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      新型風(fēng)能發(fā)電柵欄供電系統(tǒng)

      2021-03-30 18:24:21張立翔夏倩邱漢林鄭元豪占宇航
      科技風(fēng) 2021年8期
      關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電柵欄風(fēng)速

      張立翔 夏倩 邱漢林 鄭元豪 占宇航

      摘 要:柵欄作為一種常見(jiàn)的道路分隔標(biāo)志,起到了分隔道路的作用。道路風(fēng)能為馬路上飛馳而過(guò)的車流帶來(lái)的壓強(qiáng)差。依據(jù)上海風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有限公司的CFD模擬數(shù)據(jù),垂直風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用率不低于水平軸。立式發(fā)電機(jī)解決了水平風(fēng)機(jī)風(fēng)向變化造成的“風(fēng)損”。另外,立式風(fēng)力機(jī)可以接受來(lái)自各個(gè)方向的風(fēng),沒(méi)有必要進(jìn)行各個(gè)方向的調(diào)節(jié),對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了極大地簡(jiǎn)化。這樣,柵欄與風(fēng)能的結(jié)合應(yīng)運(yùn)而生。

      關(guān)鍵詞:風(fēng)速;垂直式;風(fēng)力發(fā)電;柵欄

      1 緒論

      目前,市面上所有的各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電的動(dòng)力來(lái)源都是自然風(fēng),所以安裝發(fā)電機(jī)的選址都要選在風(fēng)速大的地方,并且現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電需要大量土地新建風(fēng)力發(fā)電廠,才可以生產(chǎn)比較多的能源。而且由于風(fēng)的不穩(wěn)定性,所以發(fā)電量也不穩(wěn)定。現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)還影響到了生態(tài)環(huán)境,風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中葉片的速度非常快,很容易撞到鳥類,而且風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪音也非常大。而這種多功能柵欄中的垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將車的動(dòng)能過(guò)程中產(chǎn)生的風(fēng)能加以利用,所以柵欄中的發(fā)電機(jī)不僅能用自然風(fēng)也可以利用汽車帶來(lái)的氣流,這就優(yōu)于目前所出現(xiàn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。而柵欄上安裝的垂直發(fā)電機(jī)占用空間小,也不會(huì)產(chǎn)生很大的噪音,對(duì)各種動(dòng)物都沒(méi)有危害,所以對(duì)生態(tài)環(huán)境沒(méi)有什么影響,這也優(yōu)于目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

      現(xiàn)存柵欄主要用途:

      (1)阻攔功能。柵欄要有一個(gè)規(guī)范值的高度,一定規(guī)范值在垂直柵欄上的排列密度,還要應(yīng)當(dāng)有抵抗一定破壞的強(qiáng)度。

      (2)美觀功能。因?yàn)闁艡谟胁煌男螤羁梢泽w現(xiàn)不同的姿態(tài),還有不同的材料、大小等,都可打造出不同的柵欄來(lái)起到一定的美觀作用。

      (3)警示功能。通過(guò)安裝,柵欄上的輪廓要簡(jiǎn)潔明了,并提醒駕駛員注意柵欄的存在,注意行人和非機(jī)動(dòng)車,防止交通事故的發(fā)生。

      (4)分隔功能。道路柵欄將機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人的交通分隔開來(lái),并在路段上縱向分隔道路,使機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人能夠分道行駛,提高了道路交通安全,改善了交通秩序。

      目前市面上的柵欄就是阻隔、分隔、警示、美觀這四個(gè)功能,公路上的柵欄阻隔機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車道的區(qū)域,限制車輛的胡亂行駛,讓行車更有規(guī)律,使得交通更加的順暢和安全。柵欄不僅有阻隔和限制的功能,風(fēng)能發(fā)電柵欄系統(tǒng)上加裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī),使得柵欄有了發(fā)電功能。發(fā)電機(jī)獲得的電能也有許多的用途,例如路燈供電,并且設(shè)置了充電樁,充電樁可以給各種電動(dòng)車輛充電。

      2 新型風(fēng)能發(fā)電柵欄設(shè)計(jì)

      一種具有風(fēng)力充電功能的交通柵欄由供電、電路和用電三大模塊組成。所述的供電模塊主要是指在在柵欄上所加裝得小型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)。所述的電路模塊主要是指穩(wěn)壓器。同時(shí)將多個(gè)垂直發(fā)電機(jī)和穩(wěn)壓器通過(guò)并聯(lián)進(jìn)行連接,穩(wěn)壓器可以將不連續(xù)的電力以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳來(lái)的相似的直流電變成較為穩(wěn)定的交流電,然后存儲(chǔ)在與柵欄相匹配的供電模塊中的電池內(nèi)。所述的供電模塊主要是指需要在柵欄旁設(shè)置為各種電動(dòng)車輛供能的充電柱。當(dāng)有電動(dòng)車輛需要充電時(shí)供電模塊就將其儲(chǔ)存下來(lái)的電能釋放出來(lái)。另外,供電柱儲(chǔ)存起來(lái)的電能還可以為路面上的路燈供電。

      2.1 產(chǎn)品組成構(gòu)件

      其結(jié)構(gòu)主要由欄桿、攔柱(空心金屬柱)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(帶扇葉嵌于空心金屬柱)按柵欄形態(tài)組合而成。立柱式(高速及兩旁):立柱間距400cm,其中穿插6(5—7)個(gè)扇葉;柵欄最高處為150cm(150—160);扇葉長(zhǎng)度100cm(90—110),直徑35cm(35—40);扇葉材料高強(qiáng)度塑料或鋁合金;上間距10cm;下間距25—30cm(放發(fā)電機(jī));空心金屬柱20×15cm,厚3—4mm;材料:鋁合金或不銹鋼。

      2.2 設(shè)計(jì)原理

      根據(jù)上海風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有限公司的CFD模擬數(shù)據(jù),垂直風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用率不低于水平軸。國(guó)外一些機(jī)構(gòu)通過(guò)試驗(yàn)證明風(fēng)力機(jī)的垂直利用率比40%以上。而且,在實(shí)際環(huán)境中,風(fēng)向經(jīng)常發(fā)生變化,水平風(fēng)機(jī)的迎風(fēng)側(cè)不能始終迎風(fēng),這將導(dǎo)致“風(fēng)損”,而立式風(fēng)機(jī)則不存在這一問(wèn)題。因此,在考慮風(fēng)能損失后,立式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能利用率可以超過(guò)臥式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。另外,立式風(fēng)力機(jī)無(wú)需方向調(diào)節(jié)裝置,就可以接受來(lái)自各個(gè)方向的風(fēng),大大簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。同時(shí),使外觀更加簡(jiǎn)潔、輕盈。立式發(fā)電機(jī)可安裝在風(fēng)輪下部或地面上,便于安裝、日常維護(hù)和維修。當(dāng)汽車通過(guò)柵欄上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的兩側(cè)時(shí),即可產(chǎn)生兩側(cè)相反的分?jǐn)?shù),這樣可以大大提高垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的利用率從而為供電模塊提供更多的電能。

      2.3 使用模式

      (1)每400cm加設(shè)扇葉,在車流量于風(fēng)速組合35.5m/s峰值區(qū)間內(nèi)相差不大處設(shè)該系統(tǒng)。

      (2)全天全路段范圍工作,將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的產(chǎn)電合理儲(chǔ)存、釋放。

      2.4 設(shè)計(jì)圖

      3 新型風(fēng)能發(fā)電技術(shù)

      3.1 技術(shù)方案

      本供電系統(tǒng)通過(guò)汽車經(jīng)過(guò)欄桿,和帶動(dòng)欄桿上風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電,欄桿上的發(fā)電機(jī)由串聯(lián)組成,并將電通過(guò)穩(wěn)壓器儲(chǔ)存到我們的蓄電池中,再由我們的蓄電池傳輸給穩(wěn)壓器,再有穩(wěn)壓器將儲(chǔ)存的電源分配給路燈以及充電柱等供電單元,至此完成整套,系統(tǒng)流程。

      3.2 特點(diǎn)

      (1)清潔,環(huán)境效益好。該系統(tǒng)通過(guò)垂直式風(fēng)力發(fā)電機(jī),形成持續(xù)電流,最終匯總到若干個(gè)變壓儲(chǔ)蓄站,以供給路燈等公用設(shè)備以及民用充電站點(diǎn),全程幾乎為零的損耗,并且沒(méi)有污染物的排放。

      (2)可再生,永不枯竭。通過(guò)該系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間維護(hù),預(yù)計(jì)會(huì)有幾十年的時(shí)間通過(guò)該系統(tǒng)產(chǎn)生大量的電能,并且會(huì)根據(jù)不同的風(fēng)速(以車流風(fēng)速為主)。

      (3)基建周期短。該柵欄系統(tǒng)中欄桿、攔柱預(yù)制的生產(chǎn)周期較為短,占用征地時(shí)間短,體系構(gòu)造完成時(shí)間短。

      (4)裝機(jī)規(guī)模靈活。該柵欄系統(tǒng)完全為預(yù)制欄桿、攔柱、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等幾個(gè)模塊,其組裝搭建的時(shí)間極端,完全不影響道路的正常通行。

      (5)適用性。通過(guò)風(fēng)力發(fā)電和交通系統(tǒng)的有效組合,不僅極大地提高了電力生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量,還極大地方便了機(jī)動(dòng)的用電,實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的交通機(jī)制。

      3.3 功能

      除柵欄應(yīng)有的美觀、阻攔、警示分隔功能外,該系統(tǒng)可以通過(guò)柵欄在極限車流風(fēng)速左右排布,極大地提高了風(fēng)力發(fā)電效率,可有效地為道路設(shè)施供電(主要為柵欄),還可以通過(guò)該系統(tǒng)的產(chǎn)電儲(chǔ)備能量,以供流動(dòng)用電單位使用。

      4 新型風(fēng)能發(fā)電柵欄效益

      能源是人類社會(huì)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,能源消耗也日益增加,環(huán)境問(wèn)題逐漸成為輿論關(guān)注的焦點(diǎn)。風(fēng)能作為一種清潔、綠色的可再生能源,越來(lái)越受到各國(guó)的重視,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到了迅速發(fā)展。其中一個(gè)原因是結(jié)構(gòu)不合理、效率低,因此設(shè)計(jì)一種高效的垂直軸風(fēng)力機(jī)迫在眉睫。

      (1)國(guó)家政策效益?!笆濉逼陂g,風(fēng)電發(fā)展仍傾向于南北線發(fā)展。整個(gè)“十三五”期間,三北地區(qū)向中部和東南部地區(qū)的風(fēng)電發(fā)展基本上是一半或六到四個(gè),沒(méi)有顯著差異?!笆濉逼陂g,“三北”工程依托特高壓配套工程和綜合能源基地工程,形成規(guī)模效益。

      (2)能源價(jià)格差效益。該新型風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)用,可以形成后期零成本(不包含維護(hù))循環(huán)盈利,從電能的獲取到利用,取代普通的大規(guī)?;鹆ιa(chǎn)電,就可以以純利潤(rùn)的形態(tài)儲(chǔ)蓄并投放到對(duì)應(yīng)市場(chǎng)。

      (3)“柵欄”效益??梢酝耆〈缆窎艡诘纳a(chǎn)商,將我們的風(fēng)力發(fā)電作為“芯片”,將柵欄的零部件生產(chǎn)以及整體組裝效益最大化。

      (4)生態(tài)效益。該新型發(fā)電柵欄系統(tǒng)零損耗、無(wú)污染、無(wú)噪音,真正做到了用綠色的方法生產(chǎn)綠色。

      5 結(jié)語(yǔ)

      在不久的將來(lái),柵欄上的風(fēng)力發(fā)電將由風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng),不會(huì)造成任何污染。未來(lái),柵欄上的風(fēng)力發(fā)電將由多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)多功能柵欄將風(fēng)力發(fā)電與高速公路柵欄結(jié)合起來(lái),使柵欄具有新的作用。風(fēng)力發(fā)電裝置不占用其他用地,沿途將安裝充電樁,行人的手機(jī)或電動(dòng)車可以充電。這使得普通的柵欄起到了越來(lái)越重要的作用,人們用電越來(lái)越多,因此需要風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源。多功能柵欄的設(shè)計(jì)使柵欄發(fā)揮了最大的作用,為人類提供了更多的能源。電作為人類的基本需求,已經(jīng)與人類生活密不可分。多功能柵欄將生活中普通柵欄和風(fēng)力發(fā)電結(jié)合起來(lái),使風(fēng)力發(fā)電更加普及,使柵欄具有更多的功能。

      參考文獻(xiàn):

      [1]張達(dá)響.小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究應(yīng)用[D].南昌大學(xué),2012.

      [2]周小兵,尋覓,高遠(yuǎn).風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控與運(yùn)維一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息,2020(30):22-23+25.

      作者簡(jiǎn)介:張立翔(2000— ),男,漢族,河北邢臺(tái)人,本科,研究方向:風(fēng)能發(fā)電與道路柵欄結(jié)合科技。

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