CN110401399B - 风光生物能储供充电气化智慧化运输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，包括钙钛矿发电薄膜、风力发电机组，交通道路上行驶有移动车辆，所述移动车辆顶部通过绝缘端子和螺钉固定有车载自动伸缩式智能受电弓。有益效果为：道路和道路两侧农田上架设光伏顶棚合理利用空间，即可以进行光伏发电，又可以遮挡雨雪，保证恶劣天气下可以正常行车；电动车辆采用伸缩式的受电弓进行实时供电，可以延长车辆的行驶时间，提高续航能力；为无人机送货提供便利，方便电力无人机进行远距离送货，促进无人机物流运输行业的大发展；减少不可再生资源的浪费，节能环保发展；光伏发电和风电、氢燃料发电、沼气发电、生物质发电相结合，可以合理利用能源，提高能源利用率。

Description

风光生物能储供充电气化智慧化运输系统
技术领域
本发明涉及电动交通工具远程行驶技术领域，尤其是涉及风光生物能储供充电气化智慧化运输系统。
背景技术
现有大型风光发电设备喜欢扎堆去西北地带，占地费用单价虽低，但是大面积铺设时成本仍然很高，光伏板面灰沙的自净和清扫因缺水、缺人而困难抵消了部分光照优势，而且要把这些电能输送到东部城市则要超高压、远距离竖塔架线，这其中还得有7％的线路损耗，另外要动用其他电力为它调配，车辆要用上这个可再生电力，还要地面蓄电池组和各车辆电池组之间反复充电倒腾代价极为高昂。
中国工程院院士‘杜祥琬’华北电力大学‘曾鸣’教授联名撰文指出：“据统计，中东部地区已开发利用的太阳能及风能资源不足资源总量的10％。同时，与集中式远距离传输相比，分布式能源就地消纳由于不存在输电成本与损耗而具有一定的经济优势，以宁东--浙江特高压直流输电线路为例，浙江地区分布式光伏的发电成本即为供电成本，供电成本为0.42元/千瓦时，宁夏地区集中式光伏电站的发电成本为0.23元/千瓦时，特高压直流线路与送受端电网的输电成本为0.26元，在不考虑送端配套火电建设与调峰成本的情况下，供电成本已达到0.49元/千瓦时，高于受端分布式光伏成本。
现有纯电池车为了达到规定的补贴里程数多装电池，太过密集装载大量电池造成电池热失控，自燃、烧毁车辆人员的灾难屡屡发生，也极大的占用了车辆的空间和有效载重。
我国山东率先建成的一小段光伏公路，开挖铲平原有路面，把光伏电池铺在地面后再盖上超厚的玻璃板，整个工程费用极高，超厚玻璃板还阻挡了部分光线，由于玻璃板施工是冷拼接，(不像沥青连续热铺成整体)板块之间留有许多缝隙(目前的轨道交通大多是无缝的)，虽然完工后调用坦克低速碾压没问题，但在轮式车辆特别是大货车长时间高速高频重载碾轧之下，震动大应力大仅仅半年时间光伏路面就被严重损坏。
目前虽然有几种方案提出在主要公路、铁路旁边或正上方搭建光伏发电设备，建充电桩或移动充电设施，但都不够全面不成系统，由于城区道路众多的弯道、十字交叉路口、低矮桥洞都不宜架设电缆，另外高大建筑的遮挡使得光伏发电大打折扣，所以之前的几个方案都没有提及城区光伏和城区内的接触网电缆的架设。这样的状况就难以实现城乡道路与高速路的电力并网连接，车辆在这网络不全地段不可能获得充足可靠的能量来源以及在移动中的可靠供电、充电，那么仍然要随车携带大量电池占用空间和有效载重还危及安全。
以上各种方案除了堆砌电池没有更好的储能方法，特别是道路上的高效大容量低成本长期储能的完善技术，这些方案把公路车辆简单的等同于铁路轨道车辆，以为只要把受电弓与接触网连接到一起即可，殊不知公路车辆没有轨道的限制和导引横向漂移很大，高速时车载受电弓与接触网滑触不准，在非直线路段如何自动对准上方的接触网？受电弓又如何应对车辆变道的自动缩回自动对接？都没有详细完备的论述，只是些纸上谈兵泛泛而谈难以实现的方案。
相对于传统大规模工业制氢的落后于人，我国在太阳能制氢上有着无可比拟的优势。目前，在光伏新增装机和总装机量上，我国都领先于世界；多项光伏先进技术和世界纪录都在我们手上；尤其是我国光伏发电消纳的需求，也给了太阳能制氢发展的契机。
“10MW光伏每小时可制造10立方的氢气，25平方公里的光伏发电列阵，可以做一个小型的制氢城，一年可以产100万吨的氢气，100万吨的氢气完全够我们未来几年用。初步计算，在光照好的地方，制氢的光伏发电成本大概在1毛5分钱一度电，是大幅度低于现在制氢的电力成本。“阳光电源董事长曹仁贤给我们算了这样一笔账。
太阳能制氢，实现了清洁能源生产清洁能源，并可以有效地消纳光伏发电，可以实现两种重要新能源之间的有效结合应用。随着光伏发电和电解水制氢技术的不断发展，成本的逐渐降低，太阳能制氢将能逐渐满足商业化的要求，成为我国能源安全和能源结构调整的又一生力军。摘自华夏能源网，作者：时玉丰。
人类可再生能源利用份额的提高，及对氢气优良性能的期盼，大量的风光电力势必要去电解水转化为氢气、氧气长期储存，也就是“电转气”。能源专家“靳强”说：“一些专家并不赞成电转气技术，他们认为用于电解水的电解槽，效率低且价格高(是电池的好几倍)。但电转气技术的支持者认为，这项技术应用于长期储能时，经济预算会更低。比如，随着储存量的增加，储电电池成本也不断增加，储存两倍的电量就需要两倍的电池容量，而储存两倍的气体只需要增加设备运行时间即可，因此，储存量越多，电解槽的经济优势就越明显。如果以100％可再生能源发电所需的储存量来计算，电解槽的成本就远低于储电电池。”摘自《科学画报》2019年3期，作者：“靳强”。
目前能上高速路行驶的车辆发动机功率都要百多千瓦，现有高速公路每辆车的车道平均宽约3.75米，前后车辆之间的安全距离为100米，则实际分配到每辆车的电能就是路上方这些面积光伏板发出的电，即3.75米x 100米x 0.12千瓦/平方米(光伏每平方米转化的平均电能)＝45千瓦。这样的功率密度(发电量)只能在光照强烈时维持小排量车匀速运行，而大排量轿车、大客车、大货车的功率都要数百千瓦，那就无法满足白天的实时供电、更没有多余的电力储存来应付早晨、黄昏光照不足，及夜间无光无风时的缺电。
而这还是在风光条件好的路段，若与风光条件不好路段来平均分摊，或因为风光条件不好放弃建大棚，那么实际每辆车分摊到的风光电力将更加微薄。使得大规模、大面积、大投资实施的道路光伏工程不能唱主角，只成为供电不足一小半的小配角。
在路面下预埋大量线圈电磁感应充电，可实现无线移动充电，但两个线圈的间隙大传输效率就会明显下降，而车辆底盘离地的间隙明显偏大，即使把车载线圈贴近地面，两个线圈也会被颠簸间隙再加厚厚的路面隔开蛮大距离，泄漏的电磁波还有危害，2018年8月3日，中国电科院牵头承担的“电动汽车移动式“无线”充电，181米长度实验路段通过验收。充电功率20kW，转化率达80％，磁场强度远低于国际标准27uT，行驶速度超过60公里每小时。
80％和60公里这两个指标与高效、高速相差甚远，而目前高铁的受电弓与接触网滑触受电效率高达99％，速度达数百公里，所以车辆“无线”移动充电不能满足当下的技术需求，是未来技术。
发明内容
本发明提出一种把风、光发电和生物质发电的能量输出大户与公路、铁路车辆等用能大户零距离紧密结合，光伏大棚、农光大棚与强电、弱电等自动交通信号、5G通信技术设备、高精度传感器共同搭建，提供极低延时宽带无线通信，构建人、车、路、棚等协同综合感知体系的软硬件共享方案，公路、铁路、桥梁、隧道、储气罐可以自身感知、分析安全状态，并发出预警，全面支持有线移动供电、充电和自动驾驶的风光生物能综合利用的电气化智慧道路及电力运输系统。
解决了电力运输工具在快速移动状态下，人、车、路、飞行器之间的各种信号、信息的传感、采集、传输、决策、反馈等路车对话的全面需求，合理利用可再生能源资源制氢、制氧、制沼气、储氢、储氧、储沼气、储电储能，并大部分还原为电力回馈电网，方便电力运输工具推广普及，仍保留纯电池车的充电桩位置和氢燃料电池车辆加注压缩氢气，燃油燃气车加注压缩沼气，人性化的渐进式逐步减少燃油车使用，减少温室气体排放，减少废旧电池处理的麻烦，是降低污染改善环境的好方案。
本发明的技术方案是这样实现的：
城区道路合适路段上方架设窄小超轻高架板兼光伏发电板(需要全路面遮雨的路段则加宽板面)，板上装有供电单轨，板下悬挂接触网。高速公路、铁路两旁竖立风车阵列，路和两旁农田上方架设农用兼农光大棚，大棚支架中心纵梁上方安装大号供电单轨、路两侧的支架纵梁上分别安装两条小号供电单轨，支架众多横梁悬挂接触网，能保持干燥的沥青路面钉上薄铜箔供电带，形成移动式有线供电充电网络，道路就是一个超大的能量采集和移动充电器，各种电动车辆、飞行器可以一边跑一边供电、充电。
高速路和铁路上将大棚拓宽到道路两侧的农田，风光条件好的路段拓宽更多，以长寿的玻璃光伏棚取代年年更换的农用塑料薄膜大棚减少白色污染，完整落地近似半椭圆形的棚背面涂覆了钙钛矿发电薄膜和其他功能材料，有更大的面积更好的角度均衡吸收光能，加上道路两旁的风车阵列，既能采集到数倍于前方案(前方案大棚仅限于路面宽)的足够多的光伏电能来供电+储电，也能完全罩住路面，随风飘荡的零星雨雪和灰尘几乎都落到田地而被拒之路外，保持公路路面干燥、干净安全和环保，彻底杜绝撒盐化雪。高速公路路面干燥就能铺设平整宽大的铜箔带输电，类似地铁的第三轨供电，用车底风阻小的电刷来受电，缩回车顶高大的双受电弓，更有利于降低风阻提高车速，有架空和地面两种供电方式，还便于维修时轮流替换。
风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，包括钙钛矿发电薄膜、风力发电机组，交通道路上行驶的移动车辆，所述移动车辆顶部通过绝缘端子和螺钉固定有车载自动伸缩式智能受电弓，所述车载自动伸缩式智能受电弓上固定有带摄像头的检测自控装置，交通道路两侧固定有支撑钢构架，所述支撑钢构架上方通过螺钉和太阳能专用胶固定有钢化玻璃，钢化玻璃内表面涂覆有所述钙钛矿发电薄膜形成光伏发电顶棚，所述支撑钢构架内顶部横梁上通过箍环固定有光控照明灯，所述支撑钢构架内顶部横梁上通过支架安装有接触式供电网，所述支撑钢构架顶部安装有第一蓄电池组，所述第一蓄电池组一侧固定有逆变升压器，所述第一蓄电池组另一侧固定有第一控制器，所述钙钛矿发电薄膜与所述第一蓄电池组电连接，所述第一蓄电池组通过并联线路分别与所述接触式供电网、所述光控照明灯、所述第一控制器电连接；
交通道路顶部的顶棚向两侧延展拓宽到两侧农田形成农光大棚，所述农光大棚内顶部悬吊安装有与所述第一蓄电池组电连接的补光照明灯，所述农光大棚内的地下埋设有沼气池，且所述沼气池的进料口与地面平齐，所述顶棚内的交通道路两侧修建有防撞隔离且用于对所述农光大棚进行吸热保温的共享半墙，所述共享半墙与所述顶棚之间用普通贴膜玻璃板隔开，所述农光大棚沿长度方向均匀安装有若干穿透道路的通风门窗和地下通道，交通道路一侧修建有服务区，所述服务区附近修建有阵列分布的所述风力发电机组，所述风力发电机组下方通过轴承座安装有顶柱，所述顶柱下方设置有风机塔筒兼储气筒，所述风机塔筒兼储气筒内壁衬有防渗漏吹塑内胆，所述风力发电机组机舱两端通过轴承座安装有横向转动轴，所述横向转动轴上键连接安装有两组锥齿轮组，其中一组所述锥齿轮组下方固定有垂直传动轴，所述垂直传动轴通过轴承座固定在所述顶柱内部，所述垂直传动轴中部下方固定有压缩机，所述垂直传动轴中部上方固定有发电机兼电动机，所述压缩机通过电磁离合器套轴安装在所述垂直传动轴上，所述风机塔筒兼储气筒一侧固定有电器安装和检修室，所述服务区内修建有连接所述风机塔筒兼储气筒阵列的各种气体管道汇聚而来的控制气柜，所述控制气柜内部安装有第二控制器，所述控制气柜一侧设置有退役动力电池梯次利用的第二蓄电池组，所述第二蓄电池组通过所述逆变升压器电连接有所述接触式供电网，用于提供应急调频调峰，所述第二蓄电池组一侧设置有电解制氢装置，所述服务区内一侧修建有充电桩，所述充电桩一侧修建有氢燃料电池电堆，所述第二蓄电池组和所述氢燃料电池电堆均通过所述逆变升压器与所述接触式供电网电连接，所述风力发电机组和所述生物质发电厂发出的交流电通过并联电路、整流电路和第二控制器分别与所述接触式供电网、所述第二蓄电池组电连接，所述服务区内另一侧修建有氢气/沼气加气站，所述电解制氢装置、所述氢燃料电池电堆、所述氢气/沼气加气站、所述沼气池通过管道与所述控制气柜连接，所述电解制氢装置、所述充电桩与所述第二蓄电池组通过直流电连接，与所述压缩机配合的所述电磁离合器和所述控制气柜均与所述第二控制器电连接。
进一步的，所述接触式供电网固定在每个车道正上方中央，所述接触式供电网为双线且距离地面的高度为4.5m-6m，所述车载自动伸缩式智能受电弓为双受电弓，所述车载自动伸缩式智能受电弓与所述接触式供电网滑动接触，所述带摄像头的检测自控装置通过绝缘装置固定在所述车载自动伸缩式智能受电弓顶部，所述带摄像头的检测自控装置与车载控制器电连接。
进一步的，所述光控照明灯外部设置有光敏电阻，所述光控照明灯等间距安装在所述支撑钢构架上，所述光控照明灯垂直朝下设置，所述支撑钢构架顶部通过螺钉固定有信号基站、道路信号灯和监控摄像头，监控摄像头和所述第一蓄电池组、所述信号基站电连接。
进一步的，所述支撑钢构架采用模块化组装，相邻两组所述支撑钢构架之间安装有活动连接盖板，所述活动连接盖板通过螺钉安装在其中一组所述支撑钢构架上，每组所述支撑钢构架上固定有钢化玻璃拼接而成的顶棚，所述支撑钢构架内配套安装有所述第一控制器、所述第一蓄电池组和所述逆变升压器。
进一步的，所述钙钛矿发电薄膜上预设有电加热网，所述电加热网与所述第一蓄电池组和所述第一控制器电连接，所述电加热网的发热温度不超过30°。
进一步的，所述风机塔筒兼储气筒的筒身以玻璃钢为主体再用少量碳纤维复合材料进行增强加固，筒体内衬PA6的工程塑料(尼龙)的所述防渗漏吹塑内胆。
进一步的，所述顶棚在三条纵梁位置处通过螺钉固定有上供电轨道，所述上供电轨道的两侧面导电槽与所述第一蓄电池组、所述第二蓄电池组电连接，所述上供电轨道上方飞行有电力无人机，所述电力无人机尾部通过内带电缆线的管子来连接供电尾钩，所述供电尾钩夹住所述上供电轨道导电槽滑动受电。
进一步的，所述氢燃料电池电堆与所述第二蓄电池组通过所述逆变升压器电连接所述接触式供电网，所述风力发电机组、所述生物质发电厂、所述燃气轮机发电站通过变压器电连接有城市/乡村供电网络。
进一步的，所述横向转动轴通过所述锥齿轮组与所述垂直传动轴传动连接，两组所述锥齿轮组上的两个水平设置的锥齿轮下端同轴安装有两个啮合在一起的圆柱齿轮，所述锥齿轮组与所述垂直传动轴采用棘轮连接。
进一步的，多台所述压缩机的进气管分别通过管道与所述电解质氢装置、所述沼气池连接，多台所述压缩机的出气管通过管道与对应的所述风机塔筒兼储气筒相连接。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：道路两侧安装风电机组，道路加路旁正上方架设高强光伏玻璃材质的顶棚加农光大棚，材料、资源、空间高度共享，光伏板遮挡对某些农作物有害的光谱，选择性的吸收农作物不需要的光波，既可使农作物高质高产又让光伏增加面积多发电，还可以遮挡雨雪，保障全天候通行；杜绝年年塑料膜老化和抛洒盐融化冰雪的双重白色污染，是集太阳能发电、智能综合感知、温控补光、现代高科技种植为一体的温室大棚，做到了风光互补、路光互补、农光互补、环保节能；
电动车辆采用车顶加装伸缩式的受电弓滑触电缆进行实时供电，可极大的减少投资和储能电池用量，单独架设接触网每公里50万，与顶棚支架共享只要几万，小车受电弓的改装费上万元、大车较高较长改装受电弓更容易只要几千元不等，这些费用与原车大量电池好几万、十几万单价乘以庞大数量，以及路面镶嵌轻轨、路面开挖铲平铺设超厚光伏板，安排大量充电桩等等反复折腾耗费巨资的过渡技术相比，相形之下微乎其微；原车大部分电池可卸载，只保留少许轻量电池跨越无电缆区，腾出空间可使电池摆放更稀松便于冷却散热安全也多载人载货，在有供电电缆的道路上动力、速度和续航能力大大增强，消除里程焦虑症和安全忧虑；棚顶设置的供电单轨为佩戴供电尾勾的无人机移动供电加充电，让无人机远程高速送货、收货立即到达，促进无人机物流运输行业的大发展；风电、光电、氢燃料发电、生物质储能发电等发电大户与公路车流、铁路车流等用电大户的紧密结合互相调配，保证公路、铁路充足供电的同时，还可满足道路两旁纵深地带的供电，既减少不必要的电池倒腾储电，也找到了规模化长期廉价储能方法，还将储存能量集约化高效转化为电力回馈电网，极大提升了可再生能源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的风力发电机组剖视图；
图4为本发明的活动连接盖板安装示意图；
图5为本发明的电路结构框图。
其中：1、共享半墙；2、移动车辆；3、带摄像头的检测自控装置；4、支撑钢构架；5、车载自动伸缩式智能受电弓；6、接触式供电网；7、光控照明灯；8、顶棚；9、上供电轨道；10、电力无人机；11、供电尾钩；12、钙钛矿发电薄膜；13、第一控制器；14、第一蓄电池组；15、逆变升压器；16、电解制氢装置；17、服务区；18、充电桩；19、氢燃料电池电堆；20、风机塔筒兼储气筒；21、顶柱；22、风力发电机组；23、活动连接盖板；24、电加热网；25、第二蓄电池组；26、氢气/沼气加气站；27、生物质发电厂；28、第二控制器；29、电器安装和检修室；30、防渗漏吹塑内胆；31、发电机兼电动机；32、电磁离合器；33、压缩机；34、横向转动轴；35、锥齿轮组；36、棘轮；37、垂直传动轴；38、农光大棚；39、信号基站；40、监控摄像头；41、沼气池；42、控制气柜。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
如图1-5所示，风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，包括钙钛矿发电薄膜12、风力发电机组22，交通道路上行驶有移动车辆2，移动车辆2顶部通过绝缘端子和螺钉固定有车载自动伸缩式智能受电弓5，车载自动伸缩式智能受电弓5上固定有带摄像头的检测自控装置3，交通道路两侧固定有支撑钢构架4，支撑钢构架4上方通过螺钉和太阳能专用胶固定有钢化玻璃，钢化玻璃内表面涂覆有钙钛矿发电薄膜12形成光伏发电顶棚8，支撑钢构架4内顶部横梁上通过箍环固定有光控照明灯7，支撑钢构架4内顶部横梁上通过支架安装有接触式供电网6，支撑钢构架4顶部安装有第一蓄电池组14，第一蓄电池组14一侧固定有逆变升压器15，第一蓄电池组14另一侧固定有第一控制器13，第一控制器13的型号为IPC-510MB，钙钛矿发电薄膜12与第一蓄电池组14电连接，第一蓄电池组14通过并联线路分别与接触式供电网6、光控照明灯7、第一控制器13电连接；
交通道路顶部的顶棚8向两侧延展拓宽到两侧农田形成农光大棚38，农光大棚38内顶部安装有与第一蓄电池组14电连接的补光照明灯，补光照明灯能在阴雨天对农作物补光，提高农作物质量产量，农光大棚38内的地下埋设有沼气池41，且沼气池41的进料口与地面平齐，顶棚8内的交通道路两侧修建有防撞隔离且用于对农光大棚38进行吸热保温的共享半墙1，共享半墙1与顶棚8之间用普通贴膜玻璃板隔开，农光大棚38沿长度方向均匀安装有若干穿透道路的通风门窗和地下通道，便于农棚和道路通风换气，在发生交通事故时也便于人员快速离开道路，交通道路一侧修建有服务区17，服务区17距离道路距离超过50米，服务区17附近修建有阵列分布的风力发电机组22，风力发电机组22下方通过轴承座安装有顶柱21，顶柱21下方设置有风机塔筒兼储气筒20，风机塔筒兼储气筒20内壁衬有防渗漏吹塑内胆30，沿路排列的风机塔筒兼储气筒20涂有不同颜色和文字来标明区分储氢、储氧、压缩空气和储沼气专用，专用的风机塔筒兼储气筒20通过专用颜色文字的管道连接到对应的位置，可以实现对相应气体的压缩和使用，风力发电机组22机舱两端通过轴承座安装有横向转动轴34，横向转动轴34上键连接安装有两组锥齿轮组35，横向转动轴34两端通过螺栓固定有两组风车叶片，两组风车叶片叉开一定角度同轴旋转可提高风能利用率，同轴双风车运转且通过双锥齿轮传动，会互相抵消传动过程中产生的偏转力矩，使风车在尾翼的作用下对准风向，风车的叶轮朝向随着风向变动，提高风机发电效率，其中一组锥齿轮组35下方固定有垂直传动轴37，垂直传动轴37通过轴承座固定在顶柱21内部，垂直传动轴37中部下方固定有压缩机33，风车机械能直接带动压缩机33运转，无需机械能先发电，再输电给电动机变回机械能带动压缩机33这样的来回反复转换，减少多个能量转换环节大幅提高能效，垂直传动轴37中部上方固定有发电机兼电动机31，发电机兼电动机31的兼用可简化装备缩小体积提高使用率，压缩机33通过电磁离合器32套轴安装在垂直传动轴37上，风机塔筒兼储气筒20一侧固定有电器安装和检修室29，第二控制器28可以用来控制服务区17内用电设备的工作，第二控制器28的型号为IPC-510MB，服务区17内修建有连接风机塔筒兼储气筒20阵列的各种气体管道汇聚而来的控制气柜42，控制气柜42内部安装有第二控制器28，控制气柜42一侧设置有退役动力电池梯次利用的第二蓄电池组25，第二蓄电池组25通过逆变升压器15电连接有接触式供电网6，担任道路风光发电的部分储电和应急调峰，生物质发电的主力是大棚农田下保温沼气池41发酵产生的类似天然气的人工甲烷—生物沼气，可像天然气应急调峰发电站那样立即启动燃气轮机发电站快速反应，包含后续跟进的秸秆燃烧热电厂，(用风机塔筒兼储气筒20储存的电解高纯氧气助燃，秸秆热电厂和沼气发电站的排放非常清洁绝无黑烟，秸秆热电厂有纯氧助燃还能燃烧部分垃圾，基本消除二噁英、极大减少氮氧化物NOx的危害，清洁的二氧化碳热气可引入农用大棚增温、并作为优质气肥、抑制害虫)，第二蓄电池组25一侧设置有电解制氢装置16，电解制氢装置16电解水产生的氧气和氢气，以及沼气池41的沼气分别压缩储存在多个专用的风机塔筒兼储气筒20内，服务区17内一侧修建有充电桩18，充电桩18一侧修建有氢燃料电池电堆19，第二蓄电池组25和氢燃料电池电堆19均通过逆变升压器15与接触式供电网6电连接，风力发电机组22和生物质发电厂27发出的交流电通过并联电路、整流电路和第二控制器28分别与接触式供电网6、第二蓄电池组25电连接，服务区17内另一侧修建有氢气/沼气加气站26，氢气/沼气加气站26可以为使用氢气/沼气作为燃料的汽车快速充气，电解制氢装置16、氢燃料电池电堆19、氢气/沼气加气站26、沼气池41通过管道与控制气柜42连接，电解制氢装置16、充电桩18与第二蓄电池组25通过直流电连接，与压缩机33配合的电磁离合器32和控制气柜42均与第二控制器28电连接。
本实施例中，接触式供电网6固定在每个车道正上方中央，接触式供电网6为双线且距离地面的高度为4.5m-6m，车载自动伸缩式智能受电弓5为双受电弓，车载自动伸缩式智能受电弓5与接触式供电网6滑动接触，获取的电量由车顶安装的智能电表计量、显示并传输信息中心，带摄像头的检测自控装置3通过绝缘装置固定在车载自动伸缩式智能受电弓5顶部，带摄像头的检测自控装置3与车载控制器电连接，可自动控制车载自动伸缩式智能受电弓5精确跟踪接触式供电网6，实现实时供电，保持良好接触确保移动车辆2的供电、充电品质，从而满足移动车辆2长时间行驶使用，带摄像头的检测自控装置3由摄像头、显示屏、控制器、伺服电机等电器元件组成，摄像头将电缆线和受电弓运行轨迹的影像采集到驾驶室仪表盘显示屏比对，用图像和语音提示驾驶者，当切换为自动驾驶时，显示屏会把偏离信号传输给控制器，放大后引导伺服电机转动方向盘回位，路上的智能设备会与智能车相互对话，车辆有碰撞隔离墩或防撞墙的迹象时，会有声光警示并接管车辆操控立即回位或刹车，当人为转动方向盘变换车道或路上方没有电缆时，受电弓会自动缩回，车辆再次回归到电缆线正下方时受电弓自动升起接上。
本实施例中，光控照明灯7外部设置有光敏电阻，光控照明灯7等间距安装在支撑钢构架4上，光控照明灯7垂直朝下设置，在光线不好的天气或者夜晚可以发出亮光进行照明，提高车辆行驶时的安全性，支撑钢构架4顶部通过螺钉固定有信号基站39、道路信号灯和监控摄像头40，监控摄像头40和第一蓄电池组14、信号基站39电连接，信号基站39可以保证道路上的通信信号强，监控摄像头40可以对道路上的车流量和车速进行监控，信号基站39将传递汇集路、车等各种信号把信号信息传送交通指挥中心分析整理后反馈给各路口、并对每辆车发出指令和提示信息，自动指挥管理交通，光控照明灯7一侧还可以安装环境监测设备、交通信号灯、交通指示牌、WiFi信号增幅器、电子不停车收费装置等，根据车辆大小、载重、用电、行驶路程等状况计算收费，实现对道路环境进行实时监测和数据传输，实现智慧城市和道路车辆的自动化智慧化管理。
本实施例中，支撑钢构架4采用模块化组装，相邻两组支撑钢构架4之间安装有活动连接盖板23，活动连接盖板23通过螺钉安装在其中一组支撑钢构架4上，每组支撑钢构架4上固定有钢化玻璃拼接而成的顶棚8，支撑钢构架4内配套安装有第一控制器13、第一蓄电池组14和逆变升压器15，方便进行安装，各段接触网电缆之间用分段绝缘器连接，即使发生交通事故、电路故障等也不会连累其他模块和区段，仅需更换损坏部分，不必担心影响整个系统。
本实施例中，钙钛矿发电薄膜12上预设有电加热网24，电加热网24与第一蓄电池组14和第一控制器13电连接，电加热网24的发热温度不超过30℃，在冬季钙钛矿发电薄膜12上的玻璃表面有大量积雪时，可以控制电加热网24通电，电加热网24通电后发热可以融化少量积雪为水膜滑落大块积雪，钙钛矿发电薄膜12去除遮盖正常发电。
本实施例中，风机塔筒兼储气筒20的筒身效仿风车叶片材料和制造工艺，以玻璃钢为主体再用少量碳纤维复合材料进行增强加固，替换原来的厚钢板卷制焊接成短筒、再焊接内法兰盘加螺栓连接为长筒的笨重结构，筒壁内预埋应力、压力等传感器与监控器连接，筒体内衬PA6的工程塑料(尼龙)的防渗漏吹塑内胆30，防护能力强，节省空间，降低造价，防渗漏吹塑内胆30可防止氢气渗漏规避氢气对钢结构的氢脆危害，整体复合材料的高大塔筒直径5-6米、高百米，相比于氢燃料电池车载储气瓶百多升(1/10立方米)的小容积、大成本、高造价，数千立方米巨大空间的塔筒是其数万倍，且储气免费降低了储能代价，与之相配套的氢燃料电池电堆19亦是超大，规模化储能再集约化发电的技术效率和经济效益都非常显著，单个塔筒储气即可保障数万车辆行驶数百公里，那么沿路塔筒阵列的储气足以应付长时间阴雨天时车辆供电需求和加氢、加沼气等需求。
本实施例中，顶棚8在三条纵梁位置处通过螺钉固定有上供电轨道9，上供电轨道9的两侧面导电槽与第一蓄电池组14、第二蓄电池组25电连接，上供电轨道9上方飞行有电力无人机10，电力无人机10尾部通过内带电缆线的管子来连接供电尾钩11，供电尾钩11夹住上供电轨道9导电槽滑动受电，可以为电力无人机10移动供电和充电，运输距离不受限制，减轻无人机自带电池重量，提高电力无人机10的载重系数，在城区外的顶棚8上，可以添加大单轨和客运轻型无人驾驶电力飞机，方便乘坐电力飞机远行速达，上供电轨道9可以同时铺设多条，方便不同类型的飞行器在不同航线上行驶，提高效率，通过供电尾钩11的牵制，可在有风飞行中无需另外耗费能量精确保持飞行器的姿态，便于棚顶上方狭小航路的高密度行驶和交会。
本实施例中，氢燃料电池电堆19与第二蓄电池组25通过逆变升压器15电连接接触式供电网6，风力发电机组22、生物质发电厂27、燃气轮机发电站通过变压器电连接有城市/乡村供电网络，可以将光伏发电、风力发电、氢气发电和生物质发电有机结合，变每车零散发电为地面集约化规模化发电，大幅提高系统转换效率，发电用电零距离近距离对接，传输电力零损耗低损耗。
本实施例中，横向转动轴34通过锥齿轮组35与垂直传动轴37传动连接，两组锥齿轮组35上的两个水平设置的锥齿轮下端同轴安装有两个啮合在一起的圆柱齿轮，可以平衡传动过程中的偏转力矩，便于风车对准风向，锥齿轮组35与垂直传动轴37采用棘轮36连接，可在无风状况由光伏电力供电给电动机转动垂直传动轴37带动压缩机33工作时，脱开水平轴的风车负荷，去除无用功提高效率，在风力发电机组22机舱尾部上焊接有尾翼，在风力的作用下，尾翼随风偏转，带动风力发电机组22转动，使得风车的叶片对准风向，提高发电效率。
本实施例中，发电机兼电动机31和电磁离合器32的套轴安装在垂直传动轴37上，当电磁离合器32脱开与压缩机33的连接时，垂直传动轴37没有压缩机33的负荷，让风车全力发电，多台压缩机33的进气管分别通过管道与电解质氢装置、沼气池41连接，多台压缩机33的出气管通过管道与对应的风机塔筒兼储气筒20相连接，多个储气筒通过多根并列管道分别输送氢气、压缩空气、氧气、沼气给氢燃料电池电堆19、生物质发电厂27和氢气/沼气加气站26。
本发明的工作原理为：在修建道路光伏工程时，城外道路全线架设接触式供电网6，选择在光照良好的道路上搭建顶棚8，在城市内选择性架设窄顶棚8和接触式供电网6并连接城外和高速路上的供电网，在大弯道、十字交叉、低矮桥洞等路段则取消所有接触式供电网6和顶棚8，在南北走向的道路上方架设的顶棚8为人字形缓坡状，在东西走向的道路上方架设的顶棚8为面向太阳的一面坡缓坡状，与顶棚8合并兼用的农光大棚38大大宽于路面的宽度，在道路附近的田野和道路纵深的田野上同样可以架设稍矮的农业专用农光大棚38，与顶棚8电连接后将极大扩展光伏发电面积保证车辆实时供电和电解水的电量供给；
移动车辆2内部卸载大部分电池，仅保留轻量电池或飞轮物理电池，作为无电缆区的跨越接驳储备能源，当移动车辆2行驶到有接触式供电网6的路段时，当带摄像头的检测自控装置3检测到接触式供电网6后发出信号，车载控制器控制车载自动伸缩式智能受电弓5自动升起，使得受电弓与接触式供电网6接触，当带摄像头的检测自控装置3检测到受电弓与接触式供电网6接触后车载自动伸缩式智能受电弓5停止液压伸缩，此时车辆纵向跳跃间隙的调整由弹簧接替，保证接触良好消除电弧，接触式供电网6内的电力通过车载自动伸缩式智能受电弓5实时传给移动车辆2，保证车辆实时供电和充电需求，自动驾驶模式转向或超车时，车头转向灯会先闪亮，车载控制器控制车载自动伸缩式智能受电弓5自动收缩，从而与接触式供电网6分离，分离后进行转向或换道换线操作，当到达指定车道恢复直线行驶后，收缩车载自动伸缩式智能受电弓5可以重新升起与接触式供电网6接触重新进行供电；
电力无人机10在进行货物运输时，飞行到上供电轨道9上方后放出供电尾钩11，扫描识别后供电尾钩11自动夹住上供电轨道9的双面导电槽，滑动时为电力无人机10实时供电和充电，当电力无人机10需要脱离上供电轨道9时(到达目的地附近或需要变道)，供电尾钩11与上供电轨道9脱开，电力无人机10依靠自身电力携带货物飞往装卸货位置；
钙钛矿发电薄膜12转化的电能除了输送给接触式供电网6、光控照明灯7和上供电轨道9使用外，可以将富余的电力并联传输到第一蓄电池组14、第二蓄电池组25和电解水的电解槽，乌云遮挡或风力变小造成电力波动时，第二蓄电池组25通过逆变升压器15将电力反馈给接触式供电网6，短时间应急调频调峰，后续有其他电力跟进，同时第二蓄电池组25内的电力可以通过充电桩18为电池车辆充电使用，风光电力富裕时将调制为相应的直流电给电解制氢装置16使用电解水产生氢气；
在白天有风又强烈光照产氢高峰时，风车主要任务不是发电而是直联压缩机33压缩氢气、氧气、空气和沼气等气体，此时发电机兼电动机31的定子线圈自控断开，发电机兼电动机31不工作无负荷，风力发电机组22的风车轴旋转时只带动压缩机33工作，压缩机33将电解制氢装置16产生的氢气、氧气将由两台压缩机33分别压缩储存在专用标识的风机塔筒兼储气筒20内部，风机塔筒兼储气筒20内部的氢气可以供给氢气/沼气加气站26，为安装有氢燃料电池的汽车加氢使用，也可以在风光电力不足时释放氢气供给路旁大型氢燃料电池电堆19，发出电力回馈电网；
若此时有光无风则分出部分光伏电力给发电机兼电动机31，此时该机变为发电机兼电动机31带动压缩机33工作，只有白天阴雨和夜间，风车才转为发电直供路网，定子线圈闭合后发电机兼电动机31开始工作进行发电，风力发电供给接触式供电网6，阴雨天或夜间风力不足则其他电力包括生物质发电厂27产生的电力进行供电；当然在风力条件特别好的路段，风车阵列内部众多的发电机、压缩机33、储气筒加上电解槽、沼气池41将分别完成发电、供电、充电、储电，多余电力生产氢、机械动力压缩储存氧气、氢气和沼气等多项任务；
本方案的风光互补并不限于初次电力互补，更着重于氢气、沼气的大规模长期储存后二次发电，即电转气储存、再气变电，巨大的生物能沼气和巨大面积的光伏电加强大的风电将电解出大量氢气和氧气，如前面光伏专家所言25平方公里的光伏发电列阵，可以做一个小型的制氢城，换算为40米宽的高速路需要600多公里，而本案路上的顶棚8兼农光大棚38宽于路面，加上路两边专用农光大棚38的大面积光伏电，加上棚内保温沼气池41和超长道路，足可成为大型超大型制氢城和沼气城，要把这海量的氢气、沼气、氧气浓缩储存，将要巨大容器加巨大能量(氢气的质量能量密度约为120MJ/kg，是汽油、柴油、天然气的2.7倍，然而，288.15K、0.101MPa条件下，单位体积氢气的能量密度仅为12.1MJ)，因此，储氢技术的关键点在于如何提高氢气的能量密度，常以氢气的质量密度，即释放出的氢气质量与总质量之比，来衡量储氢技术的优劣，那么巧妙和共享利用风机塔筒兼储气筒20坚固的材料、巨大的空间和风车直连压缩机33强大的初始机械能，将把常温常压下稀薄轻散的氢气压密压实，大量长期储存，一旦需要则大流量快速释放，将一举突破长期、大规模、低成本储能的技术瓶颈。
以所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：包括光伏发电顶棚(8)、钙钛矿发电薄膜(12)、风力发电机组(22)、农光大棚(38)，交通道路上行驶的移动车辆(2)，所述移动车辆(2)顶部通过绝缘端子和螺钉固定有车载自动伸缩式智能受电弓(5)，所述车载自动伸缩式智能受电弓(5)上固定有带摄像头的检测自控装置(3)，所述车载自动伸缩式智能受电弓(5)为双受电弓，所述带摄像头的检测自控装置(3)通过绝缘装置固定在所述车载自动伸缩式智能受电弓(5)顶部，所述带摄像头的检测自控装置(3)与车载控制器电连接，在保持干燥的公路路面上铺设平整宽大的铜箔带输电，交通道路两侧固定有支撑钢构架(4)，所述支撑钢构架(4)上方通过螺钉和太阳能专用胶固定有钢化玻璃，钢化玻璃内表面涂覆有所述钙钛矿发电薄膜(12)形成所述光伏发电顶棚(8)，所述支撑钢构架(4)内顶部横梁上通过箍环固定有光控照明灯(7)，所述支撑钢构架(4)内顶部横梁上通过支架安装有接触式供电网(6)，所述车载自动伸缩式智能受电弓(5)与所述接触式供电网(6)滑动接触，所述支撑钢构架(4)顶部安装有第一蓄电池组(14)，所述第一蓄电池组(14)一侧固定有逆变升压器(15)，所述第一蓄电池组(14)另一侧固定有第一控制器(13)，所述钙钛矿发电薄膜(12)与所述第一蓄电池组(14)电连接，所述第一蓄电池组(14)通过并联线路分别与所述接触式供电网(6)、所述光控照明灯(7)、所述第一控制器(13)电连接；
交通道路顶部的顶棚(8)向两侧延展拓宽到两侧农田形成所述农光大棚(38)，所述农光大棚(38)内顶部悬吊安装有与所述第一蓄电池组(14)电连接的补光照明灯，所述农光大棚(38)内的地下埋设有沼气池(41)，且所述沼气池(41)的进料口与地面平齐，所述顶棚(8)内的交通道路两侧修建有防撞隔离且用于对所述农光大棚(38)进行吸热保温的共享半墙(1)，所述共享半墙(1)与所述顶棚(8)之间用普通贴膜玻璃板隔开，所述农光大棚(38)沿长度方向均匀安装有若干穿透道路的通风门窗和地下通道，交通道路一侧修建有服务区(17)，所述服务区(17)附近修建有阵列分布的所述风力发电机组(22)，所述风力发电机组(22)下方通过轴承座安装有顶柱(21)，所述顶柱(21)下方设置有风机塔筒兼储气筒(20)，所述风机塔筒兼储气筒(20)内壁衬有防渗漏吹塑内胆(30)，所述风力发电机组(22)机舱两端通过轴承座安装有横向转动轴(34)，所述横向转动轴(34)上键连接安装有两组锥齿轮组(35)，其中一组所述锥齿轮组(35)下方固定有垂直传动轴(37)，所述垂直传动轴(37)通过轴承座固定在所述顶柱(21)内部，所述垂直传动轴(37)中部下方固定有压缩机(33)，所述垂直传动轴(37)中部上方固定有发电机兼电动机(31)，所述压缩机(33)通过电磁离合器(32)套轴安装在所述垂直传动轴(37)上，所述风机塔筒兼储气筒(20)一侧固定有电器安装和检修室(29)，所述服务区(17)内修建有连接所述风机塔筒兼储气筒(20)阵列的各种气体管道的控制气柜(42)，所述控制气柜(42)内部安装有第二控制器(28)，所述控制气柜(42)一侧设置有退役动力电池梯次利用的第二蓄电池组(25)，所述第二蓄电池组(25)通过所述逆变升压器(15)电连接有所述接触式供电网(6)，用于提供应急调频调峰，所述第二蓄电池组(25)一侧设置有电解制氢装置(16)，所述服务区(17)内一侧修建有充电桩(18)，所述充电桩(18)一侧修建有氢燃料电池电堆(19)，所述第二蓄电池组(25)和所述氢燃料电池电堆(19)均通过所述逆变升压器(15)与所述接触式供电网(6)电连接，所述风力发电机组(22)和生物质发电厂(27)发出的交流电通过并联电路、整流电路和第二控制器(28)分别与所述接触式供电网(6)、所述第二蓄电池组(25)电连接，且第二蓄电池组(25)通过逆变升压器(15)电连接有接触式供电网(6)，第一蓄电池组(14)通过并联线路分别与接触式供电网(6)、光控照明灯(7)、第一控制器(13)电连接，电加热网(24)与第一蓄电池组(14)和第一控制器(13)电连接，所述服务区(17)内另一侧修建有氢气/沼气加气站(26)，所述电解制氢装置(16)、所述氢燃料电池电堆(19)、所述氢气/沼气加气站(26)、所述沼气池(41)通过管道与所述控制气柜(42)连接，所述电解制氢装置(16)、所述充电桩(18)与所述第二蓄电池组(25)通过直流电连接，与所述压缩机(33)配合的所述电磁离合器(32)和所述控制气柜(42)均与所述第二控制器(28)电连接；
所述顶棚(8)在三条纵梁位置处通过螺钉固定有上供电轨道(9)，所述上供电轨道(9)的两侧面导电槽与所述第一蓄电池组(14)、所述第二蓄电池组(25)电连接，所述上供电轨道(9)上方飞行有电力无人机(10)，所述电力无人机(10)尾部通过内带电缆线的管子来连接供电尾钩(11)，所述供电尾钩(11)夹住所述上供电轨道(9)导电槽滑动受电。
2.根据权利要求1所述的风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：所述接触式供电网(6)固定在每个车道正上方中央，所述接触式供电网(6)为双线且距离地面的高度为4.5m-6m。
3.根据权利要求1所述的风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：所述光控照明灯(7)外部设置有光敏电阻，所述光控照明灯(7)等间距安装在所述支撑钢构架(4)上，所述光控照明灯(7)垂直朝下设置，所述支撑钢构架(4)顶部通过螺钉固定有信号基站(39)、道路信号灯和监控摄像头(40)，监控摄像头(40)和所述第一蓄电池组(14)、所述信号基站(39)电连接。
4.根据权利要求1所述的风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：所述支撑钢构架(4)采用模块化组装，相邻两组所述支撑钢构架(4)之间安装有活动连接盖板(23)，所述活动连接盖板(23)通过螺钉安装在其中一组所述支撑钢构架(4)上，每组所述支撑钢构架(4)上固定有钢化玻璃拼接而成的顶棚(8)，所述支撑钢构架(4)内配套安装有所述第一控制器(13)、所述第一蓄电池组(14)和所述逆变升压器(15)。
5.根据权利要求4所述的风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：所述钙钛矿发电薄膜(12)上预设有电加热网(24)，所述电加热网(24)与所述第一蓄电池组(14)和所述第一控制器(13)电连接，所述电加热网(24)的发热温度不超过30°。
6.根据权利要求4所述的风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：所述风机塔筒兼储气筒(20)的筒身以玻璃钢为主体再用少量碳纤维复合材料进行增强加固，筒体内衬PA6的工程塑料的所述防渗漏吹塑内胆(30)。
7.根据权利要求1所述的风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：所述氢燃料电池电堆(19)与所述第二蓄电池组(25)通过所述逆变升压器(15)电连接所述接触式供电网(6)，所述风力发电机组(22)、所述生物质发电厂(27)、燃气轮机发电站通过变压器电连接有城市/乡村供电网络。
8.根据权利要求1所述的风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：所述横向转动轴(34)通过所述锥齿轮组(35)与所述垂直传动轴(37)传动连接，两组所述锥齿轮组(35)上的两个水平设置的锥齿轮下端同轴安装有两个啮合在一起的圆柱齿轮，所述锥齿轮组(35)与所述垂直传动轴(37)采用棘轮(36)连接，所述压缩机(33)通过电磁离合器(32)套轴安装在所述垂直传动轴(37)上。
9.根据权利要求1所述的风光生物能储供充电气化智慧化运输系统，其特征在于：多台所述压缩机(33)的进气管分别通过管道与所述电解制氢装置、所述沼气池(41)连接，多台所述压缩机(33)的出气管通过管道与对应的所述风机塔筒兼储气筒(20)相连接。
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