譚遠林，李 純

（南京鐵道職業(yè)技術學院，江蘇 南京210015）

風力發(fā)電是對太陽能的一種合理利用與開發(fā)，符合新時代人們對于新能源開發(fā)的條件，是一種清潔的、易得的、可持續(xù)的新型能源。隨著我國風力發(fā)電技術的不斷完善，使得風電行業(yè)也進入了高速發(fā)展的階段，風力發(fā)電技術更具規(guī)?；陀行Щ?，風力發(fā)電過程中不需要燃料也沒有輻射，更不會產(chǎn)生空氣污染，是一種清潔能源，因此將風力發(fā)電技術與列車輔助供電系統(tǒng)相結合，對于節(jié)約資源環(huán)境保護有著十分顯著的意義。

目前鐵路客車的輔助供電系統(tǒng)均由DC600V逆變器實現(xiàn)，若將風力發(fā)電應用于鐵道車輛，需要考慮供電容量、風力發(fā)電設備尺寸及安裝、電力輸送方案等技術要點。

1 鐵路客車風力發(fā)電機設計

1.1 邊界設計

鐵路限界是保障鐵路安全行車的基本保證之一，如圖1所示，而且在全國范圍都有著統(tǒng)一的標準。鐵路限界保證了鐵路車輛能在全國范圍內(nèi)的安全通行，杜絕了因為機車、車輛外形尺寸設計不當、貨物過限等各種原因造成車輛逼停進而導致經(jīng)濟損失。

圖1 機車車輛限界

影響風力發(fā)電設備運轉效率的因素主要有風速、風能、扇葉尺寸等，當鐵路客車時速可達120km及以上時，其所能產(chǎn)生的風能是極為豐富的。但由于機車車輛限界的存在，風力發(fā)電裝置中風機扇葉的大小半徑也有著一定的范圍，若扇葉過小則會導致產(chǎn)生的電能不足。

而在機車限界與建筑限界之間存在著保護區(qū)間的關系，就使得風機扇葉尺寸半徑必須保持在350mm以內(nèi)。

1.2 主要技術指標

風力發(fā)電裝置是利用風能來帶動風力發(fā)電機工作而產(chǎn)生電能，風能主要與風速、風所流經(jīng)的面積、空氣密度三個因素有關，其關系如下：

或者也可以簡單的寫成：

式中：ρ為空氣密度，kg/m3；V為風速，m/s；t為時間，s；s為截面面積，m2。

由以上公式可以得出：

（1）風能的值與風速的立方成正比。

（2）風能的值與風所流經(jīng)的面積成正比。對于風力發(fā)電機來說，風能與風力發(fā)電機的風輪旋轉時的掃掠面積成正比。由于通常用風輪直徑作為風力發(fā)電機的主要參數(shù)，所以風能大小與風輪直徑的平方成正比。

（3）風能的值與空氣密度成正比。

通過以上計算，得出表1中鐵路客車風力發(fā)電設備的發(fā)電量。

表1 不同條件下風電發(fā)電量

1.3 供電電路設計

在設計該設備供電電路時（見圖2），有以下幾點需要特別說明：

圖2 供電電路示意圖

（1）風力雖然易得但是卻不穩(wěn)定，導致所得電流也不穩(wěn)定，因此就需要通過整流裝置、A/D轉換裝置、變頻器等等，將電流和電壓整合成穩(wěn)定輸入系統(tǒng)。

（2）在輸入蓄電池前，加裝萬能選擇開關，在正常情況下，向蓄電池充電（主路），若是蓄電池故障則由人為選擇開啟另一路（輔路）。在蓄電池后可以裝有監(jiān)測裝置，若蓄電池發(fā)生故障，無法正常工作報警，由工作人員確定后開啟。

（3）為提高可靠性，在蓄電池后設置線圈，該線圈控制輔路上的開關，其作用是線圈得電，開關斷開；線圈失電，開關閉合。

3 結論

該風力發(fā)電設備所產(chǎn)生電能的主要用途是進行輔助供電以及向蓄電池充電。

（1）輔助供電：由于列車運行中，各項功能的正常工作，相互配合，保證了列車的安全運行。因此，在列車上有著各式各樣的安全監(jiān)測系統(tǒng)以及顯示燈，還有各級儀器儀表的顯示器、軟臥車廂的床頭燈、廁所有無人顯示燈等等，由風力發(fā)電為其進行輔助供電。

（2）蓄電池充電：風力發(fā)電的電能大部分向蓄電池充電。在列車上蓄電池的作用是十分重要的，因為是作為應急電源使用的。并且應急電源有著一定的使用時間，采用風電后，大大提高了續(xù)航能力，而且風電能夠應用于各種環(huán)境以及天氣，可靠性高。為事故搶險帶來了更多的保障，具有更高的經(jīng)濟效益和實用性。

（3）直接作為應急電源使用：設置特殊的轉換開關，在列車車載蓄電池故障后，可以直接向應急設備、照明系統(tǒng)與安全監(jiān)測系統(tǒng)供電，保證列車電器設備在某些突發(fā)意外情況下可以正常工作一段時間，使得列車可以前進一段距離，運行至安全區(qū)段，保障列車安全，確保鐵路線路暢通，減少經(jīng)濟損失。

風力發(fā)電作為一種新型的發(fā)電形式，它符合可持續(xù)發(fā)展的目標，對于節(jié)約資源環(huán)境保護有著十分顯著的意義。同時鐵路行業(yè)在我國具有十分重要的意義，已經(jīng)成為當今時代中國的代表，將風力發(fā)電技術帶入鐵路行業(yè)，是將多元化科技帶入，為其注入科技的血液，二者的結合具有可觀的經(jīng)濟價值。