在德國，鐵路作為非常環(huán)保的公共交通工具為氣候保護(hù)做出了重大貢獻(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)氣候保護(hù)的目標(biāo)，德國鐵路股份公司（DB）計(jì)劃在2038年之前將牽引電力中的綠色電力占比提高到100%，并推動(dòng)替代牽引器（替代內(nèi)燃牽引）在非電氣線路上的使用。通過推廣接觸網(wǎng) - 蓄電池混合動(dòng)力列車（以下簡(jiǎn)稱“電池動(dòng)力列車”）及其所需基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的創(chuàng)新解決方案，鐵路領(lǐng)域的二氧化碳（CO2）排放量將繼續(xù)大幅減少。而此類基礎(chǔ)設(shè)施的建造和應(yīng)用必須依據(jù)適當(dāng)?shù)姆煞诸悺?/p>

1 研究背景

德國聯(lián)邦政府在鐵路運(yùn)輸方面的目標(biāo)是進(jìn)一步提高德國鐵路線路網(wǎng)絡(luò)的電氣化水平，以減少內(nèi)燃牽引所占的份額及其帶來的CO2排放。目前，DB下屬線路網(wǎng)絡(luò)子公司（DB Netz AG）所擁有的33000km線路網(wǎng)絡(luò)中有60%實(shí)現(xiàn)了電氣化。根據(jù)2018年3月簽署的聯(lián)盟協(xié)議，德國聯(lián)邦政府已承諾至2025年將德國鐵路線路網(wǎng)絡(luò)的電氣化水平提高到70%。

此目標(biāo)可通過2種方法實(shí)現(xiàn)：①實(shí)現(xiàn)線路的完全電氣化;②在非電氣化或部分電氣化線路上使用更多有替代牽引器的列車。目前，替代動(dòng)力列車是鐵路區(qū)域客運(yùn)領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)，因?yàn)樵谠擃I(lǐng)域，內(nèi)燃牽引仍然占有超過1/3的份額。各鐵路區(qū)域客運(yùn)公司正在進(jìn)行或準(zhǔn)備替代動(dòng)力列車的招標(biāo)，以備未來之需。

對(duì)于即將在線路網(wǎng)絡(luò)上投入使用的電池動(dòng)力列車，DB Netz AG也應(yīng)對(duì)其所需的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行可靠的法律分類。而接觸網(wǎng)充電島設(shè)施作為此類列車通過接觸網(wǎng)取電的必要供電設(shè)施，也應(yīng)包括在現(xiàn)有法律框架中，以保證其法律確定性，從而促進(jìn)這種創(chuàng)新車輛技術(shù)的推廣。

2 電池動(dòng)力列車供電設(shè)施

電池動(dòng)力列車是具有電氣牽引系統(tǒng)和蓄電池的軌道車輛，無CO2排放，是內(nèi)燃牽引列車的替代方案。目前，多家制造商正在對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。電池動(dòng)力列車的設(shè)計(jì)理念是通過受電弓從接觸網(wǎng)中獲取所需的電流，為列車提供動(dòng)力以及為蓄電池充電，因此該列車可以在配備15kV16.7Hz接觸網(wǎng)的現(xiàn)有線路上行駛。通過受電弓為蓄電池充電，不受列車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，在列車行駛和停止時(shí)都可進(jìn)行。用于充電和牽引的電能可通過列車上已有的測(cè)量設(shè)備（如牽引電能測(cè)量記錄儀，TEMA-Box）進(jìn)行記錄。

在德國，由DB下屬能源子公司（DB Energie GmbH）的牽引供電網(wǎng)負(fù)責(zé)為電動(dòng)列車供電。牽引供電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在為電氣化鐵路供電時(shí)，16.7 Hz牽引電流饋電可分為以下3種主要形式。

（1）由牽引發(fā)電所饋電。這些發(fā)電所生產(chǎn)電能并將其直接饋入DB Energie GmbH的110 kV 16.7 Hz牽引供電網(wǎng)。

（2）由中央變流站/變電所饋電。該設(shè)施將來自上游公共配電網(wǎng)的50 Hz電流轉(zhuǎn)換為16.7 Hz牽引電流，并將其饋入110 kV 16.7 Hz牽引供電網(wǎng)。

（3）由分散式變流站/變電所饋電。該設(shè)施將來自上游公共配電網(wǎng)的50 Hz電流轉(zhuǎn)換為16.7 Hz牽引電流，并將其饋入15 kV 16.7 Hz接觸網(wǎng)系統(tǒng)。

DB Energie GmbH全長約7800 km（德國境內(nèi)）的110 kV 16.7 Hz牽引供電網(wǎng)將牽引電流從各種電源（發(fā)電廠、變流站等）處輸送到各個(gè)配電站，而配電站負(fù)責(zé)將牽引供電網(wǎng)的高壓轉(zhuǎn)換為接觸網(wǎng)系統(tǒng)的中壓，以使電動(dòng)列車可通過受電弓獲得所需的牽引電流。

110 kV 16.7 Hz牽引供電網(wǎng)由總控制站監(jiān)視和控制。15 kV 16.7 Hz接觸網(wǎng)系統(tǒng)分為7個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都由DB Energie GmbH在不同地區(qū)的集中控制所監(jiān)視和控制。

牽引供電網(wǎng)運(yùn)營商負(fù)責(zé)為終端用戶和電力供應(yīng)商接入電網(wǎng)辦理各種業(yè)務(wù)流程，包括與各個(gè)商業(yè)合作伙伴（終端用戶、電力供應(yīng)商、服務(wù)商和其他電網(wǎng)運(yùn)營商）進(jìn)行營銷溝通，處理電力供應(yīng)商變更流程，平衡電能用量，以及計(jì)算電網(wǎng)使用費(fèi)用。這些業(yè)務(wù)流程基本上與50Hz公共配電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定一致，但也有一些特殊之處，以滿足鐵路交通的特定需求。鐵路交通電力供應(yīng)有2個(gè)特點(diǎn)，具體如下。

（1）電網(wǎng)連接的計(jì)費(fèi)點(diǎn)和取電點(diǎn)是動(dòng)車單元，而電力供應(yīng)的計(jì)費(fèi)點(diǎn)則為虛擬取電點(diǎn)（將鐵路運(yùn)輸公司的多個(gè)動(dòng)車單元組合在一起）。通過這種方式，可在遵守各鐵路運(yùn)輸公司供電協(xié)議的同時(shí)，反映鐵路行業(yè)中常見的短期動(dòng)車變更。而在50 Hz公共配電網(wǎng)中，用于電網(wǎng)連接與電力供應(yīng)的計(jì)費(fèi)點(diǎn)是重合的。由于動(dòng)車單元是能源行業(yè)中特殊的移動(dòng)用戶，可以在牽引供電網(wǎng)內(nèi)自由移動(dòng)，因此，牽引供電網(wǎng)運(yùn)營商也需要界定動(dòng)車單元在其電網(wǎng)范圍內(nèi)部和外部（尤其是國外）的電能消耗。

（2）可由分散式變流站/變電所供電。例如，德國東北部接觸網(wǎng)區(qū)段由連接各地區(qū)50 Hz公共配電網(wǎng)的變流站和變電站供電，用電情況由牽引供電網(wǎng)接入模型（未與鐵路供電輸電線網(wǎng)直接鏈接）檢測(cè)和記錄。由于鐵路運(yùn)輸公司在分散式牽引供電網(wǎng)區(qū)域中的業(yè)務(wù)與在其他區(qū)域中相同，可采用統(tǒng)一的電網(wǎng)接入模型，因此不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)列車運(yùn)行沒有影響，整個(gè)線路網(wǎng)絡(luò)中的所有牽引供電設(shè)施對(duì)于鐵路運(yùn)輸公司來說都是連續(xù)可用的。所有鐵路運(yùn)輸公司均可使用DB Netz AG的線路網(wǎng)絡(luò)和DB Energie GmbH的牽引供電網(wǎng)。

電池動(dòng)力列車通常能夠在配備15 kV 16.7 Hz接觸網(wǎng)的電氣化線路網(wǎng)絡(luò)之外運(yùn)行，因?yàn)樵谶@些區(qū)段列車可由蓄電池供電。如果線路的非電氣化區(qū)段過長，列車無法在蓄電池不充電的情況下安全通過，則必須為蓄電池充電。為此，可以設(shè)置接觸網(wǎng)充電島設(shè)施，或者在車站中及車站之間的某些線路區(qū)段裝配接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)及其供電設(shè)施的技術(shù)設(shè)計(jì)必須符合DB法規(guī)。借助這些設(shè)施，可以在列車行駛和停止時(shí)給蓄電池充電。接觸網(wǎng)充電島設(shè)施可以安裝在車站外的某些線路區(qū)段。該設(shè)施與DB Netz AG線路網(wǎng)絡(luò)中其他區(qū)域裝配的接觸網(wǎng)具有相同的技術(shù)和操作要求。

電池動(dòng)力列車的電能只能由《互操作性技術(shù)規(guī)范》（TSI）允許的牽引供電系統(tǒng)提供，即15kV16.7Hz或者25kV50Hz系統(tǒng)。對(duì)于上述2種系統(tǒng)的選擇取決于車輛的需要。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)當(dāng)前的電池動(dòng)力列車?yán)砟?，需要使用現(xiàn)有的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，因此應(yīng)配備適用于15kV16.7Hz系統(tǒng)的車輛。而使用25kV50Hz系統(tǒng)意味著該線路允許多電流制車輛行駛。

電池動(dòng)力列車牽引供電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通過接觸網(wǎng)充電島設(shè)施為電池動(dòng)力列車供電也是通過分散式變流站或變電站實(shí)現(xiàn)的。上述設(shè)施將來自上游公共配電網(wǎng)的三相50Hz電流轉(zhuǎn)換為15kV16.7Hz或25kV50Hz的單相牽引電流。與一般變流站或變電站的區(qū)別在于，其輸出功率通常較低（每個(gè)模塊2.5MVA，可級(jí)聯(lián)至最高5MVA）。與現(xiàn)有的接觸網(wǎng)系統(tǒng)一樣，接觸網(wǎng)充電島設(shè)施也是由DBEnergieGmbH的地區(qū)集中控制所控制和監(jiān)測(cè)。

3 接觸網(wǎng)充電島設(shè)施的法律分類

以下框架條件對(duì)于接觸網(wǎng)充電島設(shè)施的法律分類特別重要。

（1）通過受電弓從接觸網(wǎng)受流，為列車蓄電池充電。

（2）應(yīng)根據(jù)線路拓?fù)?，在完全電氣化線路、即將實(shí)現(xiàn)電氣化的線路區(qū)段和將要新裝接觸網(wǎng)設(shè)施的車站，利用接觸網(wǎng)，在列車駛?cè)?、駛出或者停車時(shí)為蓄電池充電。

（3）應(yīng)使用車輛現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備對(duì)充電獲得的電能進(jìn)行測(cè)量和記錄。

（4）各鐵路運(yùn)輸公司可以自由選擇為蓄電池充電的電力供應(yīng)商。

3.1 法律分類依據(jù)

對(duì)接觸網(wǎng)充電島設(shè)施進(jìn)行法律分類必須基于適用的鐵路法規(guī)框架。電氣化線路上的現(xiàn)有接觸網(wǎng)系統(tǒng)無疑應(yīng)歸類為基于線路的牽引供電設(shè)施。各鐵路線路運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)《德國普通鐵路法》第4章第7條的規(guī)定配備此類設(shè)施。對(duì)于此類設(shè)施的使用和計(jì)費(fèi)應(yīng)遵守《德國鐵路管制法》的規(guī)定。但問題在于，這些法律要求是否同樣適用于接觸網(wǎng)充電島設(shè)施，或者其分類方式是否可以不同。

由于《德國普通鐵路法》和《德國鐵路管制法》中對(duì)于上述框架條件的規(guī)定是以“基于線路”為前提，因此必須評(píng)估接觸網(wǎng)充電島設(shè)施是否同樣符合法律所要求的“基于線路”的條件，以確定能否將其分類為基于線路的牽引供電設(shè)施。那么，首先應(yīng)該界定 “基于線路”的含義，確定立法者在引入“基于線路”的概念時(shí)打算劃定什么界限，以及其他牽引供電設(shè)施指什么。因?yàn)椴淮嬖谄渌峁恳娏鞯幕A(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，本文認(rèn)為其他牽引供電設(shè)施即為接觸網(wǎng)系統(tǒng)上游的電氣工程系統(tǒng)。鐵路法規(guī)通過引入“基于線路”的概念將接觸網(wǎng)系統(tǒng)和接觸軌與其他牽引供電系統(tǒng)區(qū)分開，并規(guī)定這2個(gè)系統(tǒng)由鐵路線路運(yùn)營商運(yùn)營;而對(duì)于其他牽引供電系統(tǒng)，法規(guī)沒有明確規(guī)定，可以由鐵路基礎(chǔ)設(shè)施公司運(yùn)營。相關(guān)法律材料也證明了這一點(diǎn)?！兜聡胀ㄨF路法》第4章第3條中規(guī)定：“基于線路的牽引供電設(shè)施應(yīng)由鐵路線路運(yùn)營商運(yùn)營，包括接觸網(wǎng)和接觸軌。電氣化所需的所有其他系統(tǒng)（如發(fā)電所、鐵路供電輸電線、變電所，以及從發(fā)電所到接觸網(wǎng)或接觸軌的導(dǎo)線）均不屬于上述設(shè)施?！?/p>

此外，法律還規(guī)定，基于線路的牽引供電設(shè)施包括線路上各區(qū)段的所有牽引供電設(shè)施，當(dāng)然也包括相對(duì)較短的接觸網(wǎng)區(qū)段。由于接觸網(wǎng)充電島設(shè)施除線路跨接段的長度之外，具有與傳統(tǒng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)基本相同的技術(shù)設(shè)計(jì)，因此也應(yīng)包含在“基于線路的牽引供電設(shè)施”這一概念中。雖然電池動(dòng)力列車裝配有蓄電池，但是蓄電池中存儲(chǔ)的電能也是用于牽引列車，因此對(duì)上述結(jié)論無影響。

對(duì)接觸網(wǎng)充電島設(shè)施進(jìn)行法律分類時(shí)，鐵路車輛在使用接觸網(wǎng)時(shí)的狀態(tài)（停止或行駛）并不重要。沒有法條表明該設(shè)施的法律分類取決于使用方式，即法律未規(guī)定“基于線路”需要車輛移動(dòng)。若根據(jù)使用方式分類，當(dāng)接觸網(wǎng)在停車信號(hào)機(jī)區(qū)域內(nèi)時(shí)，電動(dòng)列車如果駛過相關(guān)的線路區(qū)段，則必須將此接觸網(wǎng)分類為基于線路的牽引供電設(shè)施;相反，電動(dòng)列車若在停車信號(hào)機(jī)前停止，則上述分類不成立。這一示例清楚地表明，如果根據(jù)使用時(shí)列車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（行駛或停止）來分類，則很大程度上取決于巧合，因此不可取。

3.2 分類后優(yōu)點(diǎn)

將接觸網(wǎng)充電島設(shè)施歸類為基于線路的牽引供電設(shè)施有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）可以全面且充分地將責(zé)任分配給鐵路線路運(yùn)營商，從而保障鐵路的安全運(yùn)營。此外，這意味著適用于電動(dòng)列車運(yùn)營商的牽引供電網(wǎng)接入規(guī)則和業(yè)務(wù)流程對(duì)于接觸網(wǎng)充電島設(shè)施也同樣適用。

（2）可以根據(jù)牽引供電網(wǎng)接入模型中已創(chuàng)建的的業(yè)務(wù)流程，無差別地向接觸網(wǎng)充電島設(shè)施供電，無論其連接的是110 kV牽引供電網(wǎng)，還是50 Hz公共配電網(wǎng)。在這2種情況下，都將按照統(tǒng)一的法律規(guī)定準(zhǔn)許相關(guān)鐵路運(yùn)輸公司使用電網(wǎng)。

（3）可以完全避免在接觸網(wǎng)充電島設(shè)施上購買牽引電流需遵循不同法規(guī)和業(yè)務(wù)流程的現(xiàn)狀。統(tǒng)一分類前，由于作為使用者的鐵路運(yùn)輸公司難以對(duì)各種接觸網(wǎng)充電島設(shè)施進(jìn)行一致的分類，因此不得不在使用方式和使用費(fèi)方面遵循不同的業(yè)務(wù)流程;分類后，所獲得的牽引電流也可以由車輛上安裝的測(cè)量設(shè)備記錄，并且通過牽引供電網(wǎng)接入模型來計(jì)費(fèi)。供電時(shí)，可遵循電力供應(yīng)商的供電協(xié)議執(zhí)行。由于通過接觸網(wǎng)充電島設(shè)施購買電力不會(huì)對(duì)供電協(xié)議產(chǎn)生影響，因此電力供應(yīng)商也可以使用上述業(yè)務(wù)流程。

4 結(jié)語

根據(jù)相關(guān)法律，應(yīng)將接觸網(wǎng)充電島設(shè)施分類為基于線路的牽引供電設(shè)施，與現(xiàn)有接觸網(wǎng)的分類相同。這種分類要求鐵路線路運(yùn)營商對(duì)接觸網(wǎng)充電島設(shè)施承擔(dān)全面的責(zé)任，其中包括供電和監(jiān)控。

另外，這種分類使?fàn)恳╇娋W(wǎng)接入流程可適用于接觸網(wǎng)充電島設(shè)施，且無需另外制定業(yè)務(wù)流程。這意味著鐵路運(yùn)輸公司與牽引供電網(wǎng)運(yùn)營商之間的入網(wǎng)規(guī)定可以同時(shí)適用于安裝或未安裝蓄電池的牽引車輛。無論是在接觸網(wǎng)充電島設(shè)施上還是在現(xiàn)有接觸網(wǎng)上購買電力，每次牽引電流供應(yīng)均可按照統(tǒng)一流程進(jìn)行辦理。

為了讓鐵路運(yùn)輸公司能夠自由選擇電力供應(yīng)商，牽引供電網(wǎng)運(yùn)營商建立了自動(dòng)化的業(yè)務(wù)流程。當(dāng)使用接觸網(wǎng)充電島設(shè)施時(shí)，鐵路運(yùn)輸公司能夠靈活地選用各種牽引車輛。在現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，可根據(jù)鐵路運(yùn)輸公司實(shí)際使用的牽引車輛數(shù)量確定該公司的牽引能耗。

參考文獻(xiàn)

[1]Stefan el-Barudi， Marcus Kliefoth， Florian Baentsch. Stromversorgung von Batteriezügen mittels Oberleitung[J]. Eisenbahntechnische Rundschau，2019（10）：56-62.

蘇靖棋 編譯

收稿日期 2020-01-06