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)電互補技術(shù)的推廣程度也在不斷地增大，風(fēng)光互補發(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。風(fēng)電互補發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合了太陽能與風(fēng)能的優(yōu)勢，對這二者進行綜合的利用，從而進一步促進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)電互補發(fā)電系統(tǒng)；高速公路；應(yīng)用

引言

目前，由于風(fēng)電互補技術(shù)的應(yīng)用成本較之前有所減少以及風(fēng)電互補技術(shù)的不斷成熟，致使風(fēng)電互補技術(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立電源系統(tǒng)。風(fēng)電互補發(fā)電系統(tǒng)具備可再生能源、綠色能源、設(shè)備安裝簡單、性價比高以及維護方面等優(yōu)點，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)光互補發(fā)電系統(tǒng)的要點分析

1.1風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)

小型風(fēng)力發(fā)電機組、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)力互補發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)力互補發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是在風(fēng)速達到一定時，風(fēng)力發(fā)電機組開始發(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行充電。風(fēng)力互補發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池組對電能進行存儲及調(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。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)點是穩(wěn)定性強、轉(zhuǎn)換效率高，多晶硅太陽能電池的優(yōu)點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)點主要是生產(chǎn)效率較高且成本較低，但缺點是轉(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

風(fēng)力發(fā)電機是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能的機電裝置。依照風(fēng)力發(fā)電機的形狀和旋轉(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。現(xiàn)階段，我國的風(fēng)力發(fā)電機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)電機能高效率的利用風(fēng)能。H性垂直風(fēng)力發(fā)電機則采用用量新型的材料及結(jié)構(gòu)具備抗風(fēng)能力較強等優(yōu)點，處于推廣應(yīng)用階段。

1.2.3蓄電池組

蓄電池組在風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)中的主要作用是進行能量調(diào)節(jié)及平衡負載，在風(fēng)能、太陽能充足的前提下對負載后多余的電能進行存儲，在風(fēng)能、太陽能較少的情況下輸出自身儲存的電能進行負載。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，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，并且在實現(xiàn)蓄電池的負載供電功能時避免蓄電池出現(xiàn)過放電或過充電現(xiàn)象，進而保護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)光互補供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。

風(fēng)光互補供電系統(tǒng)基本構(gòu)成圖如圖2所示。

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

監(jiān)控、收費、通訊、供配電以及道路照明等系統(tǒng)共同構(gòu)成了高速公路機電系統(tǒng)。為進一步的保障高速公路的正常運行及減少公路上的交通事故，就需要保證高速公路機電系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，也就是必須要保證機電系統(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，很難進行設(shè)備集中，設(shè)備之間間距較遠就容易導(dǎo)致供電系統(tǒng)的負荷中心不突出，從而導(dǎo)致電能損耗較為嚴重。

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

隨著我國國民經(jīng)濟的不斷發(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電設(shè)備的建設(shè)以及對機電設(shè)備的供電系統(tǒng)等都提出了更高的要求。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)具有可移動性強、結(jié)構(gòu)簡單等特點，且風(fēng)光互補發(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行有效地彌補。此外，風(fēng)光互補發(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)光互補發(fā)電技術(shù)的完善，風(fēng)光互補發(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，使得運營成本大大減少，同時也帶來了較好的經(jīng)濟效益及社會效益。實踐表明，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)可以利用風(fēng)能及太陽能的天然互補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)光互補發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，風(fēng)光互補發(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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