風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用研究

王昱婷 楊熹

摘 要：現(xiàn)階段，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在離網(wǎng)型中小功率中風(fēng)電互補(bǔ)技術(shù)的推廣程度也在不斷地增大，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也越來越廣。近些年，隨著我國高速公路的建設(shè)，我國高速公路的道路服務(wù)水平及公路里程也在不斷地提升，同時也對高速公路沿線設(shè)備及供電系統(tǒng)等提出了更高的要求，所以高速公路沿線的供電系統(tǒng)朝向新型供電方式方向邁進(jìn)。風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合了太陽能與風(fēng)能的優(yōu)勢，對這二者進(jìn)行綜合的利用，從而進(jìn)一步促進(jìn)了高速公路供電系統(tǒng)走向新型能源系統(tǒng)。本文則主要探討了風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在高速公路中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；高速公路；應(yīng)用

引言

目前，由于風(fēng)電互補(bǔ)技術(shù)的應(yīng)用成本較之前有所減少以及風(fēng)電互補(bǔ)技術(shù)的不斷成熟，致使風(fēng)電互補(bǔ)技術(shù)在離網(wǎng)型中小功率的供電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍在不斷地增加。風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用主要是因為太陽能及風(fēng)能之間的天然互補(bǔ)優(yōu)勢，使得該系統(tǒng)成為有著資源條件較好及能源匹配度較高的獨(dú)立電源系統(tǒng)。風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具備可再生能源、綠色能源、設(shè)備安裝簡單、性價比高以及維護(hù)方面等優(yōu)點(diǎn)，使得其在電纜價格上升的今天具備了更大的競爭優(yōu)勢，在高速公路中的推廣程度也在大范圍的增加。

1風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的要點(diǎn)分析

1.1風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能跟蹤控制器、系統(tǒng)控制器、光伏電池陣列及蓄電池組等構(gòu)成了風(fēng)力互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)力互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是在風(fēng)速達(dá)到一定時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始發(fā)電，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，為了解決由于風(fēng)速不穩(wěn)定而產(chǎn)生的交流電壓不穩(wěn)定，在風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)置整流器，將轉(zhuǎn)化的電能通過整流之后對蓄電池組進(jìn)行充電。若干塊太陽能電池板通過串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成了風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的光伏電池陣列，光伏電池陣列將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并可以直接向蓄電池組進(jìn)行充電。風(fēng)力互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池組對電能進(jìn)行存儲及調(diào)節(jié)，保持該系統(tǒng)的供電電壓穩(wěn)定。

1.2系統(tǒng)構(gòu)成部分的主要介紹

1.2.1太陽能光伏電池板

太陽能光伏電池板是通過利用光電轉(zhuǎn)化的原理將太陽光通過某種物質(zhì)轉(zhuǎn)換為電能的器件，這種太陽能轉(zhuǎn)換為電能的過程被稱為“光伏效應(yīng)”，在此過程中，衡量太陽能電池的好壞主要是依據(jù)轉(zhuǎn)換率這一指標(biāo)。在太陽能電池材料中晶體硅的地位十分的重要，以它為原料制成了單晶硅、多晶硅及非晶硅等多種太陽能電池，單晶硅太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性強(qiáng)、轉(zhuǎn)換效率高，多晶硅太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)是相對于單晶硅太陽能電池性價比相對較高，非晶硅太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)主要是生產(chǎn)效率較高且成本較低，但缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化效率衰減快且轉(zhuǎn)化效率較低等。

1.2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)電裝置。依照風(fēng)力發(fā)電機(jī)的形狀和旋轉(zhuǎn)軸的方向?qū)⑵浞譃樗郊按怪眱煞N軸式轉(zhuǎn)子。水平軸式轉(zhuǎn)子按照頁數(shù)可分為單頁、雙葉或多葉型水平軸式轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)動軸與風(fēng)向平行，按照風(fēng)向可以將其分為順風(fēng)型及逆風(fēng)型，且其風(fēng)力輪頁的位置會依據(jù)風(fēng)向的變化而調(diào)整。垂直軸式轉(zhuǎn)子依照形狀可以將其分為打蛋型轉(zhuǎn)子及桶形轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向垂直?，F(xiàn)階段，我國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是采用水平軸的三葉片式上風(fēng)向的水平軸式轉(zhuǎn)子，主要是因為這種類型的發(fā)電機(jī)能高效率的利用風(fēng)能。H性垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)則采用用量新型的材料及結(jié)構(gòu)具備抗風(fēng)能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，處于推廣應(yīng)用階段。

1.2.3蓄電池組

蓄電池組在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的主要作用是進(jìn)行能量調(diào)節(jié)及平衡負(fù)載，在風(fēng)能、太陽能充足的前提下對負(fù)載后多余的電能進(jìn)行存儲，在風(fēng)能、太陽能較少的情況下輸出自身儲存的電能進(jìn)行負(fù)載。鎘鎳電池、鉛蓄電池及鋰離子電池等都是常用的蓄電池。因為鉛酸蓄電池具有化學(xué)能及電能的轉(zhuǎn)化效率較高且容量較大、可充放電的循環(huán)此處較多、防酸、耐腐蝕等特點(diǎn)，所以膠體密封的鉛酸蓄電池在該系統(tǒng)十分受歡迎。

1.2.4充放電控制器

充放電控制器在整個的風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)著始終重要的地位，它是系統(tǒng)管理和組織的核心所在。充放電控制器主要是通過對風(fēng)力發(fā)電機(jī)及太陽能電池陣列的控制使的蓄電池組的充電電流和充電電壓最優(yōu)化，并且在實(shí)現(xiàn)蓄電池的負(fù)載供電功能時避免蓄電池出現(xiàn)過放電或過充電現(xiàn)象，進(jìn)而保護(hù)蓄電池延長其使用壽命。

1.2.5逆變器

逆變器主要指針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)及太陽能電池直接輸出直流電壓這一問題而形成的，由于高速公路沿線使用的設(shè)備大都是利用交流電，所以由風(fēng)力發(fā)電機(jī)及太陽能電池產(chǎn)生的直流電需要經(jīng)過逆變器將其自身轉(zhuǎn)換為交流電，以供用電設(shè)備的使用。

風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。

風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)基本構(gòu)成圖如圖2所示。

2風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用

監(jiān)控、收費(fèi)、通訊、供配電以及道路照明等系統(tǒng)共同構(gòu)成了高速公路機(jī)電系統(tǒng)。為進(jìn)一步的保障高速公路的正常運(yùn)行及減少公路上的交通事故，就需要保證高速公路機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是必須要保證機(jī)電系統(tǒng)的電力供應(yīng)。

2.1高速公路用電設(shè)備的供電現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，傳統(tǒng)的供電方式仍舊是高速公路用電設(shè)備的主要電力供應(yīng)方式，這種供電方式主要是將系統(tǒng)中的用電負(fù)荷中心設(shè)置變配電設(shè)施，利用電纜來傳輸電能，之后再利用變壓器將電能轉(zhuǎn)化為供設(shè)備使用的低壓電。這種傳統(tǒng)的供電方式的使用前提是要盡可能的集中用電設(shè)備，但對于高速公路沿線的道路照明等設(shè)施來說，很難進(jìn)行設(shè)備集中，設(shè)備之間間距較遠(yuǎn)就容易導(dǎo)致供電系統(tǒng)的負(fù)荷中心不突出，從而導(dǎo)致電能損耗較為嚴(yán)重。

2.2風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用前景

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國道路的交通量也在不斷地增加，這就對道路沿線的機(jī)電設(shè)備的建設(shè)以及對機(jī)電設(shè)備的供電系統(tǒng)等都提出了更高的要求。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有可移動性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，且風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)受地形、距離的影響較小，對傳統(tǒng)供電方式的不足能進(jìn)行有效地彌補(bǔ)。此外，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)能提供穩(wěn)定連續(xù)的電流輸出，保證用電設(shè)備的連續(xù)用電。隨著風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)的完善，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用前景將會更好。

3結(jié)語

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有效合理的使用了新型清潔能源——風(fēng)能、太陽能，不僅節(jié)約了大量的常規(guī)能源，使得運(yùn)營成本大大減少，同時也帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。實(shí)踐表明，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以利用風(fēng)能及太陽能的天然互補(bǔ)特性對高速公路沿線的用電設(shè)備提供較為穩(wěn)定的電力供應(yīng)，并且該系統(tǒng)也可以依據(jù)設(shè)備的實(shí)際用電符合情況和資源條件來合理有效地配置系統(tǒng)的容量，這就在保證系統(tǒng)供電可靠性的同時降低了發(fā)電系統(tǒng)的造價。隨著風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用前景也將更為廣闊。

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