CN108825435A - 一种长大隧道风能发电辅助照明系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种长大隧道风能发电辅助照明系统，包括：风机本体，其设置于隧道的顶部，包括风轮组件；发电机，其定子绕组与所述风轮组件的轮轴之间通过传动机构传动连接；充电器，用以对所述发电机所输出的电流进行整流；蓄电池，其与所述充电器连接；电量检测单元，用以对所述蓄电池的存储电量进行实时检测；控制器，与所述蓄电池连接，并通过供电转换装置连接照明装置。

Description

一种长大隧道风能发电辅助照明系统
技术领域
本公开一般涉及风能发电装置，具体涉及一种长大隧道风能发电辅助照明系统。
背景技术
随着社会经济的发展，能源问题和环保问题成为人们日益关注的焦点。而伴随火力等化石燃料发电的方式导致环境的污染和能源枯竭。使用新能源的愿望成为人们的迫切需要。新能源要同时符合多个条件：一是能源蕴藏含量丰富，不容易枯竭；二是安全，环保卫生，不会对人类赖以生存的环境产生危害；三是成本低廉，经济高效。目前有待推广的新能源有风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能和核聚变能等。其中广泛存在并且经济高效丰富的就是风能。可以说，风能是取之不尽用之不竭的。同时风能发电经济环保，干净卫生，不会产生有害气体和物质，是新世纪发电的理想能源。
风是一种潜力很大的新能源，从经济合理的角度出发，风速大于4m/s时便适宜发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速为6m/s时，输出功率为16千瓦；当风速为5m/s时，输出功率为9.5千瓦，因而风力愈大，经济效益也愈大。
长大隧道内由于缺少自然光照，内部黑暗，需要采取照明措施，照明措施的用电目前多采用电网供电形式，耗电巨大。
综上，现如今缺少一种结构简单、布设安装方便且使用操作简便、使用效果好的能对隧道中的风能进行有效利用的装置。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种隧道风能发电辅助照明方案。
第一方面，本申请实施例提供了一种长大隧道风能发电辅助照明系统，包括：
风机本体，其设置于隧道的顶部，包括风轮组件；
发电机，其定子绕组与所述风轮组件的轮轴之间通过传动机构传动连接；
充电器，用以对所述发电机所输出的电流进行整流；
蓄电池，其与所述充电器连接；
电量检测单元，用以对所述蓄电池的存储电量进行实时检测；
控制器，与所述蓄电池连接，并通过供电转换装置连接照明装置；
所述控制器接收所述电量检测单元传输的存储电量数据，当所述存储电量超过第一设定值时，所述控制器控制所述蓄电池同时向照明装置和国家电网电力系统供电；当所述存储电量低于所述第一设定值、高于第二设定值时，所述控制器控制所述蓄电池只向所述照明装置供电；当所述存储电量低于所述第二设定值时，所述控制器控制所述供电转化装置使所述照明装置只接受所述国家电网电力系统的供电。
在本申请的某些实施例中，所述风机本体水平的设于竖井的横截面内，可以充分的利用隧道中竖井内的风能进行发电。
在本申请的另一些实施例中，所述风机本体竖直的设于隧道的顶部，可以充分的利用隧道中的风能进行发电。
所述照明系统还包括对所述充电器的充电电流进行实时检测的与所述控制器连接的电流检测单元，在获取实时电流的同时，可以起到检测充电器是否正常工作的作用。
所述照明系统还包括对所述风机本体所处位置的风速进行实时检测的与所述控制器连接的风速检测单元，通过对比风速检测单元的检测值与充电电流的相关性，可以判断风机本体是否正常工作。
所述控制器包括参数设置单元和显示单元，所述控制器为DSP控制器，可以根据照明装置的实际用电需求设置第一设定值和第二设定值，灵活性更强。
所述照明系统还包括对所述风轮的转速进行实时检测的与所述控制器连接的转速检测单元，在测量转速的同时，可以判断风轮是否正常工作。
所述照明系统还包括与控制器相接且对发电机的发电时间进行自动统计的计时电路，便于对国家电网电费的核算。
所述照明系统还包括设置于隧道顶部的竖向支架，所述风轮组件安装在所述竖向支架的顶部，所述竖向支架上还设有风速检测单元，结构简单，便于安装。
所述照明系统还包括电子线路板，所述控制器、所述充电器、所述蓄电池、所述电量检测单元和所述电流检测单元均设置在所述电子线路板上，集成程度高，安装使用方便。
本申请实施例提供的长大隧道风能发电辅助照明系统，直接将风机与发电机连接，结构简单，布设安装方便，成本低廉。通过风机本体、发电机、蓄电池、电量检测单元和控制器的协同作用，采用风力发电代替电网供电，环保节能，低碳绿色，既能在风力不足时保证隧道照明不间断，又能在风力充足时，将多余电量输送至国家电网，从而实现对隧道中风能的有效利用。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请实施例中风能发电辅助照明系统示意图；
图2为本申请实施例中隧道通风竖井处发电机图；
其中，1、射流式风机，2、控制器，3、照明灯带，4、风力发电设备，5、蓄电池，6、供电转换装置，7、隧道本体，8、隧道竖井、9、大型风力发电装置，10、风机支撑，11、竖井外壁，12、发电装置固定钢圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。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。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如背景技术中所提到的，长大隧道中由于空气对流因素，隧道内部也会产生空气流动，包括通风竖井里的风力。因此合理利用长大隧道内的风能成为当前重中之重。长大隧道内由于缺少自然光照，内部黑暗，需要采取照明措施，照明措施的用电目前多采用电网供电形式，缺少长大隧道风能发电辅助照明设施。
综上，现如今缺少一种结构简单、布设安装方便且使用操作简便、使用效果好的长大隧道风能发电辅助照明系统，缺少一种由长大隧道顶上射流式风机和小竖井组件风力发电设备共同组成的长大隧道风能发电辅助照明系统。迫切需要一种能对隧道中的风能进行有效利用装置，迫切需要利用所发电能为长大隧道照明系统进行供电。
本申请实施例所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种长大隧道风能发电辅助照明系统，其设计合理、安装布设方便且使用操作简便、使用效果好，能对隧道通风中的风能进行有效利用，并能将所发电能进行同步存储，并用于长大隧道的辅助照明系统。
该系统包括风力发电机、蓄电池、控制器、隧道内部LED 照明灯带和供电转换装置，风力发电机与蓄电池连接，蓄电池再与控制器连接，控制器通过供电转换装置与隧道内部LED 照明灯带连接，即风力发电机、蓄电池、控制器、隧道内部LED 照明灯带串联连接。
其中，风机本体设置于隧道的顶部，包括风轮组件；发电机的定子绕组与风轮组件的轮轴之间通过传动机构传动连接；充电器与发电机连接，用以对发电机所输出的电流进行整流；充电器的充电电流可以由与控制器连接的电流检测单元实时监测，在获取实时电流的同时，可以起到检测充电器是否正常工作的作用。
蓄电池与充电器连接；电量检测单元用以对蓄电池的存储电量进行实时检测；控制器与蓄电池连接，并通过供电转换装置连接照明装置；控制器包括参数设置单元和显示单元，控制器为DSP控制器，可以根据照明装置的实际用电需求设置第一设定值和第二设定值，灵活性更强。
控制器接收电量检测单元传输的存储电量数据，当存储电量超过第一设定值时，控制器控制蓄电池同时向照明装置和国家电网电力系统供电；当存储电量低于第一设定值、高于第二设定值时，控制器控制蓄电池只向照明装置供电；当存储电量低于第二设定值时，控制器控制供电转化装置使照明装置只接受国家电网电力系统的供电。
照明系统还包括对风机本体所处位置的风速进行实时检测的与控制器连接的风速检测单元，通过对比风速检测单元的检测值与充电电流的相关性，可以判断风机本体是否正常工作。
风轮的转速可以由与控制器连接的转速检测单元实时检测，在测量转速的同时，可以判断风轮是否正常工作。
控制器设有对发电机的发电时间进行自动统计的计时电路，便于对国家电网电费的核算。
照明系统还包括设置于隧道顶部的竖向支架，风轮组件安装在竖向支架的顶部，竖向支架上还设有风速检测单元，结构简单，便于安装。
照明系统还包括电子线路板，控制器、充电器、蓄电池、电量检测单元和电流检测单元均设置在电子线路板上，集成程度高，安装使用方便。
本申请实施例的具体结构如下：
基于长大隧道的风能发电辅助照明系统包括：小型发电装置和大型风力发电装置9。其中，小型风力发电装置设于隧道本体7内，其采用射流式风机1。大型风力发电装置9设于隧道竖井8中，通过风机支撑10和发电装置固定钢圈12固定在竖井外壁11处。
自然风带动射流式风机和小竖井组件的风力发电设备运转，射流式风机和小竖井组件的风力发电设备4将自身运转产生的电能储存在蓄电池5中，通过控制器2和供电转换装置6连接LED照明灯带3，对其进行供电。
辅助照明系统包括竖向支架、安装在竖向支架顶部的风轮、安装在竖向支架上且对其所处位置的风速进行实时检测的风速检测单元、将风轮的动能转换为电能的发电机和安装在竖向支架上的电子线路板；发电机安装在竖向支架顶部且其为风轮的正后方，发电机的定子绕组与风轮的轮轴之间通过传动机构进行传动连接；竖向支架顶部安装有对风轮的轮轴进行限位且能进行上下转动的轮轴限位件，竖向支架上设置有带动轮轴限位件进行上下转动的电动推杆；电子线路板上设置有控制器2、对发电机所输出电流进行整流的充电器、与充电器相接的蓄电池5、对蓄电池5内所存储电量进行实时检测的电量检测单元、对充电器的充电电流进行实时检测的电流检测单元以及分别与控制器2相接的参数设置单元和显示单元，蓄电池5、电量检测单元和电流检测单元均与控制器2相接；控制器2根据风速检测单元所检测数据对电动推杆进行控制，且电动推杆和风速检测单元均与控制器2相接；电动推杆与轮轴限位件之间通过传动机构进行传动连接；控制器2为DSP 控制器2。
其中，蓄电池5沿隧道纵向竖直的设于隧道的两侧壁处，其具备足够的空间来放置蓄电池，可以满足巨大的蓄电需求。其中一侧的蓄电池上方设有控制器2，另一侧的蓄电池上方设有供电转换装置6，可以缩短连接电路的长度。
上述一种基于隧道通风的小型风力发电装置12还包括对风轮的转速进行实时检测的转速检测单元，转速检测单元与控制器2相接。还包括与控制器2相接且对发电机的发电时间进行自动统计的计时电路。
同时，国家电网通过电力转换装置与长大隧道内部蓄电池5和LED 照明灯带3连接.在风力发电量充足且多余时，可通过并网，将电力并入国家电网电力系统，赚取经济利润；在风力不足时，可使用电网电力进行照明。
本申请实施例具有以下优点：
1、结构简单且投入成本低，安装布设简便。
2、电路设计合理，电路简单且接线方便。
3、使用操作简便且智能化程度高。
4、使用效果好且实用价值高，其能对隧道通风中的风能进行有效利用，并能根据所处位置风速大小对当期状态下是否发电进行控制，且能将所发电能进行同步存储。
此外，本申请实施例与已有技术的隧道照明系统相比具有如下的优点：一是采用风力发电代替电网供电，环保节能，低碳绿色；二是采用LED 照明灯带3替换日光灯带，节约电能；三是当风力发电在满足照明需求基础上还有多余时，可将多余电量并入国家电网；当风力发电量不能满足供电需求时，可自动转换成国家电网供电。
当风力发电不足以带动LED明灯带进行正常照明时，供电转换装置6可启动国家电网对LED照明灯带3供电，当蓄电池5的电能满足LED照明灯带3电能需求时，供电转换装置6再恢复蓄电池5供电，以保证隧道照明不间断。
当风力满足发电LED明灯带进行正常照明，并有多余电量时，供电转换装置6可将多余电量输送至国家电网。
综上所述，本申请实施例设计合理、安装布设方便且使用操作简便、使用效果好，能对长大隧道中的风能进行有效利用，并能将所发电能进行同步存储，并用于长大隧道的辅助照明系统。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，包括：
用以利用隧道内风能的风机本体，包括风轮组件；
发电机，其定子绕组与所述风轮组件的轮轴之间通过传动机构传动连接；
充电器，用以对所述发电机所输出的电流进行整流；
蓄电池，其与所述充电器连接；
电量检测单元，用以对所述蓄电池的存储电量进行实时检测；
控制器，与所述蓄电池连接，并通过供电转换装置连接照明装置；
所述控制器接收所述电量检测单元传输的存储电量数据，当所述存储电量超过第一设定值时，所述控制器控制所述蓄电池同时向照明装置和国家电网电力系统供电；当所述存储电量低于所述第一设定值、高于第二设定值时，所述控制器控制所述蓄电池只向所述照明装置供电；当所述存储电量低于所述第二设定值时，所述控制器控制所述供电转化装置使所述照明装置只接受所述国家电网电力系统的供电。
2.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述风机本体竖直的设于隧道的顶部。
3.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述风机本体水平的设于竖井内部。
4.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括对所述充电器的充电电流进行实时检测的与所述控制器连接的电流检测单元。
5.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括对所述风机本体所处位置的风速进行实时检测的与所述控制器连接的风速检测单元。
6.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述控制器包括参数设置单元和显示单元，所述控制器为DSP控制器。
7.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括对所述风轮的转速进行实时检测的与所述控制器连接的转速检测单元，所述风机本体上还设有消声器。
8.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括与控制器相接且对发电机的发电时间进行自动统计的计时电路。
9.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括设置于隧道顶部的竖向支架，所述风轮组件安装在所述竖向支架的顶部，所述竖向支架上还设有风速检测单元。
10.根据权利要求1所述的长大隧道风能发电辅助照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括电子线路板，所述控制器、所述充电器、所述蓄电池、电量检测单元和所述电流检测单元均设置在所述电子线路板上。
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