WO2015000450A1 - 利用高速公路风能为用电设施提供电力的方法 - Google Patents

利用高速公路风能为用电设施提供电力的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用高速公路风能为用电设施提供电力的方法，包括：在高速公路设置垂直轴风力发电机，用于将高速公路上来往车辆带动的风能转化为电能，其中设置垂直轴风力发电机的位置包括高速公路中间；通过整流滤波单元（121）将垂直轴风力发电机发出的不稳定交流电转换成稳定的直流电；通过变换电路单元（122）将整流滤波单元（121）输出的直流电电压分别输出为蓄电池（14）所需的电压和负荷（13）所需的电压，并向蓄电池（14）和负荷（13）供电。上述方法是一种不需要市电接入，仅利用高速公路沿线的自然风资源以及公路来往车辆在高速公路中间隔离绿化带产生的随动风力来发电，通过储能模块储存风力所产生的电力能源，并为高速公路沿线用电设备提供电力供应的方法。

Description

利用高速公路风能为用电设施提供电力的方法 技术领域
本发明涉及新能源领域， 尤其涉及一种利用高速公路风能为用电设施 提供电力的方法。 背景技术
现有垂直轴风力发电机主要采用风力发电技术和整流技术， 在公路中 作为风光互补路灯或为公路监控设备提供电能， 多安放在公路两侧， 分散 的应用于公路两侧用电设备。
这种方法存在风能利用率低、 风力发电机满负荷率低等缺点。 发明内容
本发明要解决的技术问题是， 针对现有技术的不足， 提供一种利用高 速公路风能为用电设施提供电力的方法。 根据本发明一个方面， 提供一种利用高速公路风能为用电设施提供电 力的方法， 包括： 在高速公路设置垂直轴风力发电机， 用于将高速公路上 来往车辆带动的风能转化为电能， 其中设置垂直轴风力发电机的位置包括 高速公路中间； 通过整流滤波单元将垂直轴风力发电机发出的不稳定交流 电转换成稳定的直流电； 通过变换电路单元将整流滤波单元输出的直流电 电压分别输出为蓄电池所需的电压和负荷所需的电压， 并向蓄电池和负荷 供电。
可选的， 垂直轴风力发电机包括： 萨瓦纽斯型垂直轴风力发电机和 / 或直叶片 H型垂直轴风力发电机。
可选的， 设置垂直轴风力发电机的位置还包括高速公路两边。
可选的， 向负荷供电包括： 通过负荷控制单元控制向负荷输出电流的 大小， 其中， 变换电路单元、 负荷控制单元和负荷依次耦接。
可选的， 向负荷供电包括： 根据设定的时间或者光照， 通过负荷控制 单元控制与负荷电路的开断， 从而实现对负荷的控制。 可选的， 向蓄电池充电包括： 变换电路单元通过防反流二极管向蓄电 池充电。
可选的， 利用高速公路风能为用电设施提供电力的方法还包括： 当蓄 电池充满电以后， 如果电能仍有富余， 通过开通卸荷单元的卸荷电路把富 余电量泄放掉； 其中， 变换电路单元、 卸荷单元和蓄电池依次耦接。
与现有技术相比， 本发明具有如下优点： 本发明提供一种不需要市电 接入， 仅利用高速公路沿线的自然风资源以及公路来往车辆在高速公路中 间隔离绿化带产生的随动风力来发电， 通过储能模块储存风力所产生的电 力能源， 并为高速公路沿线用电设备提供电力供应的方法。 本发明弥补了 现有技术在这方面的缺陷， 使道路公共用电系统自身成为了一种绿色能源 循环控制系统。 附图说明
图 1-2是萨瓦纽斯 （Savonius )型垂直轴风力发电机示意图； 图 3-4是直叶片 H型垂直轴风力发电机示意图；
图 5是根据本发明一个实施例提供的基于垂直轴风机的高速公路风力 发电系统的结构示意图；
图 6是根据本发明另一个实施例提供的基于垂直轴风机的高速公路风 力发电系统的结构示意图；
图 7是根据本发明一个实施例提供的利用高速公路风能为用电设施提 供电力的方法流程图。 具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图， 对本发明进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明， 并不用于限定本发明。 发明人经研究发现， 高速公路周边虽然地势开阔、 自然风力较强， 但 在道路两侧放置风力发电机的方法并未充分利用高速公路上高速行驶的 来往车辆带动的风能。 另外， 自然风力的大小随时变化， 经常使发电机组 处于非满负荷运行状态， 而分散式的供电容易造成蓄电池电能溢出， 不利 于风能最大化利用。 发明人经研究还发现， 为了充分利用高速公路上高速行驶的来往车辆 带动的风能， 可以在高速公路中间设置垂直轴风力发电机。 根据驱动垂直 轴风力发电机转动的气动力的不同， 有两种类别： 萨瓦纽斯 （Savonius ) 型垂直轴风力发电机（也称为 S 型风力机） 和直叶片 H型垂直轴风力发 电机。
萨瓦纽斯型垂直轴风力发电机， 又称 S型风力机。 S型风力机主要是 利用空气产生的阻力， 推动 S型叶片旋转， 从而带动稀土永磁发电机发电 产生电能。
如图 1-2所示， 萨瓦纽斯型垂直轴风力发电机通常包括两枚轴线错开 的半圆柱形叶片、 刹车单元、 稀土永磁发电机。 也有用 3 枚以上的这种风 力机往往上下重叠多层， 以提高功率并且避开启动死区。 其优点是启动转 矩大， 弱风下容易启动。
H型垂直轴风力发电机属于升力型风力发电机，采用空气动力学原理， 利用空气产生的升力做功，
H型垂直轴风力发电机包括叶片、 刹车单元、 稀土永磁发电机。 主要 是用垂直直线 3-5个叶片， 由 4角形或 5角形形状的轮毂固定、 连接叶片 的连杆组成的风轮， 由风轮带动稀土永磁发电机发电。 例如， 如图 3所示， H型垂直轴风力发电机包括 3个叶片 011以及转轴 012。
如图 4所示， 叶片釆用飞机翼形形状， 空气绕叶片流动产生的合力形 成转矩， 推动叶轮旋转。 在风轮旋转时， 它不会受到因变形而改变效率。 综上所述， 如果在高速公路中间设置垂直轴风力发电机， 可以充分利 用高速公路上高速行驶的来往车辆带动的风能， 实现持续稳定供电的效 果。
根据本发明一个实施例， 提供一种基于垂直轴风机的高速公路风力发 电系统。 如图 5所示， 该系统包括：
风力发电模块 11 , 包括垂直轴风力发电机， 用于将风能转化为电能； 储能模块 13 , 用来储存风力发电模块发出的电能；
负荷 14, 包括高速公路沿线的用电负荷设备， 例如广告牌、 灯箱、 路 灯、 车辆检测器、 可变情报板、 气象检测器、 环境检测器、 拍摄像设备等； 综合控制模块 12， 分别与风力发电模块 11、 储能模块 13和负荷 14 耦接 /电连接， 用于将风力发电模块 11输出的电流分别调整成为适于储能 模块 13和负荷 14使用的电流， 并且储能模块 13适于通过综合控制模块 12向负荷 14供电。
根据本发明另一个实施例， 储能模块 13包括储能蓄电池。 如图 6所示， 根据本发明另一个实施例， 综合控制模块进一步包括： 整流滤波单元 121 , 通过整流滤波单元将垂直轴风力发电机发出的不 稳定交流电转换成稳定的直流电；
变换电路单元 122, 通过变换电路单元将整流滤波单元输出的直流电 电压分别输出为蓄电池所需的电压和负荷所需的电压， 并向蓄电池和负荷 供电， 例如， 通过变换电路单元将整流滤波单元 121输出的直流电电压统 一输出为 12V (本实施例中蓄电池所需的电压）， 向蓄电池充电；
负荷控制单元 123， 接收变换电路单元 122的输出， 用于对负荷输出 稳定的电流， 并能够控制输出电流的大小。
其中， 负荷控制单元 123与蓄电池 14、 负荷 13相当于组成了一个串 联电路， 作为这个串联电路的一个单元， 负荷控制单元 123可以通过控制 自身通断来控制负荷 13的通断， 同时， 负荷控制单元 123相当于一个电 路的电阻， 可以通过控制自身阻值的大小来控制输出电流的大小。
另外， 本实施例中的负载为直流负载， 如果负载使用交流电， 需要在 直流的输出环节加上逆变单元和滤波单元， 实现直流-交流的转换，再连接 负载即可。
根据本发明另一个实施例， 负荷控制单元 123还适于根据设定的时间 或者光照， 控制与负荷电路的开断， 从而实现对负荷的控制。
根据本发明另一个实施例， 变换电路单元 122通过防反流二极管向蓄 电池充电。
继续参考图 6, 根据本发明另一个实施例， 综合控制模块还包括： 卸 荷单元 124, 变换电路单元 122、 卸荷单元 124和蓄电池 14依次耦接， 当 蓄电池充满电以后， 如果电能仍有富余， 为保护垂直轴风力发电机组件， 卸荷单元的卸荷电路开通把富余电量泄放掉。
根据本发明一个实施例， 风力发电模块 11包括萨瓦纽斯 （Savonius ) 型垂直轴风力发电机。
根据本发明另一个实施例， 风力发电模块 11包括直叶片 H型垂直轴 风力发电机。 与上面系统相应地， 本发明提供一种利用高速公路风能为用电设施提 供电力的方法， 如图 7所示， 包括：
511、 在高速公路设置垂直轴风力发电机， 用于将高速公路上来往车 辆带动的风能转化为电能， 其中设置垂直轴风力发电机的位置包括高速公 路中间；
512、 通过整流滤波单元将垂直轴风力发电机发出的不稳定交流电转 换成稳定的直流电；
513、 通过变换电路单元将整流滤波单元输出的直流电电压分别输出 为蓄电池所需的电压和负荷所需的电压， 并向蓄电池和负荷供电。
根据本发明另一个实施例， 步骤 S11中垂直轴风力发电机包括： 萨瓦 纽斯 （Savonius ) 型垂直轴风力发电机。
根据本发明另一个实施例， 步骤 S11中垂直轴风力发电机包括： 直叶 片 H型垂直轴风力发电机。
根据本发明另一个实施例， 设置垂直轴风力发电机的位置还包括高速 公路两边。
根据本发明另一个实施例， 步骤 S13中向负荷供电包括： 通过负荷控 制单元控制向负荷输出电流的大小， 其中， 变换电路单元、 负荷控制单元 和负荷依次耦接。
根据本发明另一个实施例， 步骤 S13中向负荷供电包括： 根据设定的 时间或者光照， 通过负荷控制单元控制与负荷电路的开断， 从而实现对负 荷的控制。
根据本发明另一个实施例， 步骤 S13中向蓄电池充电包括： 变换电路 单元通过防反流二极管向蓄电池充电。
根据本发明另一个实施例， 利用高速公路风能为用电设施提供电力的 方法还包括：
514、 当蓄电池充满电以后， 如果电能仍有富余， 通过开通卸荷单元 的卸荷电路把富余电量泄放掉， 其中， 变换电路单元、 卸荷单元和蓄电池 依次耦接。 应该注意到并理解， 在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神 和范围的情况下， 能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。 因 此， 要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种利用高速公路风能为用电设施提供电力的方法， 包括： 在高速公路设置垂直轴风力发电机， 用于将高速公路上来往车辆带动 的风能转化为电能， 其中设置垂直轴风力发电机的位置包括高速公路中 间；
通过整流滤波单元将垂直轴风力发电机发出的不稳定交流电转换成 稳定的直流电；
通过变换电路单元将整流滤波单元输出的直流电电压分别输出为蓄 电池所需的电压和负荷所需的电压， 并向蓄电池和负荷供电。
2. 根据权利要求 1所述的方法， 其中， 垂直轴风力发电机包括： 萨瓦 纽斯型垂直轴风力发电机。
3. 根据权利要求 1所述的方法， 其中， 垂直轴风力发电机包括： 直叶 片 H型垂直轴风力发电机。
4. 根据权利要求 1所述的方法， 其中，设置垂直轴风力发电机的位置 还包括高速公路两边。
5. 根据权利要求 1所述的方法， 其中， 向负荷供电包括：
通过负荷控制单元控制向负荷输出电流的大小，其中，变换电路单元、 负荷控制单元和负荷依次鵪接。
6. 根据权利要求 5所述的方法， 其中， 向负荷供电包括：
所述负荷控制单元通过控制自身通断来控制负荷的通断， 负荷控制单 元通过控制自身阻值的大小来控制输出电流的大小， 其中负荷控制单元与 蓄电池、 负荷组成了一个串联电路。
7. 根据权利要求 1所述的方法， 其中， 向蓄电池充电包括：
变换电路单元通过防反流二极管向蓄电池充电。
8. 根据权利要求 1所述的方法， 还包括：
当蓄电池充满电以后， 如果电能仍有富余， 通过开通卸荷单元的卸荷 电路 ^巴富余电量泄放掉， 其中， 变换电路单元、 卸荷单元和蓄电池依次耦 接。
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