覺污染”，這解決的成本似乎高得離奇了，當然如果忽略國有資產的保值增值，那就無可厚非了。

3.3 分布式供電

如今，電力電子智能化使無軌電車的牽引整流站已經可以完全滿足無人值守的要求，像路燈變壓器一樣安裝在道路一側的廂式牽引整流站也已經問世，伴隨著城市供電和通信技術的進步，無軌電車實現分布式牽引整流站供電已經不是夢想。采用分布式牽引整流站供電，可以解決集中供電所帶來的線網末端電壓低，并可以大大縮短供電饋線網的長度，當然也大幅度降低了供電系統的基本建設及運維成本。

4. 結語

無軌電車系統的車輛技術在近年來有許多進步，如IGBT、SiC等原件在車輛的控制與調速方面的應用等，代表先進電力電子技術已進入公共交通領域，也正在純電動公交車上推廣開來。事實上，無軌電車與純電動公交車是并不矛盾的兩種交通工具，由于無軌電車的線網和集電技術的更新落后于車輛技術，導致了有關方面對無軌電車的詬病，這是通過技術創新來解決的。如果一定要以拆除線網來消除“視覺污染”，就不是技術與運營成本或城市規劃的問題了。