胡明浩 劉洋 董斌鑫 孫少錚 梁垚

摘 要：城市中車流量的增加帶來了道路上噪聲的巨增。指示牌、測速儀。紅綠燈等道路輔助設備對于電量的要求比較低，噪聲產(chǎn)生的電能可以為此類設備進行供電?？陀^上，噪聲產(chǎn)生的電能隨車流量的影響較大，所以借助風能、太陽能輔助供電。我們要以噪聲發(fā)電為主體，建設現(xiàn)代城市道路綜合發(fā)電系統(tǒng)。

關鍵詞：噪聲發(fā)電；隔音墻；城市快速路

隨著社會的繁雜，越來越離不開能源。中國傳動的燒煤供能帶來了嚴重的大氣污染，開發(fā)新能源，特別是以風能、太陽能、溫差能為代表的可再生能源成為重要的研究課題。噪聲作為一種機械波，蘊含著可被人們所利用的能源。

1 現(xiàn)狀分析

據(jù)統(tǒng)計據(jù)統(tǒng)計鄭州市7個中心城區(qū)晝間道路交通噪音等效聲級加權平均值69.4dB為道路交通噪聲強度等級為二級。干道晝間等效聲級最高值為77.7dB。由此可見噪音對我們生活有很大影響?？梢园l(fā)現(xiàn)當噪聲沖擊隔音屏時，會讓隔音屏產(chǎn)生輕微的振動，并產(chǎn)生危害性更大的次聲波，最后能夠轉化為動能。這種動能可以推動后續(xù)的電機運動產(chǎn)生電能。噪聲的發(fā)電裝置可以與隔音屏連接在一起，更好的收集噪音能，為道路的基本的LED指示燈供電。

2 隔音墻方案設計

2.1 機械部分

傳統(tǒng)的公路聲屏障其由金屬百葉或者金屬篩網(wǎng)孔構成，大多數(shù)的聲屏障都選用吸聲和隔聲混合型，對道路噪聲的產(chǎn)生和傳遞特征有針對性地控制，如汽車與道路摩擦聲或機車與軌道摩擦聲在道路下部，聲音有通過屏體上部繞射的特征，所以在設計上采用上下吸聲，中間隔聲的結構，這樣可以有效地減弱噪聲的繞射；聲屏障的中間使用透明的反射型隔聲板，能有效地中斷聲波的傳播途徑；同時也為司機和居民提供一個開闊的視野環(huán)境。

2.1.1 噪音發(fā)電部分

聲音發(fā)電有電磁式和壓電式兩種。電磁式基于法拉第電磁感應原理，噪聲帶動導體線圈運動切割磁感線，產(chǎn)生感應電流。壓電式基于壓電材料，當噪聲壓力導致壓電材料發(fā)生形變時，材料兩極會產(chǎn)生電勢差。壓電轉換的優(yōu)點在于結構簡單、無電磁干擾、加工制作容易，同時占用面積小、集成化程度高。綜合來看，壓電式能量收集選用壓電多晶陶瓷材料。該設計從技術上可以實現(xiàn)噪聲能量的收集、轉化、利用功能。缺點在于轉換效率低，對于強度較低的噪聲能量收集能力較低。所以，在壓電陶瓷發(fā)電片外需要將能量放大，同時又不能將聲音擴散出去，所以采用亥姆霍茲共鳴腔結構，該結構將環(huán)境噪聲收集。

2.1.2 風力發(fā)電部分

本設計采用圓筒形風力發(fā)電裝置，裝置上下有兩個風力發(fā)電機，中間由帶有燃氣輪機渦輪降低三套發(fā)電裝置連接同一套蓄形葉片運動進而切割磁感線進行發(fā)電，公路上汽車產(chǎn)生的風主要分布在車身高度位置，所以我們將風力發(fā)電裝置布置在離地一米左右的位置，最大可能地收集風能。并且考慮到隔音屏障的實用性，風力發(fā)電裝置間隔稍大，中間采透明板材連接，防止阻礙司機的視線以及阻止噪音的通過。

2.1.3 太陽能發(fā)電部分

利用太陽能發(fā)電有兩大類型，一類是太陽光發(fā)電（亦稱太陽能光發(fā)電），另一類是太陽熱發(fā)電（亦稱太陽能熱發(fā)電）。光伏發(fā)電是利用太陽能級半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發(fā)電方式，是當今太陽光發(fā)電的主流，我們就采用普通的光伏太陽能發(fā)電板，降低成本。將太陽能電池板安裝于隔音帶的上方，合理傾斜一定角度，同時還可為下方的噪音發(fā)電、風力發(fā)電裝置“遮風擋雨”，還可將電子電路做在電池板的下方，方便固定同時起到保護作用。

2.2 控制部分

系統(tǒng)工作原理采用太陽能發(fā)電、壓電式發(fā)電、電磁切割式發(fā)電等產(chǎn)生的電能通常是毫安、毫伏級的，我們要做的就是對這種電能進行存儲，該方案可在不借助外部電源對系統(tǒng)供電的前提下，將這種微弱電能兩級增強放大后通過調制電路使系統(tǒng)輸出端達到4.2V、355mA穩(wěn)定的電能，實現(xiàn)向蓄電池充電。系統(tǒng)由輸入端輸入微弱電能，利用儲能電感儲能密度大的特點，可使電流強度迅速提高10倍以上，電能也隨之增加，完成第一階段的中間儲能；利用超級電容高功率密度的特性，將儲能線圈放出的電能暫時存儲在超級電容組，進行電能逐步積聚，完成第二階段中間，儲存在電容里，當電容的電能達到一定值時，采用PWM調制電路對電容進行電能穩(wěn)定釋放，最后進通過充電電路將電能最終存儲在蓄電池中。

2.3 電能質量監(jiān)控

基于物聯(lián)網(wǎng)的電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，實時采集微電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)微電網(wǎng)內設備狀態(tài)和電能質量實時監(jiān)控，異常數(shù)據(jù)現(xiàn)地決策。通過網(wǎng)頁和移動APP，可以實現(xiàn)人機交互的功能。網(wǎng)頁方面，接收Web服務器的數(shù)據(jù)，將發(fā)電的實時信息顯示在網(wǎng)頁上，并要將電壓信息用曲線圖的方式實時畫在網(wǎng)頁上。使用Android客戶端把服務器電壓、電流等微電網(wǎng)信息即時進行顯示，出現(xiàn)問題即可進行及時警報。

3 方案評價

將城市交通中的噪聲污染消除，并進行轉化，使其變廢為寶，用于交通基礎設施的供電，有利于建設智慧城市；將多種自然界的能量匯集在一起，形成綜合發(fā)電體系。傳統(tǒng)的發(fā)電裝置基本是單獨一種能源，會因為不同時間、不同地點的差異而影響整體的發(fā)電效果。本設計綜合了各種清潔能源的優(yōu)點，將能源產(chǎn)生時間，地點進行互補，確保確保交通用電的穩(wěn)定。

參考文獻

[1]韓旭.淺析噪聲發(fā)電[J].應用能源技術，2014（5）14-16.

[2]荀華，宋長忠，韓建春.噪聲發(fā)電研究的展望[J].能源與環(huán)境，2010（1）7-8.