一种位于中央分隔带的分布式能源自洽系统及安装方法

1.本发明属于公路能源设施技术领域，具体涉及一种位于中央分隔带的分布式能源自洽系统及安装方法。


背景技术：

2.交通运输是国民经济发展命脉，高速公路建设已遍布我国各地地区，然而某些高速公路所在地区覆盖电网较弱，处于末端或无电区域，电网覆盖率低，用电成本高，采用电网供电无法满足高速公路供能的低碳化发展，因此，亟需新型高速公路能源供给模式，我国存在较多风光资源丰富的高自然禀赋地区，在高速公路路域范围内存在丰富的太阳能、风能，尤其是高速公路中央分隔带位置，除了具有较多的太阳能、自然风能外，因其与高速行驶车辆最为接近，来往行驶车辆产生的气流风能具有广大的利用潜力。
3.目前，在高速公路能源自洽利用方面，对于高速公路上风光资源利用仅仅是将简易的光伏发电板和风力发电机安装于公路沿线，并未结合公路用能特征进行系统配置；高速公路中央分隔带仅设置灌木植被用以防止对向车辆的眩光影响，大量中央分隔带面积被闲置，未得到充分利用。因此，利用中央分隔带进行分布式能源自洽系统建设具有重要意义。
4.申请公布号为cn108258979a的中国专利公开了一种高速公路中央分隔带太阳能、风能发电机组，通过风叶、太阳能电池板及发电机配合发电。但其不足之处在于，无法进行储能且不能实现能源自洽。申请公告号 cn102044882a的中国专利公开了高速公路隔离带风光并网发电系统，利用太阳能电池组件和风力发电机分别将光能和风转化成电能。但其不足之处在于，该系统装置较为简单，未能实现独立微网运行。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种位于中央分隔带的分布式能源自洽系统及安装方法，可充分利用高速公路中央分隔带的太阳能、自然风能和行驶车辆产生的气流风，实现高速公路能源自洽保障，可广泛安装于缺电少电地区的高速公路中央分隔带位置。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
7.一种位于中央分隔带的分布式能源自洽系统，包括：
8.摇摆光伏防眩板模块，所述摇摆光伏防眩板模块设置在中央分隔带，用于防止对向车辆眩光，以及将太阳能和行驶车辆气流风能转化为电能；
9.护栏立柱模块，所述护栏立柱模块位于中央分隔带两侧，用于支撑护栏，以及将行驶车辆气流风能转化为电能；
10.储电控制模块，所述储电控制模块分布于中央分隔带上，用于储所述摇摆光伏防眩板模块和所述护栏立柱模块产生的电能，以及向用能端供电。
11.进一步地，所述摇摆光伏防眩板模块包括防眩板、光伏发电板、摇摆杆、防眩立柱、
转动轴、弹性件和压电陶瓷换能器，所述防眩立柱固定在中央分隔带，所述弹性件水平连接在所述防眩立柱内，所述弹性件的两端均连接有所述压电陶瓷换能器，所述摇摆杆与所述防眩立柱通过所述转动轴连接，所述摇摆杆的底部与所述弹性件连接，所述摇摆杆的顶部与所述防眩板的底部连接，所述光伏发电板水平固定在所述防眩板顶部，所述光伏发电板和所述压电陶瓷换能器均与所述储电控制模块电连接。
12.进一步地，所述摇摆光伏防眩板模块还包括防眩立柱蓄电池，所述防眩立柱蓄电池安装在所述防眩立柱底部，所述防眩立柱蓄电池与所述光伏发电板、所述压电陶瓷换能器和所述储电控制模块电连接。
13.进一步地，所述弹性件为高弹弹簧，所述压电陶瓷换能器为锆钛酸铅压电陶瓷换能器。
14.进一步地，所述光伏发电板采用单晶硅电池组件或多晶硅太阳能电池组件。
15.进一步地，所述护栏立柱模块包括风力叶片、垂直轴、风力发电机和护栏立柱，所述护栏立柱固定在中央分隔带两侧，所述风力发电机设置在所述护栏立柱内，所述垂直轴与所述风力发电机的转子连接，所述风力叶片转动设置在所述护栏立柱上，且与所述垂直轴固定连接，所述风力发电机的输出端与所述储电控制模块电连接。
16.进一步地，所述护栏立柱模块还包括警示灯，所述警示灯设置在所述垂直轴的顶部，所述警示灯与所述风力发电机的输出端电连接。
17.进一步地，所述护栏立柱模块还包括护栏立柱蓄电池，所述护栏立柱蓄电池设置在所述护栏立柱底部，所述护栏立柱蓄电池与所述风力发电机的输出端和所述储电控制模块电连接。
18.进一步地，所述警示灯采用led灯。
19.一种位于中央分隔带的分布式能源自洽系统的安装方法，包括：
20.选取太阳能年平均辐照度≥120w/m2、自然风速≥3m/s、设计速度≥ 80km/h以及交通量≥10000辆小客车/日的公路路段；
21.将所述摇摆光伏防眩板模块安装在中央分隔带，将所述护栏立柱模块安装在中央分隔带两侧，将所述储电控制模块安装在中央分隔带上，将所述储电控制模块与所述摇摆光伏防眩板模块和所述护栏立柱模块电性连接。
22.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
23.本发明提供的一种位于中央分隔带的分布式能源自洽系统，将摇摆光伏防眩板模块设置在中央分隔带，用于防止对向车辆眩光，以及将太阳能和行驶车辆气流风能转化为电能；将护栏立柱模块设置在中央分隔带两侧，用于支撑护栏，以及将行驶车辆气流风能转化为电能；将储电控制模块分布于中央分隔带上，用于储摇摆光伏防眩板模块和护栏立柱模块产生的电能，以及向用能端供电。本发明实现了高速公路中央分隔带太阳能和自然风能的能量转化及利用，护栏立柱是最接近行车道的位置，安装本发明护栏立柱模块极大地利用了行驶车辆气流风能，通过本发明能源自洽系统实现了交通能源的绿色化，提高了交通能源自洽率。
24.进一步地，防眩板受自然风和行驶车辆气流风能影响，以转动轴为轴来回摆动，光伏发电板水平固定于防眩板顶部，实现太阳能转化为电能，摇摆杆用于传导风能转化为作用在弹性件上的力，眩立柱用于支撑上部结构，固定于地面上，弹性件实现摇摆杆的来回摆
护栏立柱蓄电池；206-护栏立柱；
40.3-储电控制模块。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.参见图1，示出了本实施例提供的一种位于中央分隔带的分布式能源自洽系统，该系统包括：摇摆光伏防眩板模块1，摇摆光伏防眩板模块1设置在中央分隔带，用于防止对向车辆眩光，回收太阳能和行驶车辆气流风能，将太阳能和行驶车辆气流风能转化为电能。护栏立柱模块2，护栏立柱模块2位于中央分隔带两侧，用于支撑护栏和回收行驶车辆气流风能的作用，将行驶车辆气流风能转化为电能。储电控制模块3，储电控制模块3分布于中央分隔带上，起到储存多余电量、向用能端供电的作用。
43.再次参见图1、图2和图3，上述位于中央分隔带的分布式能源自洽系统中，摇摆光伏防眩板模块1包括：防眩板101，防眩板101采用玻璃钢材质，呈倒梯形形状，受自然风和行驶车辆气流风能影响，以固定杆105为轴来回摆动；光伏发电板102，光伏发电板102水平固定于防眩板101顶部，采用单晶硅电池组件或多晶硅太阳能电池组件，实现太阳能转化为电能；摇摆杆103，摇摆杆103用于传导风能转化为作用在高弹弹簧106上的力；防眩立柱104，防眩立柱104用于支撑上部结构，固定于地面上；转动轴105，转动轴105用于固定摇摆杆103；弹性件106，弹性件106实现摇摆杆103的来回摆动，优选的，弹性件106采用高弹弹簧；压电陶瓷换能器107，压缩外力作用于压电陶瓷换能器107上产生电荷，进而实现风能转化为电能，优选的，压电陶瓷换能器107 采用锆钛酸铅压电陶瓷换能器；防眩立柱蓄电池108，采用铅蓄电池，安装于防眩立柱104内部，通过电线储存光伏发电板102和压电陶瓷换能器107产生的电能。
44.再次参见图1、图2和图4，上述位于中央分隔带的分布式能源自洽系统中，护栏立柱模块2包括：警示灯201，警示灯201安装于护栏立柱的顶部，采用 led灯发光，用于高速公路夜晚或雾天为行驶车辆警示路线轮廓，提醒安全驾驶的作用；风力叶片202，风力叶片202垂直安装于护栏立柱206上，受自然风或行驶车辆气流风能影响产生转动；垂直轴203，垂直轴203用于固定风力叶片202，随风力叶片一起转动；风力发电机204，垂直轴203带动小型风力发电机204工作，使得风能转变为电能；护栏立柱蓄电池205，采用铅蓄电池，安装于护栏立柱内部，通过电线储存小型风力发电机204产生的电能。
45.再次参见图1、图2，上述位于中央分隔带的分布式能源自洽系统中，储电控制模块3一端通过电线与防眩立柱蓄电池108和护栏立柱蓄电池205相连，将电能储存于超级电容器中，另一端与警示灯201和其他用电端相连，具有快速充放电，储能效率高，低阻抗、充放电寿命长的优点。
46.再次参见图1，上述位于中央分隔带的分布式能源自洽系统由六个摇摆防眩板模块1、三个护栏立柱模块2和一个储电控制模块3组成一个单元，在高速公路中央分隔带可连续布置该单元，实现分布式能源自洽系统灵活安装。
47.综上，本实施例中，本发明中，在高速公路中央分隔带安装分布式能源自洽系统充分利用了高速公路该区域的用地；对中央分隔带的太阳能、自然风能和行驶车辆产生的气流风进行充分利用，提高路域可再生能源利用率；装置设计巧妙、结构合理，能源利用率高。
48.方法实施例：
49.参见图5，图5示出了本实施例提供的位于中央分隔带的分布式能源自洽系统安装使用方法的流程图，该安装使用方法利用装置实施例提供的分布式能源自洽系统来实施，系统的具体实施方式参见上述装置实施例即可，此处不再赘述。如图5所示，该方法包括如下步骤：
50.交通条件调查步骤s510，对高速公路中央分隔带进行实地调查，采集设计参数。
51.具体地，根据图纸资料和实地调查，收集太阳能年平均辐照度、自然风速、设计速度及交通量数据，当太阳能年平均辐照度≥120w/m2、自然风速≥3m/s、设计速度≥80km/h，交通量≥10000辆小客车/日时，可采用本发明位于中央分隔带的分布式能源自洽系统，如表1、表2、表3经试验验证，在该范围内分布式能源自洽系统发电效率最佳。
52.表1不同太阳能年平均辐照度对发电量效果影响表
[0053][0054]
表2不同自然风速对垂直风力发电机工作效果影响表
[0055]
自然风速/m/s风力发电机工作性1无电流2无电流3有电流4有电流5有电流6有电流
[0056]
表3交通参数对水平风力发电机工作效果影响表
[0057]
行驶速度/m/s交通量/辆小客车/日时风力发电机工作性40＜10000无电流40≥10000无电流60＜10000无电流60≥10000无电流80＜10000无电流80≥10000有电流100＜10000有电流100≥10000有电流120＜10000有电流
120≥10000有电流
[0058]
系统装置选型步骤s520，根据调查数据，选定分布式能源自洽系统装置材料尺寸和类型。
[0059]
具体地，根据调查数据，选定能源自洽系统装置的尺寸和类型，当120w/m2≤太阳能年平均辐照度≤160w/m2时，光伏发电板102采用单晶硅电池组件，当太阳能年平均辐照度≥160w/m2时，光伏发电板102采用多晶硅电池组件。
[0060]
模块安装步骤s530，安装结构，连接线路，进行系统调试。
[0061]
具体地，在中央分隔带的中线位置埋置摇摆光伏防眩板模块1，将护栏立柱模块2与高速公路护栏固定，固定储电控制模块3，各模块通过电线相连，进行系统调试，保证工作性。
[0062]
系统运行使用步骤s540，装置投入使用，将太阳能、风能和车辆风能回收利用。
[0063]
具体地，高速行驶的车辆产生气流风，经过分布式能源自洽系统时，带动护栏立柱模块2上的风力叶片转动，小型风力发电机204将机械能转化为电能储存在护栏立柱蓄电池205中，同时，车辆高速行驶后使得摇摆光伏防眩板模块1来回摆动，持续对防眩立柱104内的锆钛酸铅压电陶瓷换能器107产生压缩外力，锆钛酸铅压电陶瓷换能器107将机械能转化为电能储存在防眩立柱蓄电池108中，最终通过电线输送至储电控制模块3，向警示灯201和其他用电端供电。
[0064]
实施例1
[0065]
以新疆某地区新建高速公路项目为例，按照本实施例的技术方案，本实施例的具体实施步骤如下：
[0066]
(1)交通条件调查
[0067]
根据图纸资料和实地调查，收集太阳能年平均辐照度、自然风速、设计速度及交通量数据，采集数据如下所示，满足本发明设计要求，可采用本发明位于中央分隔带的分布式能源自洽系统。
[0068]
表4路段数据调查表
[0069]
数据类型数值太阳能年平均辐照度/w/m2210自然风速/m/s6设计速度km/h80交通量/辆小客车/日时12000
[0070]
(2)系统装置选型
[0071]
根据调查数据，选定能源自洽系统装置的尺寸和类型，光伏发电板102采用多晶硅电池组件，根据公路走向选择光伏发电板102朝向阳面。
[0072]
(3)模块安装
[0073]
在中央分隔带的中线位置埋置摇摆光伏防眩板模块1，将护栏立柱模块2 与高速公路护栏固定，固定储电控制模块3，各模块通过电线相连，进行系统调试，保证工作性；
[0074]
(4)系统运行使用
[0075]
高速行驶的车辆产生气流风，经过分布式能源自洽系统时，带动护栏立柱模块2上的风力叶片转动，小型风力发电机204将机械能转化为电能储存在护栏立柱蓄电池205中，
同时，车辆高速行驶后使得摇摆光伏防眩板模块1来回摆动，持续对防眩立柱104内的锆钛酸铅压电陶瓷换能器107产生压缩外力，锆钛酸铅压电陶瓷换能器107将机械能转化为电能储存在防眩立柱蓄电池108 中，最终通过电线输送至储电控制模块3，向警示灯201和其他用电端供电。
[0076]
实施例2
[0077]
以西安某地区新建高速公路项目为例，按照本实施例的技术方案，本实施例的具体实施步骤如下：
[0078]
(1)交通条件调查
[0079]
根据图纸资料和实地调查，收集太阳能年平均辐照度、自然风速、公路朝向、设计速度及交通量数据，采集数据如下所示，满足本发明设计要求，可采用本发明位于中央分隔带的分布式能源自洽系统。
[0080]
表5路段数据调查表
[0081]
数据类型数值太阳能年平均辐照度/w/m2140自然风速/m/s3设计速度km/h80交通量/辆小客车/日时15000
[0082]
(2)系统装置选型
[0083]
根据调查数据，选定能源自洽系统装置的尺寸和类型，光伏发电板102采用单晶硅电池组件。
[0084]
(3)模块安装
[0085]
在中央分隔带的中线位置埋置摇摆光伏防眩板模块1，将护栏立柱模块2 与高速公路护栏固定，固定储电控制模块3，各模块通过电线相连，进行系统调试，保证工作性；
[0086]
(4)系统运行使用
[0087]
高速行驶的车辆产生气流风，经过分布式能源自洽系统时，带动护栏立柱模块2上的风力叶片转动，小型风力发电机204将机械能转化为电能储存在护栏立柱蓄电池205中，同时，车辆高速行驶后使得摇摆光伏防眩板模块1来回摆动，持续对防眩立柱104内的锆钛酸铅压电陶瓷换能器107产生压缩外力，锆钛酸铅压电陶瓷换能器107将机械能转化为电能储存在防眩立柱蓄电池108 中，最终通过电线输送至储电控制模块3，向警示灯201和其他用电端供电。
[0088]
实施例3
[0089]
以贵州某地区新建高速公路项目为例，按照本实施例的技术方案，本实施例的具体实施步骤如下：
[0090]
(1)交通条件调查
[0091]
根据图纸资料和实地调查，收集太阳能年平均辐照度、自然风速、设计速度及交通量数据，采集数据如下所示，满足本发明设计要求，可采用本发明位于中央分隔带的分布式能源自洽系统。
[0092]
表6路段数据调查表
[0093]
数据类型数值
太阳能年平均辐照度/w/m2120自然风速/m/s12设计速度km/h80交通量/辆小客车/日时15000
[0094]
(2)系统装置选型
[0095]
根据调查数据，选定能源自洽系统装置的尺寸和类型，光伏发电板102采用单晶硅电池组件。
[0096]
(3)模块安装
[0097]
在中央分隔带的中线位置埋置摇摆光伏防眩板模块1，将护栏立柱模块2 与高速公路护栏固定，固定储电控制模块3，各模块通过电线相连，进行系统调试，保证工作性；
[0098]
(4)系统运行使用
[0099]
高速行驶的车辆产生气流风，经过分布式能源自洽系统时，带动护栏立柱模块2上的风力叶片转动，小型风力发电机204将机械能转化为电能储存在护栏立柱蓄电池205中，同时，车辆高速行驶后使得摇摆光伏防眩板模块1来回摆动，持续对防眩立柱104内的锆钛酸铅压电陶瓷换能器107产生压缩外力，锆钛酸铅压电陶瓷换能器107将机械能转化为电能储存在防眩立柱蓄电池108 中，最终通过电线输送至储电控制模块3，向警示灯201和其他用电端供电。
[0100]
为了验证本实施例的有益效果，申请人对本发明实施例1～3具有风光互补发电功能的高速公路门架进行发电与用电情况检测，检测结果如下：
[0101]
表5不同场景系统发电情况表
[0102]
组别系统发电量/kwh/日实施例125实施例221实施例313
[0103]
由表5可见，实施例1～3所使用的位于中央分隔带的分布式能源自洽系统能够实现回收利用太阳能、自然风能和汽车行驶产生的气流风能。
[0104]
综上，本实施例中，该方法首先对位于中央分隔带的分布式能源自洽系统所处场景进行调查，提高了该系统的适用性，根据调查结果采用不同的光伏发电板结构，保证了系统的合理性，然后将能源自洽系统进行安装调试，安装方式简便，操作简单，最后通过对行驶车辆产生的气流风、自然风和太阳辐射能量进行收集，转化为电能，实现了高速公路路域范围的可再生能源高效利用，减少了无/弱电网地区远距离输电的成本，提高了交通能源清洁化程度，可广泛应用于高速公路中央分隔带区域。
[0105]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。